本研究首次报道了一种Ce掺杂的木质素基水解酶纳米酶（Ce-AL），进一步拓展了木质素基纳米酶的种类。该材料不仅实现了木质素的高值化利用，更展现出独特的热激活催化行为，在高温下活性显著提升。
北京林业大学张学铭、许凤、陈瑶团队利用胺化工业木质素与铈离子配位，制备了铈掺杂木质素基水解酶纳米酶（Ce-AL）。该材料以Ce-Nₓ为活性中心，可高效水解磷酸酯键乃至稳定的蛋白质酰胺键，并在100℃下展现出相比40℃时2.03倍的热增强活性，这得益于木质素骨架对Ce-N活性位点的热稳定优化。实验证明，Ce-AL能通过选择性降解生物膜中的关键蛋白质与核苷酸成分，有效清除大肠杆菌和金黄色葡萄球菌形成的顽固生物膜。该工作不仅提升了工业木质素的高值转化路径，也拓展了可持续、刺激响应型纳米酶在生物膜清除等领域的应用潜能，揭示了木质素在氧化还原催化以外的多功能应用前景。
相关成果以“Ce-Doped Lignin-Based Nanozyme with Heat-Activated Hydrolase Activity” 为题发表在《Advanced Science》上。
示意图 （a）铈掺杂木质素基水解酶纳米酶（Ce-AL）的制备流程示意图；（b）铈掺杂木质素基水解酶纳米酶（Ce-AL）在对抗大肠杆菌（E. Coli）和金黄色葡萄球菌（S. Aureus）生物膜中的应用示意图。
纳米酶是一类具有固有类酶活性的纳米材料，根据催化活性类型可分为氧化还原酶类和非氧化还原酶类，其中水解酶纳米酶因在水环境中高效运作且无需过氧化氢激活或氧气供应，在环境修复和治疗应用中具有巨大潜力。然而，目前纳米酶开发中，可持续设计尤其是可再生、环保配体来源的探索仍处于未充分开发阶段。
木质素作为地球上最丰富的芳香族生物聚合物，具有良好的化学修饰性，胺化木质素含有的反应性醇羟基和胺基，是配位金属离子的理想配体。此前研究已成功制备出铁掺杂木质素基过氧化物酶纳米酶和铜掺杂木质素基漆酶纳米酶，但木质素基水解酶纳米酶的相关研究尚未见报道。基于此，本团队开展了铈掺杂木质素基水解酶纳米酶的合成及性能研究。
本研究以胺化工业木质素为配体，与铈离子配位合成了铈掺杂木质素基水解酶纳米酶（Ce-AL）。该纳米酶以 Ce-Nₓ为活性中心，能够高效水解磷酸酯键甚至稳定的蛋白质酰胺键。值得注意的是，Ce-AL 具有独特的热激活特性，100℃时的类水解酶活性是 40℃时的 2.03 倍，这归因于木质素支架保护下 Ce-N 活性位点的热优化作用。Ce-AL 通过选择性水解胞外聚合物和细菌细胞壁中的关键蛋白质和核苷酸成分，能有效清除革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）形成的顽固生物膜。该研究不仅实现了工业木质素向高价值功能材料的转化，还拓展了可持续、刺激响应型纳米酶的应用范围，彰显了木质素在氧化还原酶模拟体系之外的广泛应用潜力。
本研究成功合成了以工业碱木质素为前体的铈掺杂木质素基水解酶纳米酶（Ce-AL），该纳米酶具有独特的底物选择性，能高效水解磷酸酯键和蛋白质酰胺键，且具有与天然碱性磷酸酶相当的高底物亲和力和独特的热激活特性。凭借这些优异性能，Ce-AL 能有效清除金黄色葡萄球菌和大肠杆菌形成的生物膜，抑制率超 90%。
该研究不仅为木质素的高价值转化提供了新路径，也丰富了可持续、刺激响应型纳米酶的种类，为环境治理、生物医学等领域的抗菌生物膜应用提供了创新方案。未来研究可聚焦于优化 Ce 的配位微环境（如调节 N 掺杂和局部电子结构）以及木质素衍生支架的孔隙率，进一步提高 Ce-AL 的催化周转频率，拓展其在更多领域的应用潜力。同时，该研究为利用生物质资源开发高性能纳米酶提供了重要借鉴，有望推动生物质材料在纳米酶领域的广泛应用。
Xin Liu, Lijun Li, Xue Zhang, el at. Ce-Doped Lignin-Based Nanozyme with Heat-Activated Hydrolase Activity, Advanced Science, 2026; 0:e19268.
https://doi.org/10.1002/advs.202519268
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