铁氨基黏土(Fe-aminoclay),是一类人工合成的具有层状结构的纳米材料。相较于天然黏土,具有结构可调,功能可设计等优势,已广泛应用于生物及催化领域。近年来,纳米科学技术的发展为构筑Fe-aminoclay及其复合结构材料提供了新的契机。本文对Fe-aminoclay进行表面改性,增加其表面活性基团。以Fe-aminoclay作为生物酶固定化载体,通过不同的固定化方式构筑了铁氨基黏土纳米结构脂肪酶(Feclay-lipase)和铁氨基黏土脂肪酶复合结构材料(Aminoclay-lipase)。主要研究成果如下:(1)双功能团铁氨基黏土的制备及性能研究。本章利用丁二酸酐改性Fe-aminoclay用以提高其水分散性,羧基官能团的引入能够提高Fe-aminoclay表面活性。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、接触角等测试技术对双功能团铁氨基黏土进行矿物学表征,结果表明,丁二酸酐改性铁氨基黏土保留了Fe-aminoclay的固有层状结构,FT-IR结果显示C=O伸缩振动峰,-OH振动峰有所增强,说明羧基已经成功接枝在Fe-aminoclay上。接触角分析表明,丁二酸酐改性铁氨基黏土的亲水性较铁氨基黏土有所增强。Fe-aminoclay改性后,表面增加了大量的氨基和羧基,可以作为蛋白质分子的结合位点,进而拓宽了其应用范围,可用于药物运输和释放、生物酶固定化载体等。(2)铁氨基黏土纳米结构脂肪酶的构筑及催化特性研究。本章以铁氨基黏土(Feaminoclay)作为酶固定化载体,脂肪酶为目的酶,1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)为交联剂,通过共价交联结合的方式合成铁氨基黏土纳米结构脂肪酶(Feclay-lipase)。通过X射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征技术对Feclay-lipase的形貌结构进行了分析,研究了不同给酶量对酶固定化效率的影响,比较研究了游离酶和Feclay-lipase的酶学特性。实验结果表明,XRD和SEM分析结果可以看出脂肪酶主要固定在Feaminoclay表面,脂肪酶的最高固定化效率为82.88%,载酶量为414.4 mg/g,酶活高达28.24 U/mg,较游离酶(8.21 U/mg)提高三倍。Feclay-lipase的最适反应温度较游离脂肪酶提高10℃,最适反应pH向碱性偏移一个单位,且在4℃保存一个月后酶活无明显降低。(3)铁氨基黏土脂肪酶复合结构的构筑及催化特性研究。本章通过在合成Feaminoclay的过程中加入脂肪酶,构筑了一种铁氨基黏土脂肪酶复合结构材料(Aminoclay-lipase),通过XRD、FT-IR、Zeta电位等表征技术对Aminoclay-lipase进行了矿物学表征。实验研究了不同给酶量对酶固定化效率的影响,对比研究了Feclaylipase、Aminoclay-lipase及游离酶的酶学特性,探讨了两种固定化酶在不同外界环境条件下催化活性的差异。实验结果表明,Aminoclay-lipase的酶固定化效率为89.25%,载酶量为148.75 mg/g,酶活为22.12 U/mg,较游离酶提高2.6倍。由于Feclay-lipase脂肪酶与载体以共价交联的方式结合,稳定性要优于Aminoclay-lipase。Aminoclaylipase对比游离脂肪酶,其最适温度、pH、储存稳定性均有明显提升。