双氧水浓度的精确测量在疾病诊断、健康防护、污染监测等方面有着重要意义。不同场景的双氧水浓度差异巨大，可以从微摩尔延伸至摩尔量级。基于过氧化物酶比色测量双氧水浓度是一种低成本、有潜力构筑便携传感器的检测模式，但是，受酶促反应本身规律的限制，高浓度双氧水通常不在该类传感器检测的线性范围内，因而，传统的基于过氧化物酶的比色传感器不具备直接测量高浓度双氧水浓度的能力。目前，对高浓度双氧水进行稀释测量是解决该问题的唯一策略，然而，稀释过程会增加检测操作的复杂性，且稀释倍数不合适时容易产生较大误差。所以，提升基于过氧化物酶比色检测双氧水的线性范围和检测上限十分必要。
近期，西安交通大学基础医学院医学工程研究所杜宝吉研究员团队提出了基于过氧化氢酶和过氧化物酶串联的酶反应系统，通过过氧化氢酶对双氧水的分解作用，实现过氧化物酶检测双氧水检测上限提升的假设。该研究以钌纳米颗粒的过氧化物纳米酶（POD）为模型，融合天然过氧化氢酶（CAT），对以上假设进行了实验验证，使其检测上限提升至原来的10倍。更重要的是，该项工作详细研究了该传感器检测上限提升的具体因素，发现过氧化氢酶与过氧化物酶的活性比同检测上限提升的倍数呈正相关关系。通过酶促反应动力学方程的推导，对这一现象进行了充实的理论解释，其行为类似于竞争性酶促反应。最后，使用优化后的传感器对含高浓度双氧水的实际样品——隐形眼镜双氧水护理液，进行了双氧水浓度的测定，表现出的检测准确度（回收率接近100%）远远优于单独的过氧化物酶传感器（回收率约为50%）。
该研究首次提出并验证了过氧化氢/过氧化物串联酶可以提升双氧水检测的线性范围和检测上限，并成功应用于商品化医疗器械产品的评估，以避免潜在医疗事故的产生。第二，该研究提出了一种新型的类似竞争性酶反应的酶促反应模型，给酶促反应提供了又一种典型案例。第三，该研究从理论和实验两个层面对串联酶系统进行了研究，为后续串联酶系统的性能解析和开发提供了基础。
该成果以A Cascade Enzyme System Integrating Peroxidase Mimic with Catalase for Linear Range Expansion of H2O2 Assay: A Mechanism and Application Study为题发表于Small（影响因子：15.153）。西安交通大学基础医学院医学工程研究所为第一署名单位，杜宝吉研究员、西安交通大学二附院王建明教授和刘兰助理研究员为本论文的共同通讯作者，硕士生厚海伟为第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金和西安交通大学的经费支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202300444
