生物催化在工业催化过程中发挥着重要的作用,而生物催化剂的固定化在其应用中扮演着重要角色。仿生黏附材料是基于海洋贻贝粘蛋白研究基础上人工合成的一种在水中具有粘附功能的材料。本课题利用邻苯二酚类衍生物所具有的粘附特性,通过合成不同类型的磁性固定化载体,对不同的生物催化剂进行固定化,并研究各个因素对固定化生物催化剂活力、稳定性的影响。具体的内容分为以下几个部分：(1)磁性壳聚糖纳米材料对ω-转氨酶J2315的固定化通过基因挖掘的方法筛选到一种新型的ω-转氨酶J2315,成功实现了该酶在大肠杆菌中的异源可溶表达,并对该酶的催化性质进行了鉴定,结果表明该酶的比活为8.6U/mg,具有S构型选择性,反应的最适pH为9.0,最适温度为40℃,该酶对芳香族胺类和芳香族醛类具有较好的催化活性。以邻苯二酚壳聚糖包裹的纳米四氧化三铁(CCS-IONPs)作为固定化载体,实现了ω-转氨酶J2315的高效固定化,此载体最大的载酶量为681.7mg蛋白/g载体,固定化酶活力回收率为87.5%。此外,固定化酶具有更好的稳定性和重复使用性。(2)产腈水解酶BCJ2315重组大肠杆菌的固定化及其应用利用邻苯二酚壳聚糖对细胞和纳米四氧化三铁相互交联,实现了重组大肠杆菌M15/BJ2315的固定化。固定化细胞活力回收率高,稳定性好,能通过磁分离实现重复使用。为了实现高浓度扁桃腈的转化,我们提出并优化了乙酸乙酯/水两相反应体系。在最优的条件下,成功的实现了1M扁桃腈在4h内的完全水解,产率为99%,ee值为95%。此外,利用固定化细胞在乙酸乙酯/水两相体系中连续多批次催化扁桃腈水解制备(R)-(-)-扁桃酸,在进行6批连续反应之后,(R)-(-)-扁桃酸的时空产率达到了40.9g·L-1.h-1,相对产量达到了24.1g·g-1。(3)聚多巴胺包裹的纳米四氧化三铁(PD-IONPs)司定化氧化葡萄糖酸杆菌的研究利用PD-IONPs作为固定化载体,通过材料表面的聚多巴胺与细胞粘附结合,进而引起细胞交联聚集实现细胞的固定化。在最优的条件下,每毫克材料能固定化21.3mg的湿菌体。通过此载体固定化氧化葡萄糖酸杆菌不影响其催化活性,并且赋予了固定化细胞良好的重复使用性。通过分析聚多巴胺与细胞表面结合的蛋白位点,发现与聚多巴胺结合的蛋白存在较多的赖氨酸、精氨酸或半胱氨酸,这些氨基酸残基所含有的氨基或巯基能与聚多巴胺的邻苯二酚基团通过共价键结合。(4)邻苯二酚基团粘附机理的研究为了揭示邻苯二酚基团与无机载体表面和生物大分子之间的粘附机理,我们以Fe3+和半胱氨酸作为模式研究对象,研究结果发现邻苯二酚基团能与Fe3+通过配位键形成络合物,而且其配位数由pH可逆的调控。此外,邻苯二酚基团与半胱氨酸反应结果表明邻苯二酚基团对巯基具有优先选择性。pH对邻苯二醌基团与氨基和巯基反应活性和选择性具有重要的影响。为了进一步研究邻苯二酚基团与生物大分子结合位点及其机理,我们采用邻苯二酚衍生化的PEG对脂肪酶LipK107进行修饰,通过定点突变的方法在脂肪酶的表面引入了半胱氨酸。结果揭示了邻苯二酚基团与蛋白的结合位点及其反应速率是由pH调控：在碱性条件下,邻苯二酚基团能与脂肪酶表面的氨基和巯基结合,反应速率快；而在中性的条件下,邻苯二酚基团与脂肪酶表面的巯基发生特异性的结合；在酸性条件下,邻苯二酚基团不能与脂肪酶结合。(5)磁性亲和纳米材料的制备及其应用基于邻苯二酚基团对金属离子和生物大分子的不同粘附机制,我们设计了两种磁性亲和纳米材料。通过还原性谷胱甘肽(GSH)与PD-IONPs表面的邻苯二酚基团反应制备GSH-PD-IONPs,此材料对GST标签融合蛋白具有较好的亲和性,成功的实现了GST融合的绿色荧光蛋白(GST-GFP)的分离纯化。此外,利用聚多巴胺包裹的磁性复合颗粒(PD-MNPs)络合镍离子后制备Ni2+-PD-MNPs,该材料对His标签融合蛋白展现出了很好的特异性,成功的用于分离纯化His标签融合的红色荧光蛋白(His-RFP)。同时,我们还利用该材料用于选择性固定化ω-转氨酶BJ110,结果表明该材料作为固定化载体能特异性的固定化细胞裂解液中的ω-转氨酶BJ110,固定化酶展现出了更好的比活力,还具有良好的稳定性和重复使用性。本课题所提出的基于仿生粘附材料的生物催化剂固定化技术,具有操作简便、固定化效率高、易于分离等优点,同时该技术具有普适性,能用于其它生物大分子,如酶、抗体、DNA等固定化。此外,通过对仿生粘附材料粘附机制进行揭示,为酶的理性固定化研究、蛋白质的修饰研究、酶的体外组装以及智能水凝胶的制备开拓了一条新型的技术解决路线。