《Advanced Science》：Ce-Doped Lignin-Based Nanozyme with Heat-Activated Hydrolase Activity
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本研究报道了一种以工业碱木质素为可再生配体构建的铈掺杂水解纳米酶（Ce-AL），其通过Ce-Nx活性中心在高温下（100°C活性为40°C的2.03倍）高效水解磷酸酯键及蛋白酰胺键，并显著抑制革兰氏阴性（大肠杆菌）与阳性（金黄色葡萄球菌）细菌生物膜。该工作为生物质资源高值化利用及刺激响应型纳米酶设计提供了新策略。
1 引言
纳米酶作为天然酶的替代品，在催化稳定性和成本效益方面具有显著优势。然而，基于可再生配体的水解纳米酶设计仍待深入探索。木质素作为丰富的芳香族生物聚合物，为构建可持续纳米酶提供了绿色平台。本研究利用胺化工业木质素与铈离子配位，合成Ce掺杂木质素基水解纳米酶（Ce-AL），其Ce-Nx中心可水解磷酸酯键乃至稳定的蛋白酰胺键。
2.1 Ce-AL的合成与表征
Ce-AL呈不规则纳米颗粒形态，元素分布均匀。XRD与FT-IR谱图表明Ce以配位化合物形式存在，而非氧化物。XPS分析显示Ce以三价（51.39%）和四价（48.61%）混合价态存在，N 1s谱中399.2 eV处的特征峰证实Ce-Nx位点形成。
2.2 Ce-AL的催化活性
Ce-AL在弱碱性条件下（pH 8.0–9.0）对4-硝基苯磷酸酯（4-NPP）展现出磷酸酶样活性，水解产物为黄色4-硝基苯（4-NP）。其活性随温度升高而增强，100°C时活性为40°C的2.03倍。原位红外光谱表明，Ce-Nx位点的热稳定性和电子结构优化是热激活行为的主因。循环使用后活性下降源于磷酸产物（Pi）在Ce位点的强吸附抑制。
2.3 稳态动力学分析
Ce-AL对4-NPP的米氏常数（Km）为0.20 mM，与天然碱性磷酸酶（ALP）接近，但转换数（Kcat）较低（0.001 s?1），提示活性位点可及性有待优化。
2.4 底物多样性
Ce-AL优先水解磷酸酯底物（如ATP、ADP、AMP），对碳酸酯底物（4-NPA）无活性，体现硬软酸碱原理驱动的选择性。对三磷酸腺苷（ATP）的水解速率高于二磷酸（ADP）和单磷酸（AMP），类似天然焦磷酸酶。此外，Ce-AL在Tris-HCl缓冲液（pH 8.0）中可部分水解牛血清蛋白（BSA）的酰胺键。
2.5 细菌生物膜清除
Ce-AL通过水解胞外聚合物（EPS）中的关键蛋白和核苷酸成分，并直接破坏细菌细胞壁，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌生物膜抑制率分别达92.3%和95.1%（2.0 mg mL?1）。CLSM和SEM显示生物膜厚度减小、结构破损。
3 结论
Ce-AL凭借高底物亲和性、热激活特性及双靶点抗生物膜机制，为木质素基功能纳米材料开发提供了新范式，推动生物质资源的高值化应用。
