“万物霜天竟自由”的美景无时无刻不在反映着地球上最神秘而复杂的主体——生命。生物体实现生长发育、新陈代谢、遗传变异以及对外界刺激做出反应等生命行为都离不开活物质，自然界活物质的范畴涉及从简单的分子到高等生物个体。在对自然的敬畏和好奇心的驱使下，人类从未停止过对人造活物质以及传统碳基生命之外的可能生命形式的猜想和探索。通过有目的地构建功能物质和灵活的组合方案设计，人造生命物质有望像自然界中的生物一样拥有广泛的适应性，从而突破漫长的生物进化过程。

在众多功能物质中，液态金属如镓基、铋基合金等以其独特的物理、化学和生物综合性质脱颖而出。这类材料兼具金属与非金属、刚性与柔性、无机与有机的共同特性，它们往往具有高导热、高导电、高沸点、高掺杂率等优秀的物理性质，同时金属界面的高化学活性使其可以与各种物质通过氧化还原反应或电化学作用相结合进而形成形态和功能各异的复合体。此外，液态金属还具有良好的生物相容性和环境相容性，并能主动或被动地对各种外场刺激作出反馈。尺度、功能和形态的千变万化为液态金属模仿绮丽多彩的自然生命创造了先决条件。

近日，中国科学院理化技术研究所刘静研究员团队系统提出了液态金属活物质的概念，并全面阐述了液态金属活物质的完整材料体系和技术研发路径。相关成果以“类生物液态金属活物质（Biosimilar Liquid Metal Living Matter）”为题发表在Matter上。论文第一作者为理化所直博生李婧怡，通讯作者为刘静研究员和特别研究助理赵曦博士。

文章就液态金属活物质的概念、液态金属活物质体系的构建方法、液态金属类生命系统所能达到的智能水平以及实现液态金属类生命体面临的主要挑战等问题进行了阐述，并就液态金属活物质领域未来发展机遇与前景做出展望。类似于生物学行为的是，液态金属一系列基础现象和效应如自推进、自形变、自振动、自适应、自修复、自组织和主动运输等行为正被逐步揭示出来；在感知各种外场如电场、磁场、热场、光场、声场以及复合场作用方面，液态金属活物质表现出趋电性、趋磁性、趋热性、趋光性、趋声性、复合趋向性等类生物学行为。通过充分挖掘液态金属非传统的物理、化学和生物能力，可望按照生物体的大小、结构和功能，逐步建立旨在实现液态金属活物质的逻辑路线和技术方法，由此制造从细胞、组织、器官到完整生命的人造仿生体。这可能会引发从基础研究到功能实现，从单一物质到复合材料体系，从微观到宏观，从简单到复杂的人造仿生体的变革性飞跃。

值得指出的是，以上阐述的液态金属活物质体系，在前期探索中已显现端倪。近年来，围绕以镓为主要元素的室温液态金属的研究，陆续揭示了此类功能物质极为丰富的类生物自主性和外场响应行为，为构筑液态金属类生命体奠定了理论基础。自中国科学院理化所与清华大学联合团队首次发现液态金属多变形现象（Adv. Mater. 2014，26，6036）以及液态金属自驱动软体机器效应（Adv. Mater. 2015, 27, 2648）以来，一系列液态金属奇特的类生物学行为相继被揭示，如液态金属分身融合型过渡态机器效应（Small 2015, 11, 5253)、呼吸获能现象（RSC Adv. 2016, 6, 94692）、固液组合机器自激振荡效应（Adv. Sci. 2016, 3, 1600212）、液态金属阿米巴变形虫（Sci. Rep. 2017, 7, 7256）、液态金属胞吞效应（Adv. Sci. 2017, 4, 1700024）、液态金属逻辑器（AISY. 2021, 2000246）、节律响应型水相液态金属物质（Matter 2023, 6, 2870）以及类脑液态金属存储器（Adv. Mater. 2024，36，2309182）等。此外，为丰富液态金属作为类生命物质的材料体系，团队还创制了大量的新型液态金属复合材料，如自锁性磁响应液态金属（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210961）、类似于肺组织的多孔液态金属（Materials Horizons, 2018, 5, 222）以及可漂浮于水面的轻量化液态金属（Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910709）等，并提出了对于研发新材料有普遍指导意义的液态金属组合材料学思想（Adv. Mater. 2023, 35, 2303533）。

总的说来，液态金属活物质体系的构建将液态金属的优良特性融入到了有序、有界且灵活的空间中，有望在液态金属类生命体与自然生命体的仿生特性、结构和功能之间架起一座桥梁。液态金属活物质这一科学概念、对应材料体系及其技术逻辑路线的提出，可望为人工生命的构筑和发展，特别是为未来制造用以满足各种特殊需求的复杂生物仿生系统开辟一条全新的道路。

图1. 液态金属活物质及其类生物体系

图2. 液态金属活物质要素组成及其类生物学特性

图3. 构筑液态金属活物质及其材料体系面临的机遇与挑战

文章链接：

https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(24)00211-X