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澳門大學王瑞兵課題組和新加坡國立大學陳小元教授合作 Angew:“一化萬千” - 葫蘆脲聚合物的生物應用
2022-06-30  來源:高分子科技

  作為高分子化學與超分子化學的交叉研究方向,超分子聚合物集二者優勢于一身,表現出獨特的理化性質及豐富的功能性。近年來,基于超分子主客體作用,多種具有特定構象和功能的超分子聚合物被巧妙設計并廣泛報道。得益于非共價鍵的可控與可逆等性質,利用超分子化學識別或組裝離子/分子,賦予超分子聚合物許多獨特而實用的性質,例如:模塊化、功能化、可逆自組裝和刺激響應性等,以更多新奇的功能開創更廣的應用空間。


  葫蘆脲(CB[n], n = 5–8, 10, 13–15),是水溶性大環主體的重要家族,其優異的生物相容性以及對多種生物相關分子的特異結合性,使得葫蘆脲在生物醫藥領域中獲得了廣泛關注。例如,CB[6] 空腔可與烷基胺化合物緊密結合,如精胺和亞精胺(結合力:Ka >109 M-1);CB[7]可與二茂鐵甲基銨和金剛烷胺形成穩定的 1:1主客體復合物,具有非常高的結合親和力 (Ka >1012 M-1);CB[8]由于空腔較大,能形成穩定的1:2主客體復合物,例如同時結合甲基紫精與蒽分子,可作為連接單元以構筑超分子共聚物。近年來,基于葫蘆脲所構筑的超分子聚合物,作為高分子化學、超分子化學與生物學的橋梁,通過巧妙結合高分子的聚合物特性與超分子的非共價鍵特征,通過調控親疏水平衡,利用自下而上的策略構筑各種納米結構,用于生物成像、藥物遞送、組織工程等等。因此,綜述葫蘆脲聚合物在生物領域的多種應用意義重大。


1非共價及共價葫蘆脲聚合物及其生物醫藥領域的應用


  近日,澳門大學的王瑞兵課題組與新加坡國立大學陳小元教授課題組“一化萬千”概念在《Angewandte Chemie》期刊上發表了題為基于葫蘆[n]脲所構筑的超分子聚合物在生物醫藥領域的應用”的綜述DOI10.1002/anie.202206763啟發于道德經的一化萬千:一生二,二生三,三生萬物,講述基于“一”類葫蘆脲所構筑的超分子聚合物的“千萬”生物應用。在本篇論文中,作者始于“一生二”,從一個環,講到環與聚合物兩種連與構筑方式,非共價連接及共價連接兩個角度,分別超分子聚合物研究進展(尤其是在生物應用的領域)進行總結。1)非共價構筑的葫蘆脲聚合物由于葫蘆脲與多種分子的強主客體結合作用,使得葫蘆脲可與客體修飾的聚合物非共價結合或者葫蘆脲直接和單體客體分子直接構筑非拱架單元的聚合物,其中葫蘆脲主要作為連接單元參與構建多功能遞送系統。2)共價構筑的葫蘆脲聚合物利用葫蘆脲腰部可修飾的特性,直接葫蘆脲通過共價鍵與高分子相連其中葫蘆脲不僅作為構筑單元,更重要的是,保留空腔作為可控可逆的結合位點,用于響應性組裝個性化修飾及簡易表面功能化。本文從化學結構角度出發,系統綜述了基于“一”類葫蘆脲所構筑的超分子聚合物在生物醫藥領域的“千萬”應用,深入淺出剖近五年經典文獻,重點講述超分子聚合物構建方法的巧妙之處,及在生物應用中不可替代的優勢所在。


  本文突出了葫蘆脲在超分子高分子學科交叉領域中重要而獨特的作用,總結超分子策略指導下的新型生物功能材料在多個生物領域的潛在應用,包括分子增溶減毒、細胞器調控及診療系統的構筑等。同時以小見大,展望超分子化學,尤其是非共價可控可逆的主客體作用,在各個交叉學科中的應用前景,促進超分子化學跨學科蓬勃發展。


  該綜述論文發表于Angew. Chem. Int. Ed.,第一作者是澳門大學博士研究生王紫一孫臣博士,共同通訊作者是新加坡國立大學的陳小元與澳門大學的王瑞兵


  團隊近年來在基于葫蘆脲及多種大環分子所構筑的超分子納米藥物體系及生物材料體系,以及超分子仿生藥物遞送等取得了多方面進展,代表性研究成果發表在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。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202206763

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