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细胞色素P450酶（CYP450）主要存在于肝脏中,是实现生物体内源性和外源性化合物生物转化的功能酶系,代谢超过73%的临床药物。由于药物经CYP450酶代谢后生成的产物可能会引起其他CYP450酶活性的改变,干预其对其他药物的代谢行为,从而引发药效的改变或基因毒性,威胁人类健康。因此,通过模拟生物体内微环境,体外构建简便、廉价的CYP450酶介导的药物代谢系统,研究CYP450酶对药物的代谢机理以及药物对CYP450酶的诱导或抑制作用,对于新药的设计合成,药效评估,以及人类健康具有重要的意义和价值。鉴于此,本论文合成了多种具有不同孔结构的纳米材料,并以该纳米多孔结构材料为基质,组装不同类型的模型酶,构建具有生物催化功能的纳米反应器和生物传感器,研究限域微环境中CYP450酶的生物活性、催化协同效能及催化动力学。具体研究内容如下:（1）通过共价作用将碲化镉量子点（QDs）和细胞色素P450 2D6酶（CYP2D6）偶联制得CYP2D6/QDs纳米复合物,然后将其负载在表面呈正电性的二氧化硅泡沫（PMOSF）大孔中,制得一种新型酶限域纳米反应器（CYP2D6/QDs/PMOSF）,用于CYP450酶代谢研究。通过将CYP2D6/QDs/PMOSF修饰在导电玻璃（ITO）电极表面,在白光照射下,QDs产生电子-空穴对分离,其激发态光生电子由导带转移到CYP2D6酶的活性中心,为底物曲马多的催化代谢提供所需电子。结果表明,在–0.2 V（vs.SCE）电位下,PMOSF/CYP2D6/QDs修饰的工作电极的光电流强度随着曲马多浓度的增加而逐渐增大,在底物浓度4.0100μM的范围内呈良好的线性关系,测得的表观米氏常数值为3.6μM,表明在该体系中PMOSF为CYP2D6酶代谢反应提供了一个适宜的微环境并保持了其高催化活性。因此,该纳米反应器成功实现了光驱动体外P450酶的药物代谢过程以及对抑制反应的原位监测,在药物研制开发方面具有潜在的应用价值。（2）通过将细胞色素P450 3A4酶（CYP3A4）与中-四（4-羧基苯基）卟吩（TCPP）共价修饰到金纳米颗粒负载的3D分级多孔碳纳米笼（Au@CNC）中,构建一新型的基于光驱动的纳米反应器。利用光照,使得TCPP激发态产生的电子可由Au@CNC快速传递至CYP3A4酶的催化中心,使底物7-乙氧基香豆素（7-EFC）发生去乙基化反应生成7-羟基香豆素（7-HFC）。结果表明,通过将AuNPs化学沉积在CNC纳米孔中,增强了基体的电子传递能力,提高了CNC的表面亲水性;同时,得益于Au@CNC的分级多孔结构和良好的生物相容性,该反应器显示出优良的酶催化活性、高底物亲和力。7-HFC的荧光强度与7-EFC加入浓度之间呈现良好的线性关系,其线性范围为1003000 nM,检出限可达33 nM。另外,该光驱动纳米反应器具有良好的选择性和重现性,并可拓展至其它酶催化反应体系,因此在药物研制开发方面具有潜在的应用前景。（3）利用氧化镁模板法制备得到了表面亲水且具有多孔结构的氮掺杂碳纳米笼（NCNC）材料,然后通过静电吸附作用将CYP2C9酶固定于NCNC纳米材料的孔内,进而研究CYP2C9/NCNC复合材料在玻碳电极表面的直接电化学催化行为。实验结果显示,在氧气存在的条件下,CYP2C9酶展现出优良的电催化活性,对底物甲苯磺丁脲可以进行快速的响应,并且在3.070μM的范围内,甲苯磺丁脲的浓度c与电流响应值△I之间呈良好的线性关系,表观米氏常数为29.2μM,同时通过液质联用技术对产物脱甲基曲马多的生成进行了验证。此外,该体系进一步对抑制剂（磺胺苯吡唑）对CYP2C9/NCNC/GCE催化体系的抑制行为进行了研究。（4）合成一种新型碳基纳米多孔催化剂（Au@NCNC）,并将该Au@NCNC材料用于氧还原反应（ORR）和超级电容器的电极材料。研究结果表明,在碱性介质中,Au@NCNC催化剂表现出优异的ORR催化性能以及高的动力学电流密度,且相较于商业用Pt/C,该Au@NCNC催化剂具有更好的稳定性和抗甲醇毒性。同时,Au@NCNC具有较高的比电容、良好的循环稳定性以及倍率性能。5000次循环后(10 g-1)仍保留了约97%的初始比电容。这主要归功于小尺寸纳米金在NCNC多孔结构的有效嵌入,不仅提高了Au@NCNC复合材料的电导率和亲水性,使得水合氧等可以更容易的到达活性位点,同时促进了电子的转移和离子的扩散,进而提高了Au@NCNC复合材料的电催化性能。该工作为合成具有优异催化性能的纳米催化剂提供了一种新的视角。