卡拉胶凝胶因具有生物相容性好、易于制备、来源丰富等特点,而成为最常用的固定化酶载体之一。但由于其结构较为疏松,网络孔径大且分布范围宽,并且在制备过程中存在明显的脱水收缩,从而造成酶的泄漏严重,限制了卡拉胶凝胶固定化酶的使用寿命和应用效率。为解决上述问题,在自然界中硅藻结构的启发下,本研究设计并制备出具有“核-壳”结构的新型卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球作为固定化酶载体。首先,以吸附于卡拉胶凝胶表面的壳聚糖分子催化二氧化硅前驱体水解液中硅醇单体的缩聚,制备了仿生卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球。采用SEM、BET、FTIR等多种表征手段对卡拉胶凝胶及杂化卡拉胶凝胶微球的结构形态、物理化学性质进行了研究。同时,对壳聚糖催化二氧化硅生物矿化的机理进行了研究。然后,采用先包埋、后涂覆的方法将模型蛋白牛血清白蛋白(BSA)包埋于卡拉胶凝胶及卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球中,通过对包埋过程和释放过程中BSA泄漏率的研究,发现二氧化硅层能有效地抑制BSA的泄漏,并且提高了载体的抗溶胀性能。最后,用卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球包埋醇脱氢酶(YADH),并分别考察了卡拉胶凝胶和卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球固定化酶的泄漏率、酶活性、酶促反应最适温度和pH值、固定化酶促反应动力学、操作稳定性和储藏稳定性等。研究结果表明,与卡拉胶凝胶微球相比,卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球中的酶泄漏率降低了60 %左右。卡拉胶-二氧化硅杂化凝胶微球固定化酶酶活保持率、操作稳定性和储藏稳定性均较卡拉胶凝胶微球固定化酶有了显著提高。另外,包埋后的醇脱氢酶热稳定性明显提高,且酶的二级结构也得到了很好的保持。