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青霉素G酰化酶(penicillin G acylase, PGA, E.C.3.5.1.11)是制药工业中一种十分重要的水解酶,能够催化水解青霉素G钾盐生产半合成β-内酰胺类抗生素所需的重要中间体6-氨基青霉烷酸(6-APA)。将游离酶固定于载体上形成固定化酶后能克服游离酶存在的许多缺点(如较低的稳定性,游离酶无法循环使用和产物无法提纯等),保留了游离酶原有的高活性和高选择性,而且还可以提高各种稳定性,使固定化酶易于分离和重复使用。泡沫状介孔分子筛(Mesostructured Cellular Foams, MCFs)是一种具有3D介孔结构和超大孔径的介孔氧化硅,其球形孔室由均一的窗口连通成为三维孔道结构,由于具有较大的窗口直径和球形孔室,使得更多的酶分子可以进入球形孔室内部以及底物和产物的传输更加容易,是一种性能优良的固定化酶载体。本文采用不同制备方法合成了不同功能化基团修饰的MCFs介孔分子筛,用于青霉素酰化酶的固定化,并对材料的结构和固定化酶的性能进行了研究,取得了如下有意义的研究结果：1.以具有三维孔道结构的KIT-6和MCFs介孔分子筛作为固定化青霉素酰化酶的载体,制备得到固定化酶。由于MCFs比KIT-6介孔分子筛具有更大的孔径和孔容,青霉素酰化酶在MCFs介孔分子筛表面的吸附速率快于KIT-6,并且以MCFs作为载体制得的固定化酶的载酶量和酶活性要高于KIT-6。固定化酶PGA/KIT-6和PGA/MCFs的10次操作稳定性只有72%和77%,这是由于纯氧化硅载体只能用物理吸附方式固定化酶,酶与载体之间的相互作用力较弱,在循环使用过程中酶分子会不断从载体表面脱落。固定化酶的活性与反应温度、反应液pH值和底物浓度密切相关。2.用γ-醛丙基三甲氧基硅烷对MCFs介孔分子筛表面进行功能化修饰,用后嫁接法合成了表面嫁接醛丙基基团的泡沫状介孔分子筛CHO-MCFs。经过功能化修饰后,大量的醛丙基基团被嫁接到CHO-MCFs介孔分子筛的表面,同时仍然保持了原有的3D介孔孔道结构,醛丙基基团的后嫁接过程并没有破坏MCFs介孔分子筛的孔道结构,只是比表面积和孔容有所下降。用CHO-MCFs作为固定化青霉素酰化酶的载体,制备得到的固定化酶的初始活性达到了8895U/g,循环使用10次后仍然保留了93%的初始活性。由于CHO-MCFs介孔分子筛表面的醛基基团能与青霉素酰化酶中的活性非必需基团氨基形成共价键,增强了酶与载体之间的相互作用力,提高了固定化酶的操作稳定性。3.首先用共缩聚法直接合成了表面带有乙烯基团的泡沫状介孔分子筛V-MCFs,然后V-MCFs表面的乙烯基团再与甲基丙烯醛发生共聚反应,合成了表面带有醛基基团的介孔分子筛A-MCFs。A-MCFs-15%介孔分子筛仍然保持了原有的3D介孔孔道结构以及具有较大的比表面积(568m2/g)和孔容(2.0cm3/g),有利于青霉素酰化酶的固定化以及反应底物和产物的传输。通过共价结合方法将青霉素酰化酶固定到A-MCFs-15%介孔分子筛表面,制备得到的固定化酶具有较高的初始活性(9531U/g),循环使用10次后仍然保留了87%的初始活性。4.用烯丙基缩水甘油醚与V-MCFs介孔分子筛表面的乙烯基团发生共聚反应,制备得到表面带有环氧基团的介孔分子筛E-MCFs。虽然经过共聚反应后,E-MCFs介孔分子筛的比表面积和孔容有所下降,但是E-MCFs-10依然具有高比表面积(559m2/g)、高孔容(2.0cm3/g)和大孔径(腔体直径31.6nm,窗口直径10.6nm)等优点,这非常有利于提高固定生物酶分子的数量和降低酶催化反应过程中的传质阻力。E-MCFs介孔分子筛表面的环氧基团能够与青霉素酰化酶中的氨基基团形成共价键,增强了酶与载体之间的相互作用力,提高了固定化酶的操作稳定性。通过固定化酶的性能对比实验发现,PGA/E-MCFs-10的初始活性达到了9679U/g,循环使用10次后,PGA/E-MCFs-10活性达到8732U/g(初始活性的90%),高于循环使用10次后的PGA/CHO-MCFs-10(8268U/g)和PGA/A-MCFs-15%(8288U/g)。