近年来,用载体固定酶被认为是一种用来提高酶的稳定性和可重复使用性的有效方法。载体所选择的纳米材料在固定化过程中起着至关重要的作用,并且纳米材料与酶分子之间的相互作用对制备的固酶电极的催化性能具有较强的影响。各种各样的无机和有机纳米材料以及复合纳米材料可用作有效固定生物蛋白质并发挥其固有的催化活力。本论文采用各种纳米材料作为固酶载体通过物理吸附,氢键作用,共价偶联以及邻近配位等协同作用,将酶牢固的固定在纳米材料表面,在此基础上利用圆二色谱、分子荧光等光谱学技术结合显微技术对纳米材料表面固定的酶分子的结构特征和其他物理化学性质进行表征,从而研究酶与载体之间的相互作用,以及这种相互作用对酶固有的电子迁移机制和相应的催化反应动力学的影响。采用电化学方法研究固酶电极的直接电化学以及对相关底物的催化性能。在此基础上并对酶催化反应动力学进行了定量与定性的分析,从而确定如何提高固酶电极催化性能的有效途径。1.将纳米草酸钴与导电高分子聚苯胺机械混合作为载体固定葡萄糖氧化酶,通过化学偶联将葡萄糖氧化酶分子牢固的固定在酶载体表面。采用光谱法和电化学技术等表征研究了纳米复合材料与氧化还原蛋白的相互作用对固定化酶的结构特征、电子迁移动力学和催化性能的影响。结果表明,纳米复合材料芳香环的π-π共轭体系与酶分子之间的π-π堆积效应以及复合物中的金属离子与酶分子中辅因子之间邻近配位,这两种构成的协同作用可以使葡萄糖氧化酶被牢固的吸附在纳米复合材料表面。并定向附着到纳米复合物的表面上形成部分有序结构。前述协同效应不仅可以提高载体对酶的负载能力,而且可以促进纳米材料表面固定酶分子的直接电化学。从长远来看,尽管邻近配位会削弱固酶电极对葡萄糖的电催化氧化作用,但纳米复合物固定的葡萄糖氧化酶电极对葡萄糖具有较强的亲和能力。2.以氧化石墨烯接枝二氧化硅包裹的四氧化三铁（Fe₃O₄@Si O₂/GO）纳米复合物作为固酶载体,通过物理吸附的方式固定辣根过氧化物酶（HRP）,在此基础上制备出HRP电极,采用用紫外可见,圆二色谱等光谱学方法表征了固酶载体对HRP活性中心的配位构型的影响以及纳米复合物与酶分子之间的相互作用。通过电化学技术检测了纳米材料修饰的固酶电极表面发生的反应为不可逆表面控制型反应,并且纳米复合物固定的辣根过氧化物酶对双氧水具有较高的亲和能力。3.采用羧基化多壁碳纳米管/聚吡咯纳米复合材料作为固酶载体,通过氢键作用和物理吸附的协同作用将牛血红蛋白（HB）固载于载体表面,在此基础上制备得到HB基电极。利用分子荧光和圆二色谱等光谱学表征了固酶载体对酶分子的构型及物理化学性能的影响,以及两者之间的相互作用是否能改变载体表面固载酶分子的固有配位构型和价态。结合电化学方法检测了固酶电极的直接电化学和催化H₂O₂电还原性能,证明了HB基电极对相关底物具有较好的催化作用,且纳米复合物修饰电极表面发生的反应为准可逆的表面控制型反应。