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顺磁性功能化介孔材料是将顺磁性的Fe304纳米颗粒和介孔材料有机结合在一起的组装结构,具有较好的生物兼容性、稳定性和低毒性,以及容易磁性分离和表面含有大量可接近的功能性基团等优点,在催化剂,生物技术或生物医药,核磁共振成像,数据存储和环境保护等领域具有广阔的应用前景。本文合成了一系列顺磁性的功能化介孔材料,用于青霉素G酰化酶(PGA)的固定化,并对顺磁性功能化介孔材料的结构和固定化酶的性能进行了研究,顺磁性的功能化介孔材料在外加磁场的作用下容易磁性分离,有效地解决了介孔材料在使用过程中因粒径过小造成的难以分离问题,取得了如下有意义的研究结果：1.将L-半胱氨酸修饰的Fe304纳米颗粒嫁接到γ-(2,3-环氧丙氧基)-丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)修饰的泡沫状介孔分子筛(MCFs)外表面,合成了顺磁性的环氧基功能化的MCFs介孔分子筛(PEMCFs),控制Fe304纳米颗粒的粒径大于MCFs介孔分子筛的窗口直径,尽可能地减少制备过程对于PEMCFs介孔分子筛的孔结构的影响。L-半胱氨酸修饰的Fe304纳米颗粒很稳定地共价嫁接在环氧基功能化的MCFs介孔分子筛的外表面,所合成的PEMCFs介孔分子筛具有有序的介孔结构,高比表面积(469m2/g),较大孔容(1.6cm3/g),较大孔径(Dw=15.1nm, Dc=29.2nm),并具有顺磁性(Ms=14emu/g)。将合成的PEMCFs介孔分子筛用作固定PGA的载体,PGA分子主要以共价结合方式固定在PEMCFs介孔分子筛的内表面,得到了高初活性和高操作稳定性的固定化酶,PGA/PEMCFs的初活性和10次操作稳定性分别为8800U/g和94.5%。2.为了进一步提高固定化酶的活性,先用链长较短的γ-醛丙基三甲氧基硅烷(TMSP)修饰MCFs介孔分子筛,然后将Y-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的Fe304纳米颗粒嫁接到TMSP修饰的MCFs介孔分子筛外表面,合成了顺磁性的醛基功能化的MCFs介孔分子筛(PAMCFs),同样控制Fe304纳米颗粒的粒径大于MCFs介孔分子筛的窗口直径,所合成的PAMCFs-15(Fe3O4含量为15wt%)介孔分子筛具有有序的介孔结构,高比表面积(469m2/g),较大孔容(1.73cm3/g),较大孔径(Dw=15.0nm, Dc=29.5nm),并具有顺磁性(Ms=11emu/g). APTES修饰的Fe304纳米颗粒共价嫁接在醛基功能化MCFs介孔分子筛的外表面。将合成的PAMCFs介孔分子筛用作固定化PGA的载体,PGA分子主要以共价结合方式固定在PAMCFs介孔分子筛的内表面,得到了高初活性和高操作稳定性的固定化酶,PGA/PAMCFs-15的初活性和10次操作稳定性分别为9563U/g和89.1%。系统考察了PGA浓度,反应温度,反应pH值对固定化酶性能的影响,研究发现,固定化酶的载酶量和活性随着PGA浓度的增大而增大,当PGA浓度达到1.96mg/mL时,载酶量和活性都达到最大。随着反应温度的升高,固定化酶的活性逐渐增大,当反应温度达到45℃,固定化PGA的活性达到最大,继续升高反应温度,活性反而下降。随着反应pH值的升高,固定化PGA的活性逐渐增大,当pH值达到7.8时,活性达到最高,在pH值为7.8-10.0范围内,固定化PGA的活性均保持最高,继续升高pH值,活性迅速下降。3.用共沉淀法制备油酸修饰的Fe304纳米颗粒。醛基功能化的介孔二氧化硅-Fe304纳米复合物是在P123, NaCl和Fe304存在的条件下,成功地通过共缩聚正硅酸乙酯(TEOS)和TMSP一步合成的,使其表面含有醛基基团,可以通过调节TEOS和TMSP的比例来改变纳米复合物表面的醛基量。当不加入TMSP时,纳米复合物为囊泡结构,当加入TMSP后,纳米复合物部分转变为管状结构,随着TMSP加入量增大到一定程度时,纳米复合物完全转变为管状结构,而Fe304纳米颗粒嵌在Si02管状结构中。所合成的Fe3O4/CHO-SiO2-0.15(TMSP与总Si源摩尔比为0.15)具有较高比表面积(368m2/g),较大孔容(0.7cm3/g),较大孔径(Dw=7.4nm, Dc=11.3nm),并具有顺磁性(Ms=35.1emu/g)。将合成的纳米复合物用作固定化PGA的载体,PGA分子共价固定在Fe3O4/CHO-SiO2-0.15表面,得到了较高初活性和操作稳定性的固定化酶。PGA/Fe3O4/CHO-SiO2-0.15的初活性和10次操作稳定性分别为6231U/g和91.0%。4.用溶剂热法制备Fe304微球,经盐酸处理,在NaCl-乙醇-水溶液中通过一步共缩聚TEOS和TMSP,合成了顺磁性的醛基功能化的Fe3O4@CHO-mSiO2核壳材料。随着TMSP的加入,由于TMSP的位阻效应,使得Fe304微球表面的壳层厚度变薄,所合成的Fe3O4@CHO-mSiO2-0.15(TMSP与总Si源摩尔比为0.15)的比表面积为117m2/g,孔容为0.18cm3/g,孔径为Dw=6.3nm, Dc=9.1nm,并具有顺磁性(Ms=44.7emu/g)。将合成的Fe3O4@CHO-mSiO2-0.15核壳材料用作固定化PGA的载体,PGA分子共价固定在Fe3O4@CHO-mSiO2-0.15的表面。随着TMSP加入量的增加,核壳材料的壳层厚度变薄,固定化酶的载酶量和酶活都逐渐减小,PGA/Fe3O4@CHO-mSiO2-0.15的初活性和10次操作稳定性分别为1887U/g和83.7%。