羊毛是纺织业中重要的天然蛋白质纤维材料,用后废弃、污染浪费,而其作为角蛋白资源极其宝贵。由于角蛋白物质大分子的构象特征,角蛋白溶液极难再生成纤,故多为膜材料和填充料。通过对羊毛实施部分分离,提取纳米晶须,以回避完全溶解对分子的损伤和蜷缩大分子伸直排列的困难,是实现再生蛋白质纤维的捷径。此外,由于羊毛结构分离产物尺度为微米级到纳米级,并具有各向异性的结构特征,且部分分离的方法保留了角蛋白大分子的天然结构及天然蛋白质纤维的优良性能,可作为良好的合成纤维改性材料和天然高分子复合材料填充物。因此,羊毛部分分离为废弃羊毛的再生利用开辟了一个新的领域。本文首次对羊毛的分形学特征进行了理论研究,研究结果表明基于7+2模型的羊毛分形结构模型更为合理。羊毛副皮质的分形维数略小于羊毛层皮质的分形维数,因此,副皮质中原纤的排列密度小,分离所需的能量较低,更易于分离。此外,羊毛副皮质第二级结构的分形维数与第三级结构的分形维数差异大于正皮质中第二级结构的分形维数与第三级结构的分形维数差异,这亦表明羊毛副皮质较正皮质更容易找到靶向性分离能量点,从而获得微原纤分离体。羊毛的溶胀特征以纤维直径的增大百分率表示,简称直径溶胀率。研究表明,羊毛在98%甲酸和10%过氧乙酸溶液中的直径溶胀率分别为81.7%和84.4%,且高度溶胀的羊毛在剪切力作用下能够有效地破碎解体为具有完整形态的细胞和巨原纤结构体,为实现羊毛微细结构体的分离提供了良好的预处理条件。而亚硫酸钠-尿素还原体系虽然溶胀羊毛的直径溶胀率为170%,却对原纤的损伤过大。羊毛在甲酸中超声辐照破碎是实现皮质细胞和巨原纤结构体分离的有效方法。超声作用条件的研究表明:超声波输出功率较高,固液混合物处理温度较高,超声波在一个工作周期内工作和间歇时间较短,变幅杆端部距容器底部较近,采用圆底容器,固液比为1g/50ml时,羊毛的破碎率较高。特别指出,去鳞羊毛的破碎率是同等条件下未去鳞毛的4倍。羊毛破碎得到的具有不同密度和不同尺度的结构体,可通过筛分、差速离心和密度梯度离心相结合的方法进行逐级提取。羊毛溶胀后易于破碎分解的机理研究表明,随羊毛直径溶胀率增加,羊毛原纤间基质的模量快速下降,这是溶胀羊毛能够快速解体的根本原因,此外,羊毛溶胀破碎分解的动力学研究表明,羊毛分解的速率与超声辐照时间呈指数关系,分解的速率受到超声波输出功率的影响较大,温度影响次之。对羊毛鳞片、皮质细胞、巨原纤和微原纤结构体的分离及提取的系统研究表明,甲酸中煮沸预处理与超声辐照相结合的方法可使羊毛鳞片的去除率达到98%;采用1.6%过氧乙酸氧化预处理与甲酸中超声辐照破碎相结合的复合分离方法分离皮质细胞(直径3-4.5μm,长度80-100μm)的产率为30.4%;将分离所得的正皮质细胞经1.6%过氧乙酸氧化预处理后在甲酸中进一步超声辐照破碎,获得巨原纤(直径0.32-0.48μm,长度10-25μm)的产率为25.1%;通过将羊毛的正、副皮质细胞进行氧化处理、胰/糜蛋白酶水处理和水中超声辐照破碎,观察到了纳米级(直径约100nm)的微原纤集束体从副皮质细胞的巨原纤结构体上分离的现象。实验结果证实本试验方法能较稳定地分离出亚微米尺度的晶须(直径0.32-0.48μm,长度10-25μm),且产率较高:能分离获得纳米尺度的微原纤集束体(直径约100nm),虽在产率上无法实用,但分离方法可行。为了明晰细胞结构体分离过程中化学处理对羊毛分子结构和聚集态结构的影响,本文对化学处理后的羊毛进行了傅立叶变化红外光谱和X光衍射图谱表征,分析结果表明,低浓度过氧乙酸短时间氧化预处理对羊毛基质中的二硫键具有一定的选择性和靶向性开键作用,从而降低了羊毛微观结构体之间的化学作用力,利于加速羊毛纤维的溶胀和解体。另外,对羊毛微原纤结构体分离过程中化学处理对皮质细胞二级结构的影响进行了拉曼光谱测试,分析结果表明,皮质细胞经酶水解处理和氧化处理后,其二级结构发生了从α螺旋结构向β折叠结构的转化,二硫键的构象由g-g构象向g-t构象发生转变,因此,氧化与蛋白酶水解的复合作用能够对二硫键实施选择性破坏,利于羊毛微原纤结构体的分离。本文对羊毛结构分离产物的应用进行了初步的研究,制备了羊毛皮质细胞增强的壳聚糖复合生物膜材料,并对其进行了性能测试。皮质细胞在复合膜内部呈均匀分布,皮质细胞与壳聚糖基质为物理连接,随着复合膜中皮质细胞的含量逐渐增加,复合膜的结晶程度增大,机械性能和热性能得到提高。