活性氧（ROS）是細(xì)胞中產(chǎn)生的活性陰離子或中性高度不穩(wěn)定小分子，主要包括過(guò)氧化物、·、·OH、H2O2、單線態(tài)氧（1O2）、烷基過(guò)氧化物（ROO）和一氧化氯（ClO）。ROS是正常細(xì)胞系統(tǒng)中的重要組成部分，在調(diào)節(jié)生物體的各種生理功能中起著重要的作用。低濃度時(shí)，ROS作為信號(hào)分子參與正常細(xì)胞代謝的生理活動(dòng)，但當(dāng)ROS濃度不斷升高時(shí)，它會(huì)引起細(xì)胞損傷導(dǎo)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(xiàn)象被稱為氧化應(yīng)激。ROS對(duì)環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用都有著重要影響，因此對(duì)ROS的檢測(cè)與定量分析有著重要意義。目前已經(jīng)存在許多用于定量測(cè)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(cè)手段時(shí)需要考慮以下問題：（1）不同種類的ROS具有不同的內(nèi)在特性（壽命、擴(kuò)散速率及生成源），這可能導(dǎo)致對(duì)其測(cè)量的不準(zhǔn)確和不一致；（2）一些檢測(cè)方案需要在細(xì)胞源上進(jìn)行檢測(cè)，還需要考慮所用傳感材料的生物相容性；（3）ROS檢測(cè)需要成本低廉、穩(wěn)定性高、選擇性好和靈敏度優(yōu)異的檢測(cè)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(cè)定ROS的有效工具。近年來(lái)，通過(guò)研究天然酶的結(jié)構(gòu)和催化特性，人們?cè)O(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)性能穩(wěn)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(gòu)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(jié)了納米模擬酶在活性氧（OH，H2O2）檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1、模擬酶

天然酶是在活細(xì)胞中產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，對(duì)底物具有高度特異性和催化性能，不僅在生物體中表現(xiàn)出催化特性，還能催化外部反應(yīng)，模擬環(huán)境。由于這一特點(diǎn)，它們被廣泛應(yīng)用于疾病診斷、臨床治療、農(nóng)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(yīng)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(chǔ)發(fā)明的具有天然酶類似催化活性的非蛋白類物質(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(jié)合部位的空間及電子排列的互補(bǔ)，這類似于酶與其所識(shí)別的底物的結(jié)合。超分子化學(xué)理論是根據(jù)酶催化反應(yīng)機(jī)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(wěn)定性強(qiáng)、活性可調(diào)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(wěn)定性差、可重復(fù)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(cè)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(xì)胞、細(xì)菌或病毒）。

1.1傳統(tǒng)模擬酶

根據(jù)主-客體化學(xué)和超分子理論，已研究出了多種傳統(tǒng)模擬酶。傳統(tǒng)模擬酶不僅在耐酸堿、熱穩(wěn)定性方面優(yōu)于天然酶，而且價(jià)格便宜，可大量應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。幾種常見的傳統(tǒng)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(nèi)腔疏水，因而它能夠像酶一樣提供一個(gè)疏水的結(jié)合點(diǎn)，并作為主體包絡(luò)各種適當(dāng)?shù)目腕w，如有機(jī)分子、無(wú)機(jī)離子以及氣體分子等。因此，它經(jīng)常被用作與其他材料結(jié)合的模仿酶的底物。

卟啉是一類由四個(gè)吡咯環(huán)和四個(gè)內(nèi)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(gòu)體表現(xiàn)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(zhǔn)金屬/非金屬形成絡(luò)合物。因此，卟啉長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛用于材料科學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

2020年，F(xiàn)an等通過(guò)CoⅢ-PPIX的CoⅢ和Py2CD的吡啶N之間的共價(jià)鍵實(shí)現(xiàn)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），開發(fā)了用于檢測(cè)H2O2的電化學(xué)傳感器。該傳感器檢測(cè)線性范圍較寬，檢測(cè)下限為2.47×10－7mol/L，為仿生載體的開發(fā)和生物的檢測(cè)分析提供了一些建設(shè)性的啟示。

在傳統(tǒng)模擬酶中除了上述提到的環(huán)糊精模擬酶和卟啉類模擬酶外，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(shí)別功能的分子結(jié)構(gòu)。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(chǔ)存穩(wěn)定性、潛在的可重復(fù)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(yīng)速度快且不需要復(fù)雜的儀器，這些特性使其與分子印跡聚合物模擬酶的結(jié)合在分析研究中有廣闊的應(yīng)用前景。2019年，Huang等研究了一種用于檢測(cè)·OH的分子印跡聚合物模擬酶?jìng)鞲衅鳎ㄈ鐖D2），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(dǎo)電性和質(zhì)量傳輸，增加了2，5-DHBA識(shí)別活性位點(diǎn)的可能性。

除了上述提到的幾種傳統(tǒng)模擬酶外，其他的如冠醚類、杯芳烴類也受到了人們的關(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(diào)節(jié)其空腔大小從而選擇性地結(jié)合陽(yáng)離子和中性物種。胡偉等發(fā)現(xiàn)雜氮冠醚化席夫堿鈷（Ⅱ）配合物對(duì)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似基團(tuán)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(diào)節(jié)的疏水空腔，可以對(duì)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(jié)合制備了一種包封脂肪酶，并研究其催化活性與穩(wěn)定性。

相比天然酶，傳統(tǒng)模擬酶在耐酸、耐堿、熱穩(wěn)定性等方面都具有優(yōu)勢(shì)，而且價(jià)格便宜，能大規(guī)模用于實(shí)際應(yīng)用中。但是，傳統(tǒng)模擬酶也存在合成較為復(fù)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)。