酶催化治疗的“三大法宝”：磁热、磁力、磁电效应

　　在医学领域，酶疗法正悄然兴起。它就像一个聪明的"小工匠"，利用生物催化剂在身体的病变区域施展魔法，引发特定的化学反应，从而达到治疗疾病的目的。随着纳米技术的蓬勃发展，磁性纳米材料的出现，给酶疗法带来了前所未有的惊喜，让治疗变得更加精准、高效。

　　有了磁性纳米材料，我们就如同拥有了一个神奇的"遥控器"，可以通过磁场远程调控体内药物的活性，就像操控玩具车一样方便。这一突破为精准医疗打开了全新的大门，让我们离治愈更多疾病的目标又近了一步。下面让我们来瞧瞧磁性纳米材料在外磁场作用下产生的磁热、磁力和磁电效应吧。

　　磁性纳米材料是尺寸大小为纳米级别（1~100nm）且具有独特磁场响应性能的纳米颗粒。在众多磁性纳米材料中，氧化铁纳米颗粒（Fe₃O₄）可是个"大明星"，受到了科研人员的广泛关注。

　　它之所以如此受欢迎，是因为它具有良好的生物相容性，就像一个友善的"小天使"，能很好地融入我们的身体，不会引起强烈的排斥反应。同时，它还拥有独特的磁学性质，就像自带了一个小小的"指南针"，能对磁场做出灵敏的反应。不仅如此，氧化铁纳米颗粒还非常"百变"，科研人员可以通过调控它的尺寸、形貌、组分以及表面修饰，精确地改变它的磁学性质、催化活性和理化性质，让它更好地为医疗事业服务。

　　而磁场，就像是一个无所不能的"幕后指挥官"，具有强大的穿透能力，能够轻松地穿透我们的身体组织。它还能在时间和空间上精准控制，并且安全性极高。根据强度、频率和作用方式的不同，磁场可以分为静磁场、交变磁场、梯度磁场等多种类型。这些不同类型的磁场能诱导磁性纳米材料产生磁热效应、磁力效应和磁电效应，为酶催化治疗提供了多种调控手段[1]。

磁热效应：体内的"暖宝宝"

　　磁热效应就像是一场微观世界里的能量"变身秀"。当磁性纳米材料处在高频交变磁场（频率100kHz~1MHz）中时，就像被施了魔法一样，会把接收到的电磁能快速转化为热能，使得纳米材料周围的温度升高。这就好比给纳米材料周围的区域贴上了一个隐形的"暖宝宝"，悄悄地为它们升温。

　　涡旋磁氧化铁（FVIO）是一种新型的磁性材料，它堪称磁热领域的"超级英雄"。它的磁热转换效率比传统的超顺磁颗粒高了整整一个数量级，在交变磁场的作用下，FVIO就像一个小小的"纳米加热器"，它有一个神奇的本领，只对局部区域升温，却不会影响身体的整体温度，这种特性在酶催化治疗中发挥了巨大的作用。

　　级联纳米杂化葡萄糖氧化酶结合了FVIO的磁热效应和类过氧化物酶活性。在交变磁场的助力下，它催化葡萄糖氧化的效率一下子提高了400倍，就像给抗癌战斗增添了一支强大的"生力军"，大大增强了抗肿瘤的效果[2]。此外，还有级联纳米杂化尿酸酶，通过磁热激活级联反应，磁场就像一个精准的"开关"，调控酶活性的开关比高达7倍，成功地为痛风性关节炎患者带来了精准治疗的希望[3]。

磁力效应：分子级别的"机械手"

　　磁力效应的产生源于磁性纳米颗粒在不同磁场中的奇妙"旅程"。在静磁场中，磁性纳米颗粒就像被一只无形的手牵引着，在磁化力的驱动下整齐地定向移动；到了旋转磁场里，它们又像是被赋予了活力的舞者，开始旋转或振动起来，产生一种特殊的剪切力；而梯度磁场更是厉害，利用空间的非均匀性，如同拥有了一双精准的"镊子"，能够对磁性纳米颗粒实现精准操控。

　　在催化治疗的舞台上，磁性杂化酶借助磁力效应大显身手。它就像一个聪明的"分子工匠"，通过磁场诱发的磁力来巧妙地调控酶分子的构象，或者改变底物与酶的接触效率。

　　比如，科研人员把木瓜蛋白酶"搭载"在磁性纳米颗粒的表面。当施加一个弱磁场（1T）时，颗粒之间的偶极作用就像一双双小手，把聚合物刷轻轻展开，这样一来，酶与底物接触的机会大大增加，就像为它们牵了红线，成功实现了催化反应的可控激活。不仅如此，磁力效应还能像一个灵活的"导演"，通过控制纳米颗粒的聚集与分散，动态地调节多酶级联反应的速率和路径，为酶催化提供了如同"分子机械手"般灵活的控制能力，让催化反应按照我们期望的方式进行[4]。

磁电效应：体内的"微型发电机"

　　磁电效应存在于一种特殊的材料--磁致伸缩-压电复合材料中。当外磁场作用于这种材料时，就像按下了一个神奇的"启动按钮"，材料中的磁致伸缩层首先发生形变，然后通过界面应力，将这种形变传递给压电层。压电层就像一个敏感的"小喇叭"，受到应力后，会诱导表面电荷分离，从而产生电势差，这个电势差最高可达100mV。别小看这小小的电势差，它就像一股无形的力量，能够驱动电子转移，为氧化还原反应提供强大的驱动力。

　　研究者开发出一种具有核-壳结构的CoFe₂O₄-BiFeO₃磁致伸缩压电纳米颗粒，这可是一个治疗肿瘤的"秘密武器"。在交变磁场的作用下，核层CFO（CoFe₂O₄）就像一个勤劳的"小工人"，发生磁致伸缩并产生微观应力。这种应力传递到壳层BFO（BiFeO₃）后，BFO壳层就像一个魔法工厂，在其表面产生大量的空穴和电子。这些空穴和电子就像一个个"小魔法师"，引发水分子和氧分子产生大量游离的羟基和超氧阴离子自由基。这些自由基就像一群勇敢的"战士"，能够更有效地诱导肿瘤细胞死亡，让局部实体瘤逐渐消失。这种集磁催化和电催化于一体的纳米药物，具有无创和高穿透性的优点，就像一个隐形的"小卫士"，有望为深部肿瘤的催化治疗开辟一条高效可控的新道路[5]。

结 语

　　磁性纳米材料在外磁场调控下展现出的磁热、磁力和磁电这三种物理效应，是精准调控酶催化治疗的"三大法宝"。它们与酶催化治疗协同作用，不仅能在时间和空间上精确控制生物催化过程，还为个性化医疗开辟新方向。随着材料科学和生物医学的深度融合，"磁控酶治疗"有望打破传统酶治疗的局限，引领催化医学走向智能化、精准化的新时代。未来，我们可以期待磁性纳米材料在酶催化治疗领域发挥更大的作用，为人类健康带来更多福祉。（详情请点击阅读原文）

　　参考文献

　　[1] Suzuki Y,Ishiyama R. Factors affecting the interest of rehabilitation professionals indirectly supporting preventive care projects. J Phys Ther Sci,2021,33(9):653-659

　　[2] Zhang Y,Wang Y,Zhou Q,et al. Precise regulation of enzyme-nanozyme cascade reaction kinetics by magnetic actuation toward efficient tumor therapy. ACS Appl Mater Interfaces,2021,13(44):52395-52405

　　[3] Zheng L,Zhang Y,Shi R,et al. Nanohybrid urate oxidase with magnetically switchable catalytic potential for precise gout therapy. Biomaterials,2025,320: 123277

　　[4] Zakharchenko A,Guz N,Laradji A M,et al. Magnetic field remotely controlled selective biocatalysis. Nat Catal,2018,1: 73-81

　　[5] Ge M,Xu D,Chen Z,et al. Magnetostrictive-piezoelectric-triggered nanocatalytic tumor therapy. Nano Lett,2021,21(16):6764-6772

　　作者简介

　　杨宇轩：西北大学化学与材料科学学院2024级本科生。

　　李佳琪：西北大学化学与材料科学学院2022级本科生。

　　和  媛：西北大学教授，主要从事新型生物催化材料与磁控疾病诊疗研究。

（作者：杨宇轩、李佳琪、和媛）

（本文来源于公众号：生物化学与生物物理进展）