通过液态金属引导电子重排和相工程来筛选与调控纳米酶活性

液态金属如何助力抗癌

许多现代癌症疗法试图将肿瘤细胞内的平衡推向自我毁灭，但以安全且高效的方式实现这一点并不容易。这项研究探讨了由液态金属构建的微小颗粒如何充当人工酶，在癌细胞内强力激发破坏性化学反应，同时在很大程度上保持对健康细胞的温和。研究展示了通过控制这些颗粒的内部结构和电子特性，可以显著提升它们的作用能力。

用液态金属构建微小“助手”

研究者以镓和铟制成的液态金属为起点，这类金属在近室温下呈流体状态，且已知对机体相对温和。他们利用这些金属既作为模板又作为化学伙伴，在每个液滴表面生长出由钼和硫组成的壳层，形成核壳结构的纳米酶。通过细致调控铟在镓中的掺入量，团队制备出一系列略有不同的颗粒，每种颗粒都拥有各自的内部结构和电子行为。

为何“混乱”结构反而有利

与原子排列整齐的晶体不同，本研究中性能最优的颗粒具有非晶、或无序的壳层。这种无序产生了大量微小缺陷和活性位点，便于发生化学反应。液态金属核还将电子向壳层偏移，使关键原子带有额外电荷。详尽的测量与计算机模拟表明，这种无序结构与电子供给相结合，使颗粒更易捕获并转化小分子，这是实现强酶样活性所必需的。

触发链式反应的人工酶

表现突出的纳米酶采用特定比例的镓铟合金制备，表现出多种天然酶的功能。它能够将过氧化氢分解为高活性的分子，利用氧气产生有害的氧基自由基，并氧化重要的细胞燃料。与常见的参照材料——结晶硫化钼相比，这种液态金属纳米酶在产生活性物种方面效率约高十倍。它还迅速消耗细胞内通常用于防护氧化损伤的保护分子。

将肿瘤自身化学变为武器

癌细胞通常含有较高水平的过氧化氢和富能分子，帮助它们抵抗应激。纳米酶利用了这一环境。在肿瘤细胞内，它耗尽关键的保护分子，同时大量产生活性氧物种。这种双重打击在损伤性化学与防护化学之间造成强烈失衡，导致线粒体功能丧失、能量代谢崩溃，最终引发细胞死亡。而健康细胞起始水平较低，因此在相同剂量下受影响要小得多。

在患乳腺肿瘤的小鼠模型中的测试

为评估该化学机制能否转化为实际治疗效益，团队用透明质酸包覆纳米酶，这是一种有利于颗粒在血液中循环并在肿瘤处富集的生物相容性软聚合物。在带有乳腺癌肿瘤的小鼠体内，这些包覆的纳米酶在肿瘤部位强烈富集，触发肿瘤内广泛细胞死亡，并显著减缓肿瘤生长，同时未见主要器官或体重的明显损害。血液检测和组织检查表明，在所测试剂量下该治疗具有良好的耐受性。

对未来治疗的潜在意义

这项研究表明，液态金属不仅可作为组成成分，还能作为一种智能设计工具来调控纳米级人工酶的行为。通过利用液态金属塑造结构和引导电子，团队制备出能在癌细胞内部释放强大、多步化学反应的颗粒，并在早期测试中显示出安全性。尽管在这些纳米酶进入临床前还需大量工作，但该研究为经过精心设计的材料未来可能帮助医生更精确地从内部扰乱肿瘤化学提供了明确示例。

引用: Zhang, W., Zhu, J., Ren, J. et al. Screening and regulation of nanozyme activity via liquid metals coined electron rearrangement and phase engineering. Nat Commun 17, 4435 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70795-4

关键词: 液态金属纳米酶, 催化性癌症治疗, 活性氧物种, 肿瘤氧化还原失衡, 硫化钼纳米粒子