丝素蛋白（SF）因其优异的生物相容性、可降解性、力学性能可调控性等优势,成为生物3D打印组织工程支架材料的良好选择。但常规的物理、化学及生物酶交联方式均无法满足丝素蛋白3D打印对高效交联固化的要求,亟需交叉学科间的融合与创新来实现突破。基于丝素蛋白的光敏改性技术虽可满足丝素蛋白3D打印对交联效率的要求,但仍存在接枝率、接枝分布等反应可控性问题。本课题提出基于氨基酸残基自由基耦合反应的可见光诱导丝素蛋白光交联技术,从高效蓝光引发体系构建,氨基酸光化学反应特性及耦合交联机理探究,光交联丝素蛋白构效关系建立及光诱导丝素蛋白3D快速成型应用等方面开展研究,实现了光交联丝素蛋白水凝胶支架的高效、精准构建,为丝素蛋白在生物工程领域的再生利用提供理论与应用基础。主要研究内容和结论有以下四个方面。1.以樟脑醌（CQ）、核黄素磷酸钠（FMN）、姜黄素（CC）、曙红Y（EY）和三联吡啶氯化钌（Ru（Ⅱ））作为代表性蓝光光敏剂,二芳基六氟磷酸碘鎓盐（DPI）和过硫酸钾（KPS）作为电子受体,组成5种光敏剂/电子受体型蓝光引发体系,并对其光谱特性、荧光淬灭和电子转移等光化学反应特性以及光流变性能进行研究。结果表明,5种光敏剂均能在蓝光区域发生允许的电子跃迁,产生有效的光谱吸收和发射行为。5种光敏剂和电子受体间均发生受自由扩散控制的光致电子转移过程,且该电子转移过程在热力学上可自发进行。Ru（Ⅱ）/KPS体系具有最高电子转移效率,表现为最高的蓝光漂白效率、最大的荧光猝灭速率常数和最小的反应自由能,CQ/DPI和FMN/DPI体系其次,EY/DPI和CC/DPI体系相对较低。Ru（Ⅱ）/KPS体系引发丝素蛋白光交联反应的效率最高,表现为最短的凝胶化转变时间（～1 s）和最高的储能模量（10 min光照下G′约570 Pa）。2.以Ru（Ⅱ）/KPS作为高效蓝光引发体系,采用三维荧光光谱、瞬态吸收光谱、电子自旋共振谱等手段,对组成丝素蛋白大分子结构的18种氨基酸的光化学活性进行普查式研究,对具有光化活性的氨基酸的光化学反应机理、反应过程和反应产物等进行深入研究。结果表明,酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸具有最活泼的光化学性质,其N-乙酰化衍生物,N-乙酰-L-酪氨酸和N-乙酰-L-苯丙氨酸在Ru3+和OH·的氧化作用下发生二聚反应生成N-乙酰-L-酪氨酸的二聚体;N-乙酰-L-色氨酸在OH·的作用下经羟基吲哚（或吲哚醌）间的耦合自聚反应生成黑色素类物质。由此提出了以酪氨酸残基耦合为主的3条丝素蛋白氨基酸耦合光交联途径:酪氨酸残基间的耦合交联,该过程的引发物种以Ru3+为主,KPS及SO4-·为辅;苯丙氨酸残基可经OH·氧化为酪氨酸残基,进而发生耦合交联反应;色氨酸残基可经OH·氧化为羟基吲哚或吲哚醌,进而发生耦合交联反应。丝素蛋白氨基酸残基间的交联反应还会诱导丝素蛋白大分子由无规卷曲向β折叠构象的转变,从而实现物理、化学双交联的丝素蛋白水凝胶。3.采用光流变测试系统对蓝光诱导下丝素蛋白光交联过程中的黏弹行为和凝胶化行为进行了系统研究,分别构建了以储能模量、剪切应力和复数黏度为指标的蓝光诱导丝素蛋白光交联动力学模型,为实际加工过程中调控光交联丝素蛋白的各项性能奠定了理论基础。其中光交联度模型均表现为指数函数增长行为,光交联速率表现为先增后降的行为,且高浓度光敏剂的“滤镜效应”和高光强的交联不匀现象对光交联度模型影响较大。在探明氨基酸光化学反应机理的基础上,以酪氨盐酸盐（TA）对羧甲基纤维素钠（CMC-Na）进行接枝制备光反应性酪胺纤维素（CMC-TA）,通过调控复合体系酪氨结构含量实现对丝素蛋白复合凝胶光交联反应效率、交联结构和物理机械性能的有效调控。随着CMC-TA含量的增加,丝素蛋白复合前驱液的光交联效率大幅度提高。相较于光交联SF水凝胶,光交联SF/CMC-TA复合凝胶的机械性能、吸水性能和剪切稳定性显著提高。4.利用丝素蛋白的蓝光诱导高效耦合交联特性,以挤出式3D打印为基本手段,创新性地开发了两种具有广泛应用前景的丝素蛋白3D打印技术。第一种是可自支撑丝素蛋白凝胶支架的实时光交联3D打印技术,通过改装打印设备,调节打印墨水固化速率、气压、针头孔径、移动速度等参数,实现了从单层几何结构到多层三维网络构型SF凝胶支架的高效、精准构建,制备了具有半透明、微弹性特征的丝素蛋白水凝胶支架材料;第二种是以黄原胶（XG）支撑的SF或SF/CMC-TA凝胶支架的后光交联固化3D打印技术,以黄原胶（XG）为天然增稠组分,调控SF或SF/CMC-TA的流变性能,制得具有良好可打印性和光交联固化性的丝素蛋白复合前驱液,该前驱液经3D打印和光交联固化后可制得层间堆积紧密、线条尺寸均一、图案轮廓清晰,且具有良好浸润稳定性和承压性能的丝素蛋白基生物支架材料。上述两种基于丝素蛋白蓝光诱导高效耦合交联的3D打印技术,均可满足生物3D打印支架对结构稳定性和结构精细度的要求,在组织工程领域具有广泛的应用前景。