原位纳米力学测试平台-原子力显微镜联用系统的研制及其探索丝素蛋白自组装-力学行为关系的研究

In the world, the investigation, exploration and development of in situ nanomechanical testing platform (ISNTP) combining with atomic force microscope (AFM) is still in its early stage. It is necessary to develop a cheap and effective ISNTP-AFM system that can be used for the macroscopic specimens. In the ISNTP-AFM system, the specimens can meet most of the international and domestic mechanical testing standards. It is an important direction of silk fibroin (SF)-based biomedical materials to understand the SF self-assembly mechanism, regulate the SF secondary structure in the preparation process to prepare different SF-based materials with different mechanical and degradable properties for different biomedical needs. This study intends to systematically investigate the self-assembly mechanisms of SF and SF-related peptides from molecular level, to the nanometer and micron level, all the way up to the macro-level. Further, we will develop a cheap and effective ISNTP-AFM system, and then study the effect of SF self-assembly on the mechanical behavior of SF-based materials and the effect of force on the SF self-assembled structure. This study will provide theoretical basis and experimental support for the development of SF-based biomedical materials. The development of ISNTP-AFM system will provide a more comprehensive experimental tool for the development and application of nanomaterials.

国内外对与原子力显微镜（AFM）联用的原位纳米力学测试平台（ISNTP）的研究还处在开发探索阶段，有必要研制便宜的、有效的、可用于较大尺寸材料或元件的、且试样尺寸能符合大部分国际和国内力学测试标准的ISNTP-AFM联用系统。通过对丝素蛋白（SF）自组装机理的深入了解，进而在制备过程中对SF的二级结构加以调控，制备出具有不同力学性能和降解性能等的SF基材料，满足不同的需求，是未来SF在生物医用材料领域应用中的重要发展方向。本研究拟系统研究SF及其短肽从分子水平，到纳米、微米水平，到宏观水平的自组装机理和影响因素；然后研制便宜的、有效的ISNTP-AFM联用系统，并研究SF自组装方式对SF基材料力学行为的影响，以及力对SF自组装结构的影响。本研究将为SF在生物医用材料领域中的应用提供理论依据和实验支持。研制的ISNTP-AFM联用系统将为纳米材料的开发与应用提供更为全面的实验工具。

国内外对与原子力显微镜（AFM）联用的原位纳米力学测试平台（ISNTP）的研究还处在开发探索阶段，有必要研制便宜的、有效的、可用于较大尺寸材料或元件的、且试样尺寸能符合大部分国际和国内力学测试标准的ISNTP-AFM 联用系统。通过对丝素蛋白（SF）自组装机理的深入了解，进而在制备过程中对SF的二级结构加以调控，制备出具有不同力学性能和降解性能等的SF基材料，满足不同的需求，是未来SF在生物医用材料领域应用中的重要发展方向。本研究系统研究SF及其短肽从分子水平，到纳米、微米水平，到宏观水平的自组装机理和影响因素,建立了原位溶液原子力显微镜针尖诱导的丝素蛋白微米图案化技术，发现丝素蛋白单元序列决定了丝素蛋白自组装行为，证明浓度、时间和温度等对再生丝素蛋白从无规转曲纳米结构自组装成反平行β折叠纳米结构具有明显的影响。然后研制了便宜的、有效的万能力学试验机-AFM联用系统，并探索了其用于不同材料的应用示范。研究成果将为生物医用材料特别是SF基生物材料开发提供指导。开发的万能力学试验机-AFM联用系统将为纳米材料开发提供更全面的实验手段。