活性氧（ROS）是細胞中產生的活性陰離子或中性高度不穩定小分子，主要包括過氧化物、·、·OH、H2O2、單線態氧（1O2）、烷基過氧化物（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重要的作用。低濃度時，ROS作為信號分子參與正常細胞代謝的生理活動，但當ROS濃度不斷升高時，它會引起細胞損傷導致癌癥、糖尿病、心臟病、腫瘤和一些神經退行性疾病，這一現象被稱為氧化應激。ROS對環境科學、生命科學等領域的基礎研究與應用都有著重要影響，因此對ROS的檢測與定量分析有著重要意義。目前已經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、質譜法、比色法和電化學方法），但在選擇分析方法與檢測手段時需要考慮以下問題：（1）不同種類的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異的檢測技術。

電化學技術因其高靈敏度、高選擇性、易于操作和直接定量等特點，已被證明是測定ROS的有效工具。近年來，通過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，而且還具有化學與物理性質易于控制、成本低等優點。因此，納米模擬酶常被用于構建生物電化學傳感器（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展。

1、模擬酶

天然酶是在活細胞中產生的蛋白質，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，模擬環境。由于這一特點，它們被廣泛應用于疾病診斷、臨床治療、農業工程和食品加工等各個領域。然而，天然酶很容易失活，苛刻的pH環境可能會使天然酶失去催化功能。此外，天然酶的提取和純化過程也會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際應用。

模擬酶是一種以主-客體化學和超分子化學理論為基礎發明的具有天然酶類似催化活性的非蛋白類物質。主-客體化學的基本原理來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，這類似于酶與其所識別的底物的結合。超分子化學理論是根據酶催化反應機理有效地模擬酶分子的催化過程，通過研究尋找出能與底物分子產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、活性可調等優點而受到人們的廣泛關注。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，并保持天然酶催化活性高和選擇性好等特點。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、熱穩定性方面優于天然酶，而且價格便宜，可大量應用于實際生產中。幾種常見的傳統模擬酶的介紹如下：

環糊精是由多個葡萄糖單元組成的環狀低聚糖。環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疏水的結合點，并作為主體包絡各種適當的客體，如有機分子、無機離子以及氣體分子等。因此，它經常被用作與其他材料結合的模仿酶的底物。

卟啉是一類由四個吡咯環和四個內消旋碳以不同的方式排列形成的大分子雜環化合物，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/非金屬形成絡合物。因此，卟啉長期以來被廣泛用于材料科學、生物學和醫學等領域。

2020年，Fan等通過CoⅢ-PPIX的CoⅢ和Py2CD的吡啶N之間的共價鍵實現了鄰甲基化環糊精二聚體與鈷原卟啉（CoⅢPPIX Py2CD）的仿生組裝（如圖1所示），開發了用于檢測H2O2的電化學傳感器。該傳感器檢測線性范圍較寬，檢測下限為2.47×10－7mol/L，為仿生載體的開發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分子印跡技術（molecular imprinting technology，MIT）將功能單體與分子印跡模板通過交聯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、簡單的制備工藝以及易于與傳感器集成等優點。

電化學方法靈敏度高，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，通過簡單的電化學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的導電性和質量傳輸，增加了2，5-DHBA識別活性位點的可能性。

除了上述提到的幾種傳統模擬酶外，其他的如冠醚類、杯芳烴類也受到了人們的關注。冠醚是一種簡單的環狀化合物，最常見的形式是環氧乙烷的大環低聚物。其特征是可以通過不同的合成方法調節其空腔大小從而選擇性地結合陽離子和中性物種。胡偉等發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似基團交替連接形成的環狀低聚物。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行包絡。Ozyilmaz等通過將Fe3O4與杯芳烴的衍生物進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勢，而且價格便宜，能大規模用于實際應用中。但是，傳統模擬酶也存在合成較為復雜、催化活性位點單一、催化效率低以及分離、回收和再生較困難等缺點。