催化剂广泛应用于工业生产和生物医学等诸多领域,以提高产出效率或者满足复杂的反应需求,但是化学催化剂的使用容易造成环境污染和资源枯竭。酶作为生物催化剂,具有环境友好、使用效率高、选择性高、条件温和、容易操作等特点,更加符合“绿色生产”的概念。然而酶对于使用条件的限制较为苛刻,虽然通过一系列研究已经可以分离出适用于不同需求的酶,依然很难广泛用于工业生产中。酶固定化有利于提高酶的稳定性,实现重复使用。酶固定化载体和方法的开发至关重要,要求载体能为酶提供良好的微环境,从而提高酶催化的速率和效率。尤其在多酶催化体系中,不同酶的最佳催化条件不同,在同一反应环境中很难发挥各自的最佳催化性能,由此需要通过特殊性能的载体材料去给酶提供各自所需要的微环境,提高多酶系统的催化效率和使用稳定性。针对以上问题,本论文利用分子自组装技术对镁离子依赖型的金属酶β-半乳糖苷酶进行固定化,成功提高了酶催化的速率和效率。同时,基于分子自组装的分子印迹技术,合成不同带电性的纳米颗粒,实现多酶的固定化。将D-氨基酸氧化酶固载到带正电的分子印迹纳米颗粒上,将细胞色素C固载到带负电的纳米颗粒上,利用不同带电性的分子印迹纳米颗粒实现酶的定向固定化,并为酶提供了不同酸碱性的微环境,实现了级联系统中各自酶催化反应性能的提高。本文的研究主要包括:(1)通过分子自组装技术,分别选择均苯三甲酸、环糊精、尿嘧啶等不同配体,实现镁离子依赖性的β-半乳糖苷酶的固定化,最终合成β-半乳糖苷酶固定化纳米颗粒。利用扫描电子显微镜和元素分析表征了纳米颗粒的表观形貌和化学组成,研究了固定化酶的最优催化条件、反应动力学和使用稳定性,证明了固定化酶的催化性能明显优于游离酶。(2)利用分子印迹技术,以酶作为模板分子,通过反相乳液聚合制备了不同带电性的分子印迹纳米颗粒,探索了不同的功能单体以及配比对纳米颗粒带电性和形貌的影响。(3)以不同带电性的分子印迹纳米颗粒为载体,对D-氨基酸氧化酶和细胞色素C的双酶体系进行固定化。将D-氨基酸氧化酶固载到带正电的分子印迹纳米颗粒上,细胞色素C固载到带负电的纳米颗粒上,通过纳米载体不同的带电性为酶提供各自需要的微环境,拓宽了两个酶的最适酸碱度。研究了多酶催化体系的最佳反应条件、反应动力学和使用稳定性,证明了固定化酶载体和方法的优越性,研究表明固定化酶的催化性能远远优于游离酶。