活性氧（ROS）是細胞中產(chǎn)生的活性陰離子或中性高度不穩定小分子，主要包括過(guò)氧化物、·、·OH、H2O2、單線(xiàn)態(tài)氧（1O2）、烷基過(guò)氧化物（ROO）和一氧化氯（ClO）。ROS是正常細胞系統中的重要組成部分，在調節生物體的各種生理功能中起著(zhù)重要的作用。低濃度時(shí)，ROS作為信號分子參與正常細胞代謝的生理活動(dòng)，但當ROS濃度不斷升高時(shí)，它會(huì )引起細胞損傷導致癌癥、糖尿病、心臟病、腫瘤和一些神經(jīng)退行性疾病，這一現象被稱(chēng)為氧化應激。ROS對環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的基礎研究與應用都有著(zhù)重要影響，因此對ROS的檢測與定量分析有著(zhù)重要意義。目前已經(jīng)存在許多用于定量測定ROS的分析方法（如熒光法、分光光度法、高效液相色譜法、電子自旋共振法、質(zhì)譜法、比色法和電化學(xué)方法），但在選擇分析方法與檢測手段時(shí)需要考慮以下問(wèn)題：（1）不同種類(lèi)的ROS具有不同的內在特性（壽命、擴散速率及生成源），這可能導致對其測量的不準確和不一致；（2）一些檢測方案需要在細胞源上進(jìn)行檢測，還需要考慮所用傳感材料的生物相容性；（3）ROS檢測需要成本低廉、穩定性高、選擇性好和靈敏度優(yōu)異的檢測技術(shù)。

電化學(xué)技術(shù)因其高靈敏度、高選擇性、易于操作和直接定量等特點(diǎn)，已被證明是測定ROS的有效工具。近年來(lái)，通過(guò)研究天然酶的結構和催化特性，人們設計與合成了與天然酶活性相似的納米模擬酶來(lái)代替天然酶。納米模擬酶不僅比表面積大、生物相容性好、結構性能穩定，而且還具有化學(xué)與物理性質(zhì)易于控制、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，納米模擬酶常被用于構建生物電化學(xué)傳感器（如谷胱甘肽、葡萄糖、膽固醇、·、·OH以及H2O2等生物小分子傳感器）。本文主要總結了納米模擬酶在活性氧（OH，H2O2）檢測中的應用研究進(jìn)展。

1、模擬酶

天然酶是在活細胞中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，對底物具有高度特異性和催化性能，不僅在生物體中表現出催化特性，還能催化外部反應，模擬環(huán)境。由于這一特點(diǎn)，它們被廣泛應用于疾病診斷、臨床治療、農業(yè)工程和食品加工等各個(gè)領(lǐng)域。然而，天然酶很容易失活，苛刻的pH環(huán)境可能會(huì )使天然酶失去催化功能。此外，天然酶的提取和純化過(guò)程也會(huì )造成其損耗并增加成本。這些天然酶固有的缺陷大大阻礙了它們的實(shí)際應用。

模擬酶是一種以主-客體化學(xué)和超分子化學(xué)理論為基礎發(fā)明的具有天然酶類(lèi)似催化活性的非蛋白類(lèi)物質(zhì)。主-客體化學(xué)的基本原理來(lái)源于酶和底物之間的相互作用，即主體和客體在結合部位的空間及電子排列的互補，這類(lèi)似于酶與其所識別的底物的結合。超分子化學(xué)理論是根據酶催化反應機理有效地模擬酶分子的催化過(guò)程，通過(guò)研究尋找出能與底物分子產(chǎn)生分子間相互作用的主體分子。

納米模擬酶是具有酶活性的納米材料，因其成本低、表面易修飾、穩定性強、活性可調等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注。它能有效地克服天然酶成本高、穩定性差、可重復性差等缺點(diǎn)，并保持天然酶催化活性高和選擇性好等特點(diǎn)。到目前為止，各種基于納米模擬酶的分析傳感器已被用于檢測各種離子、生物小分子（如過(guò)氧化氫、葡萄糖、乳酸、膽固醇和乙醇）、生物大分子（如凝血酶和DNA）和其他生物分子（如細胞、細菌或病毒）。

1.1傳統模擬酶

根據主-客體化學(xué)和超分子理論，已研究出了多種傳統模擬酶。傳統模擬酶不僅在耐酸堿、熱穩定性方面優(yōu)于天然酶，而且價(jià)格便宜，可大量應用于實(shí)際生產(chǎn)中。幾種常見(jiàn)的傳統模擬酶的介紹如下：

環(huán)糊精是由多個(gè)葡萄糖單元組成的環(huán)狀低聚糖。環(huán)糊精的外緣親水而內腔疏水，因而它能夠像酶一樣提供一個(gè)疏水的結合點(diǎn)，并作為主體包絡(luò )各種適當的客體，如有機分子、無(wú)機離子以及氣體分子等。因此，它經(jīng)常被用作與其他材料結合的模仿酶的底物。

卟啉是一類(lèi)由四個(gè)吡咯環(huán)和四個(gè)內消旋碳以不同的方式排列形成的大分子雜環(huán)化合物，所得的卟啉異構體表現出非常不同的電子特性。研究表明，卟啉是一種具有豐富化學(xué)配位的多功能配體，它非常容易與所有金屬/準金屬/非金屬形成絡(luò )合物。因此，卟啉長(cháng)期以來(lái)被廣泛用于材料科學(xué)、生物學(xué)和醫學(xué)等領(lǐng)域。

2020年，Fan等通過(guò)CoⅢ-PPIX的CoⅢ和Py2CD的吡啶N之間的共價(jià)鍵實(shí)現了鄰甲基化環(huán)糊精二聚體與鈷原卟啉（CoⅢPPIX Py2CD）的仿生組裝（如圖1所示），開(kāi)發(fā)了用于檢測H2O2的電化學(xué)傳感器。該傳感器檢測線(xiàn)性范圍較寬，檢測下限為2.47×10－7mol/L，為仿生載體的開(kāi)發(fā)和生物的檢測分析提供了一些建設性的啟示。

在傳統模擬酶中除了上述提到的環(huán)糊精模擬酶和卟啉類(lèi)模擬酶外，還有分子印跡聚合物模擬酶。分子印跡聚合物模擬酶是通過(guò)分子印跡技術(shù)（molecular imprinting technology，MIT）將功能單體與分子印跡模板通過(guò)交聯(lián)劑聚合成分子印跡聚合物（molecular imprinted polymer，MIP），然后再將印跡分子從MIP中除去，只留下具有特定分子特異性識別功能的分子結構。分子印跡聚合物模擬酶在催化、固相萃取、傳感器和抗體等許多方面得到了迅速發(fā)展。分子印跡聚合物模擬酶具有良好的儲存穩定性、潛在的可重復使用性、簡(jiǎn)單的制備工藝以及易于與傳感器集成等優(yōu)點(diǎn)。

電化學(xué)方法靈敏度高，響應速度快且不需要復雜的儀器，這些特性使其與分子印跡聚合物模擬酶的結合在分析研究中有廣闊的應用前景。2019年，Huang等研究了一種用于檢測·OH的分子印跡聚合物模擬酶傳感器（如圖2），該傳感器以吡咯為功能單體，通過(guò)簡(jiǎn)單的電化學(xué)方法在還原氧化石墨烯（rGO）上印跡2，5-二甲基苯甲酸（2，5-DHBA）。該方法改善了2，5-DHBA的導電性和質(zhì)量傳輸，增加了2，5-DHBA識別活性位點(diǎn)的可能性。

除了上述提到的幾種傳統模擬酶外，其他的如冠醚類(lèi)、杯芳烴類(lèi)也受到了人們的關(guān)注。冠醚是一種簡(jiǎn)單的環(huán)狀化合物，最常見(jiàn)的形式是環(huán)氧乙烷的大環(huán)低聚物。其特征是可以通過(guò)不同的合成方法調節其空腔大小從而選擇性地結合陽(yáng)離子和中性物種。胡偉等發(fā)現雜氮冠醚化席夫堿鈷（Ⅱ）配合物對磷酸二酯（BNPP）水解具有很好的催化活性。杯芳烴是由苯酚基和亞甲基或類(lèi)似基團交替連接形成的環(huán)狀低聚物。與冠醚相似，杯芳烴也具有可調節的疏水空腔，可以對金屬離子和中性分子進(jìn)行包絡(luò )。Ozyilmaz等通過(guò)將Fe3O4與杯芳烴的衍生物進(jìn)行結合制備了一種包封脂肪酶，并研究其催化活性與穩定性。

相比天然酶，傳統模擬酶在耐酸、耐堿、熱穩定性等方面都具有優(yōu)勢，而且價(jià)格便宜，能大規模用于實(shí)際應用中。但是，傳統模擬酶也存在合成較為復雜、催化活性位點(diǎn)單一、催化效率低以及分離、回收和再生較困難等缺點(diǎn)。