随着科学技术的不断发展,纳米材料已经快速进入我们的日常生活中,大自然中有很多生物纳米材料,S-层蛋白就是其中一种。S-层蛋白存在于大部分古生菌和真细菌的表面,它由一种蛋白或糖蛋白组成,可以在细菌的表面自组装成规则的晶格结构。S-层蛋白也可以在体外自组装成有规则晶格结构的二维生物膜。近几十年里,科学家热衷于S-层蛋白的研究,依据其表达量大、能够自组装的性质,开发了众多的应用如介导异源蛋白的高效表达、表面展示、制备分子筛和作为金属纳米粒子的模板,这些研究表明S-层蛋白是一种理想的生物纳米材料。本研究以炭疽芽孢杆菌S-层蛋白EA1为研究对象,将其体外自组装性质与其生物学功能有机结合,发展了新型多功能生物纳米材料:1.体外表达炭疽芽胞杆菌S-层蛋白EA1,并且研究其在不同界面自组装的最佳条件,探索EA1的最小组装区域;将甲基对硫磷水解酶（MPH）作为标记酶融合于EA1的C-末端,得到可以自组装的融合蛋白EA1-MPH,运用透射电子显微镜技术成功得到EA1和融合蛋白EA1-MPH晶格结构和晶胞参数。将自组装的融合蛋白EA1-MPH应用于检测血清中炭疽芽胞杆菌抗体,在此充分利用了 EA1的自组装特性和其生物抗原性,同时也利用了 MPH的酶活特性,将两个蛋白的物理、化学和生物特性充分展示。该方法实现了炭疽芽胞杆菌特异性抗体的高灵敏检测,检测灵敏度达到pg级,较传统方法灵敏度提高了约300倍。在此,MPH的反应产物为黄色,该检测方法无需仪器就可以快速判断出检测物中是否含有炭疽抗体以及抗体的浓度。与此同时,我们发现自组装后的融合蛋白EA1-MPH对于MPH的酶活有明显的稳定作用,可以在不同温度下有效延长甲基对硫磷水解酶酶活作用时间,并且与EA1蛋白一样有胞壁质水解酶活性,是一种多功能生物纳米材料。2.研发了一种快速反复回收利用酶的生物纳米材料:将EA1与单体酶MPH融合表达,与多体酶葡萄糖氧化酶利用短肽在溶液中相互作用,融合蛋白及复合蛋白可以在磁性脂质体表面混合组装,得到能够快速反复回收利用酶的新材料,有效的节约了酶反应的成本;另外,将炭疽芽胞杆菌S-层蛋白EA1在磁性脂质体表面的自组装,结果发现脂质体稳定性显著提高,为今后S-层蛋白的进一步开发应用提供了参考。在此,我们将S-层蛋白EA1作为Carrier,实现了酶在磁性脂质体表面的定向固定和阵列排布,发展了适于单体酶和多体酶贮存、回收及其再利用的通用策略。