蛋白质活性的调控对于疾病治疗、分子诊断和组织工程等领域具有十分重要的意义。纳米粒子通过将蛋白质结合在其表面为调控蛋白质的生物活性提供了一个新的途径,并在药物的可控传递和释放、生物传感和生物催化等领域都展现出巨大的应用潜力。本论文的主要工作是构建多种功能性的蛋白质-纳米粒子复合物,系统地研究蛋白质-纳米粒子复合物活性调控的机理和影响活性调控能力的因素。具体研究内容如下:首先,利用基因定点突变在大肠杆菌无机焦磷酸酶（Escherichia coli inorganic pyrophosphatase,PPase）蛋白质表面的特定位点引入单个半胱氨酸残基的突变;通过比较野生型及两种突变体蛋白质与金纳米粒子（AuNP）的结合来探究在金纳米粒子上蛋白质的特定朝向对其活性的影响。同时,通过控制蛋白质与金纳米粒子的初始投料比调节结合在金纳米粒子表面蛋白质的表面密度,从而探讨金纳米粒子上蛋白质的表面密度对其活性的影响。结果表明在金纳米粒子上蛋白质的特定朝向和表面密度均能调控其活性,其中蛋白质的特定朝向对蛋白质活性的影响更为显著。活性中心远离金纳米粒子的朝外向定位能最大程度地保持蛋白质的活性,并且在这种特定朝向的基础上通过进一步增加其空间密度,可以既不影响蛋白质本身的比活同时增加单位纳米粒子表面结合蛋白质的数量,从而实现单位纳米粒子上蛋白质总催化活性的大幅度提高。这种通过在金纳米粒子上改变蛋白质的特定朝向和表面密度来调控蛋白质活性的策略对于固定化酶、载药和生物催化等领域都具有重要的理论和应用价值,但这个方法仍存在一定的局限性:当蛋白质-纳米粒子复合物形成后就无法进一步调控蛋白质的生物活性;蛋白质处于复合物的外层,易受到蛋白质水解酶等的攻击而降解失活。因此,有必要探索构建新的蛋白质-纳米粒子复合物体系以达到更好地调控蛋白质的活性。其次,将聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）和PPase共同修饰在AuNP表面制备得到AuNP-PPase-PNIPAM复合物,并探讨其能通过改变环境温度可逆地调节聚合物链对蛋白质活性中心的空间位阻,从而大幅度调控蛋白质的生物活性。系统地研究了PNIPAM的分子量大小、结合在AuNP表面PPase和PNIPAM的摩尔比例和蛋白质的朝向等因素对复合物活性的温度响应性调控能力的影响,并进一步探讨了在不同环境温度下复合物对蛋白质水解酶的耐受性。结果表明这种具有温度响应性的AuNP-PPase-PNIPAM复合物不仅能实现对蛋白质的活性的大幅度的和可逆的调控,而且对胰蛋白酶的攻击表现出的较高的耐受性。这种在蛋白质-纳米粒子复合物体系中引入温敏性聚合物并通过改变环境温度可逆地调控蛋白质活性的策略在靶向运输、可控生物催化及分子或细胞识别等领域具有巨大的应用潜力。然而,这种策略受限于粒子表面聚合物链对蛋白质活性中心的空间位阻效应,无法实现对蛋白质的活性的“开关式”调控,同时复合物对蛋白酶的耐受性仍有待于进一步提高。另外,在这个策略中蛋白质-纳米粒子复合物的制备过程也比较复杂,复合物材料的循环利用问题也亟需解决和完善。最后,针对以上问题,将聚甲基丙烯酸（PMAA）和PPase共同修饰在金纳米粒子表面,构建了AuNP-PPase-PMAA复合物,并在复合物中加入聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯（PDMAEMA）,通过改变溶液pH值来调控PDMAEMA与AuNP-PPase-PMAA复合物的相互作用以实现对蛋白质活性更加精确和大幅度的“开关式”调控。系统地研究了在不同pH条件下PMAA和PDMAEMA的分子量、粒子尺寸以及金纳米粒子表面结合PPase和PMAA的摩尔比例对复合物活性调控的影响,并且评价了复合物对蛋白水解酶的耐受性。结果表明在这种策略中借助两种pH敏感性聚合物分子的相互作用所形成的对蛋白质更好的“遮蔽”作用,复合体系能够更加有效地、大幅度地调控蛋白质的活性,实现对蛋白质活性的“开关式”调控,并显著增强蛋白质对蛋白质水解酶的耐受性。同时,这种活性可控的多功能pH响应性纳米粒子-蛋白复合物还可以利用金纳米粒子的“可逆团聚-分散”效应,实现复合物活性的循环控制和材料的多次循环使用。这种利用两种不同的pH响应性聚合物的相互作用调控蛋白质-金纳米粒子复合物生物活性的策略有望在药物的控制和释放、生物传感和生物可控催化等领域展现出巨大的应用潜力。综上所述,利用多种有效的策略对蛋白质-纳米粒子复合物的生物活性进行调控,通过控制结合在金纳米粒子表面的蛋白质的特定朝向和密度,借助在金纳米粒子表面引入温敏性聚合物,以及利用两种pH响应性聚合物的相互作用,最终实现了具有环境因素敏感性的,可“开关式”调控蛋白质活性的多功能蛋白质-纳米粒子复合物的构建,这种蛋白质-纳米粒子复合物不仅能够抵抗蛋白质水解酶的攻击,同时可以通过简单的途径循环利用。纳米粒子-蛋白质复合物多层次、多功能、大幅度和精确可控的活性调控有望在载药、生物传感、生物可控催化和环境治理等多个领域展现出巨大的应用潜力。