丝蛋白作为一种典型的生物大分子，具有独特的多尺度结构调控能力，可通过温和、绿色的加工方法实现从蚕茧丝蛋白到多种材料形态的可控成型，包括微球、纤维、水凝胶、多孔支架、膜材料和硬质材料。基于丝蛋白本身的分子链结构和自组装特性，通过调节分子间相互作用、组装方式和加工条件，可精确调控丝蛋白材料在纳米、微米及宏观尺度上的结构特征，实现形貌与力学性能的有效匹配和优化。此外，丝蛋白与其他天然或合成高分子及无机材料之间表现出良好的协同组装性能，通过杂化或复合组装策略，能够在保持丝蛋白材料结构优势的同时进一步增强或赋予材料新的功能特性，有效满足组织工程、再生医学及生物器件等领域对材料多功能性与高性能的应用需求，展示了丝蛋白作为功能性生物材料的广泛应用潜力。

动物丝的卓越韧性源自其高强度与高伸长率的协同作用。深入阐明动物丝从分子到宏观层次的结构-性能关联及天然纺丝机制，对于仿生材料设计具有重要科学意义。我们团队长期致力于动物丝构效关系的研究，提出聚集体结构调控丝力学性能的核心原理，进一步揭示了取向无定形结构在丝超收缩中的重要作用，以及微纳尺度有序组装对其低温高韧性特性的关键影响。我们最新研究发现，丝蛋白液液相分离与剪切脱水致密化可能是天然纺丝的核心机制，有望为实现绿色、高效的纤维制造技术奠定理论基础。

丝蛋白作为一种具备优异生物相容性和可控降解特性的天然蛋白材料，通过化学（如酶促交联）和物理（如分子缠结、纳米微晶交联）方法，可精准调控其分子二级结构，实现与生物组织更好的力学适配。此外，通过引入生物大分子微纤或无机纳米组分，可进一步提高材料强度。在宏观尺度，丝蛋白可制备成再生纤维、纱线及多种固态结构，提供从可注射至高强度的广泛力学区间，满足脑组织到硬骨组织不同组织工程修复需求。

丝蛋白作为一种天然蛋白质材料，因其本征的生物相容性和几乎可忽略的免疫原性，广泛应用于生物医用材料领域。除传统组织工程外，丝蛋白材料还表现出在生物成像、药物递送、伤口敷料、抗菌材料、细胞活性调控界面、人体组织仿生态构建及生物传感器等多个方向的重要应用潜力。这种广泛的应用前景，一方面归因于丝蛋白作为生物大分子所固有的优异生物兼容性和低免疫应答；另一方面则源于其良好的可加工性和多尺度可调控的力学性能。然而，纯丝蛋白自身的功能相对单一，常需通过与活性因子、药物、抗菌剂或成像纳米材料等功能性组分复合，从而构建组成、结构、性能和功能多维度可调的复合材料体系，进一步拓展和优化丝蛋白材料在各类生物医学场景下的实际应用性能。

当下生物大分子科学已由传统高分子学科，拓展至材料生物学、化学生物学和信息交叉领域，材料的构筑理念也逐渐从工程化转向绿色化和智能化。因此，基于数据驱动与经验范式，通过计算模拟和人工智能指导化学生物合成、结构制备与系统表征的理性设计策略，正成为优化材料结构-性能-功能协同效应、降低开发成本并摆脱传统试错实验方法的重要研究范式。

丝蛋白的亲水-疏水结构域交替排列赋予其固有自组装倾向，组装过程受形核-生长的动力学调控。多种外源因素可精准调控组装体形貌（如微纤、微球）及动力学路径。其β-折叠结构为无机矿物提供仿生矿化模板，诱导亚稳态晶型生成，拓展了生物医用材料（如骨修复）及新能源材料（如电极）的制备策略。此外，丝蛋白与溶菌酶等在气-液/固-液界面可形成致密自支撑超薄膜，兼具可转印特性，为微纳功能器件开发提供了新型结构基元。

丝蛋白本身缺乏器件所需的导电性等功能特性，但通过与离子、导电高分子或无机导电纳米材料的复合，可实现功能化与器件化。丝蛋白的生物相容性与可持续性优势，使其复合生物器件在植入式、柔性器件领域表现出良好前景。功能组分与丝蛋白的协同作用，简化了器件构造，并通过调节丝蛋白结构，使器件能够有效粘结生物组织与导电界面，促进组织再生与功能监测；或模拟皮肤的力学行为，以压电效应实现智能感知。此外，结合丝蛋白透明性与导电组分的光电特性，可构建用于光遗传治疗的电极-光纤耦合器件。因此，丝蛋白器件在生物医用领域具有广泛应用潜力。