近期，天津大学化工学院齐崴教授、黄仁亮教授团队与西北工业大学化学与化工学院孔杰教授、邢瑞哲副教授团队合作在可再生液态金属纳米酶领域取得新进展，成功制备了具有核壳结构的锰基/镓铟液态金属纳米酶（MnOx@EGaIn），实现了不同pH环境下多酶样活性的模拟和可逆再生制备。研究证实液态金属纳米酶可形成独特的GaOx/MnOx异质结构，通过电子“门控效应”实现催化活性的调控。相关工作以题为“Regenerable Liquid Metal Nanozymes Enable pH-regulated Multi-enzyme-mimicking”的论文于2025年5月20日发表于Matter期刊上，天津大学化工学院助理研究员申雨禾、西北工业大学化学与化工学院邢瑞哲副教授、天津大学化工学院博士生许晓坚为论文共同第一作者，天津大学为第一通讯单位。

纳米酶，作为新一代人工酶，因稳定性高、制备成本低等独特优势，已在工业、医学及环境等领域出现大量替代天然酶的实例，展现出广泛的应用前景。然而，当前纳米酶的活性调控手段相对单一，很多是在不同pH条件下，通过多价过渡金属离子的价态转变或某些pH敏感有机配体的自由基转变来实现，而且这些调控方式再生性能不佳，生物相容性也较低，极大地限制了纳米酶的进一步开发与应用。

镓铟液态金属（EGaIn）是一种在室温下呈液态的高导热、导电性金属材料，具有电子传输快、生物相容性好、稳定性高和易于回收等优异特性，在机械工程、生物医学、能源和电子学诸多领域均展现出广阔的应用前景。液态金属还凭借其强大的还原能力和独特的表面两性氧化物层，能够在化学反应中产生新的活性位点，并有效控制电子的传输，这为开发具有可调控催化性能的纳米材料提供了全新的可能性（图1），但如何进一步提升这些相关材料的多酶活性和循环利用性能，仍是实现工业应用的关键与挑战。

图1：具有多酶活性的液态金属纳米酶制备示意图。

液态金属优异的电子传输能力和独特的两亲特性为催化活性材料的开发提供了多方面的基础。受此启发，研究人员利用电置换还原反应，成功制备了具有两亲性氧化层的锰基镓铟液态金属纳米酶（MnOx@EGaIn），其表面具有pH依赖性的GaOx/MnOx异质结构，可有效控制电子传输势垒，形成pH“电子阀”。通过理论计算与催化实验相结合证实了：在不同pH条件下，通过调控壳层氧化镓的氧化形式，能够巧妙控制不同类酶催化反应的自由能，进而得到多样的产物结构和丰富的催化效果。这一独特的性质，使得MnOx@EGaIn展现出优异的多酶活性，包括氧化酶（OXD）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，以及出色的温度、pH及储存稳定性（图2）。研究表明：纳米酶表面产生的氧空位可作为电子捕获中心，有效解决金属氧化物导电性差的问题，从而显著提高催化效率；而液态金属核心赋予的高导电性，则进一步提高了MnOx@EGaIn纳米酶的催化性能。具体而言，其模拟OXD、CAT和SOD的比活性（SA）分别高达539 U/g，2621 U/g和2391 U/g，具有实际应用潜力。

图2：具有OXD、CAT和SOD多酶活性的MnOx@EGaIn纳米酶。

与传统金属材料不同，液态金属颗粒可以通过溶解氧化层实现回收，重新形成块状材料。EGaIn的自愈性和易操控性赋予了液态金属纳米酶良好的回收性能和可再生特性，从而显著降低了纳米酶的制备成本（图3）。在各种两性氧化物中，液态金属的两亲性氧化镓层展现出独特的优势：它提供了最简单的制备方法（仅需要将液态金属暴露在空气中），既可得到光滑、平整的表面（原子级平整度），还可发挥电子阀作用控制传输。该天然氧化物层介导的pH响应机制，赋予了液态金属基催化剂更多的调控可能性。这种结合液态金属可重构性及氧化物两亲性的复合纳米酶，为新型催化材料的设计和开发提供了全新的思路。此项工作也是天津大学酶工程与技术课题组在液金及纳米酶领域（Matter, 2023, 6(7): 2248-2262., Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 202309830.; ACS Catalysis 2021, 11, 5839.; Appl. Catal. B. Environ. 2019, 254, 452.; Chem. Eng. J. 2021, 416, 129149.）的又一新进展。

图3：锰基镓铟液态金属纳米酶的再生制备。

（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102159