將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品或材料，對(duì)生物質(zhì)高值化利用及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。納米酶作為具有類酶催化活性的納米材料，兼具天然酶的高效性和納米材料的穩(wěn)定性，為綠色降解木質(zhì)素提供了新途徑。然而，納米酶如何實(shí)現(xiàn)對(duì)天然酶功能的高效模擬，并克服催化活性與選擇性之間的權(quán)衡難題，以及如何將木質(zhì)素降解產(chǎn)物高效轉(zhuǎn)化為高性能、無甲醛的綠色粘合劑，一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。

　　近期，中國科學(xué)院生物物理研究所等研究團(tuán)隊(duì)，受天然漆酶多銅活性中心啟發(fā)，提出了“自旋工程”策略，即通過精準(zhǔn)調(diào)控二維金屬有機(jī)框架（MOF）納米酶中銅的自旋態(tài)，打破了活性與選擇性的制約關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)素的高效定向降解。基于該策略，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)出高性能、環(huán)保的木質(zhì)素基環(huán)氧粘合劑。

　　研究團(tuán)隊(duì)首先制備了二維銅基MOF（COHB），并利用氧化還原處理和配體交換策略，構(gòu)建了一系列具有不同銅自旋態(tài)的納米酶衍生物。同時(shí)，研究通過結(jié)合密度泛函理論計(jì)算與電子順磁共振等實(shí)驗(yàn)表征揭示，銅自旋磁矩與漆酶樣活性之間呈現(xiàn)明顯的“火山型”構(gòu)效關(guān)系。優(yōu)化后的最佳納米酶（COHBLO）成功模擬了天然漆酶的多自旋協(xié)同催化機(jī)制，其最大反應(yīng)速率是天然漆酶的70倍，比活力提升了5.14倍。

　　研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開發(fā)出從木質(zhì)素降解到粘合劑制備的一體化路徑，即利用COHBLO降解產(chǎn)生的富含活性酚羥基的木質(zhì)素片段作為原料，與環(huán)氧源（甘油三縮水甘油醚）發(fā)生親核開環(huán)加成反應(yīng)，制備出具有致密交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素基環(huán)氧粘合劑（CTLA）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該粘合劑在木材粘接中表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能，其剪切強(qiáng)度明顯優(yōu)于商業(yè)化酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂，且無甲醛釋放。同時(shí)，CTLA表現(xiàn)出較好的耐水、耐溶劑、耐極端溫度及阻燃性能。

　　該研究驗(yàn)證了通過“自旋工程”調(diào)控納米酶活性的可行性，為高效納米酶的理性設(shè)計(jì)提供了新視角，并為高值化利用木質(zhì)素和開發(fā)綠色、高性能木材粘合劑提供了具有重要轉(zhuǎn)化潛力的技術(shù)路線。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到中國科學(xué)院的支持。

自旋工程納米酶設(shè)計(jì)及其在木質(zhì)素降解與綠色粘合劑制備中的應(yīng)用示意圖