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澳门大学王瑞兵课题组和新加坡国立大学陈小元教授合作 Angew:“一化万千” - 葫芦脲聚合物的生物应用
2022-06-30  来源:高分子科技

  作为高分子化学与超分子化学的交叉研究方向,超分子聚合物集二者优势于一身,表现出独特的理化性质及丰富的功能性。近年来,基于超分子主客体作用,多种具有特定构象和功能的超分子聚合物被巧妙设计并广泛报道。得益于非共价键的可控与可逆等性质,利用超分子化学识别或组装离子/分子,赋予超分子聚合物许多独特而实用的性质,例如:模块化、功能化、可逆自组装和刺激响应性等,以更多新奇的功能开创更广的应用空间。


  葫芦脲(CB[n], n = 5–8, 10, 13–15),是水溶性大环主体的重要家族,其优异的生物相容性以及对多种生物相关分子的特异结合性,使得葫芦脲在生物医药领域中获得了广泛关注。例如,CB[6] 空腔可与烷基胺化合物紧密结合,如精胺和亚精胺(结合力:Ka >109 M-1);CB[7]可与二茂铁甲基铵和金刚烷胺形成稳定的 1:1主客体复合物,具有非常高的结合亲和力 (Ka >1012 M-1);CB[8]由于空腔较大,能形成稳定的1:2主客体复合物,例如同时结合甲基紫精与蒽分子,可作为连接单元以构筑超分子共聚物。近年来,基于葫芦脲所构筑的超分子聚合物,作为高分子化学、超分子化学与生物学的桥梁,通过巧妙结合高分子的聚合物特性与超分子的非共价键特征,通过调控亲疏水平衡,利用自下而上的策略构筑各种纳米结构,用于生物成像、药物递送、组织工程等等。因此,综述葫芦脲聚合物在生物领域的多种应用意义重大。


1非共价及共价葫芦脲聚合物及其生物医药领域的应用


  近日,澳门大学的王瑞兵课题组与新加坡国立大学陈小元教授课题组“一化万千”概念在《Angewandte Chemie》期刊上发表了题为基于葫芦[n]脲所构筑的超分子聚合物在生物医药领域的应用”的综述DOI10.1002/anie.202206763启发于道德经的一化万千:一生二,二生三,三生万物,讲述基于“一”类葫芦脲所构筑的超分子聚合物的“千万”生物应用。在本篇论文中,作者始于“一生二”,从一个环,讲到环与聚合物两种连与构筑方式,非共价连接及共价连接两个角度,分别超分子聚合物研究进展(尤其是在生物应用的领域)进行总结。1)非共价构筑的葫芦脲聚合物由于葫芦脲与多种分子的强主客体结合作用,使得葫芦脲可与客体修饰的聚合物非共价结合或者葫芦脲直接和单体客体分子直接构筑非拱架单元的聚合物,其中葫芦脲主要作为连接单元参与构建多功能递送系统。2)共价构筑的葫芦脲聚合物利用葫芦脲腰部可修饰的特性,直接葫芦脲通过共价键与高分子相连其中葫芦脲不仅作为构筑单元,更重要的是,保留空腔作为可控可逆的结合位点,用于响应性组装个性化修饰及简易表面功能化。本文从化学结构角度出发,系统综述了基于“一”类葫芦脲所构筑的超分子聚合物在生物医药领域的“千万”应用,深入浅出剖近五年经典文献,重点讲述超分子聚合物构建方法的巧妙之处,及在生物应用中不可替代的优势所在。


  本文突出了葫芦脲在超分子高分子学科交叉领域中重要而独特的作用,总结超分子策略指导下的新型生物功能材料在多个生物领域的潜在应用,包括分子增溶减毒、细胞器调控及诊疗系统的构筑等。同时以小见大,展望超分子化学,尤其是非共价可控可逆的主客体作用,在各个交叉学科中的应用前景,促进超分子化学跨学科蓬勃发展。


  该综述论文发表于Angew. Chem. Int. Ed.,第一作者是澳门大学博士研究生王紫一孙臣博士,共同通讯作者是新加坡国立大学的陈小元与澳门大学的王瑞兵


  团队近年来在基于葫芦脲及多种大环分子所构筑的超分子纳米药物体系及生物材料体系,以及超分子仿生药物递送等取得了多方面进展,代表性研究成果发表在Sci. Adv., 2022, 8, eabn 1805;  Adv. Mater., 2022, 34, 2107434; Nano Today., 2022, 43, 101450; Nano Today., 2022, 43, 101396; Mater. Horiz., 2022, 9, 934-941; Angew. Chem. Int. Ed.,2021, 60, 618-623; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 17570-17578Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2102440; Adv. Funct. Mater., 2021, 31, 2008078; Nanoscale Horiz., 2021, 6, 907-912; J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 16523–16527; Mater. Today, 2020, 40, 9-17等。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202206763

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