模塊化設計（Modular design）是一種將一類整體產品細分為具體的模塊，而后賦予其獨立功能和樣式的設計理念。模塊化設計已廣泛應用于人們的生活，例如樂高積木、家具、電腦、汽車、工廠等。這一設計理念通過可替換的零件組裝成成品，并體現出一致性、高效性、便于維護和協作的特點。
受到“樂高”理念的啟發(fā)，在分子科學中，超分子化學通過非共價鍵作用實現了分子積木的可逆自組裝。其中，超分子框架以其周期性的多孔結構、較大的比表面積等特點，在氣體吸附與分離、催化及生物醫(yī)藥等領域展現出了廣泛的應用前景。此外，以超分子大環(huán)為基本組成單元的一類新型SOFs，進一步融合了大環(huán)主體的分子尺度孔道、特異性分子識別、智能可控等優(yōu)點，展現出了廣闊的應用前景。然而，超分子框架的制備過分依賴于特異性高、結合作用強的分子間相互作用力，例如氫鍵、主客體作用等，需要對分子識別位點進行精巧的設計和合成。上述因素嚴重制約了超分子框架的廣泛制備和應用，因此開發(fā)新型超分子框架組裝方式對其發(fā)展至關重要。
近日，武漢科技大學王曉強、劉義、劉思敏團隊，通過二十面體硼簇（B12）與葫蘆[8]脲（CB[8]）之間獨特的“離液效應（chaotropic effect）”，制備了一種分子積木型超分子框架材料，并將其應用于智能光動力學治療，極大地提升了超分子框架材料的制備效率和應用范圍。二十面體硼簇與葫蘆脲之間外壁之間存在著強烈的親和作用，并展現出了較高的結合常數（K?= 104~105?M-1）。如圖2所示，當兩種物質同時出現在水溶液中時，即可形成穩(wěn)定的超分子復合物，并析出晶體物質。其中，一分子CB[8]周圍結合了兩分子的B12；而一分子B12周圍結合了六分子的CB[8]。更有趣的是，這種離液效應并沒有對葫蘆脲的空腔與客體分子之間的主客體作用帶來明顯影響，為選擇性的藥物負載提供了便利。除此之外，B12還可以經過簡單的化學修飾，修飾不同的功能基團（例如PEG、靶向基團等），使得該類超分子框架材料進一步具備良好的水溶液分散性、腫瘤靶向、成像及治療能力等智能化功能。當對B12進行PEG-RGD修飾、CB[8]通過主客體作用負載光敏劑亞甲基藍（MB），即可通過離液效應制備梭形納米顆粒（NanoSOF）。在主客體作用下實現MB光敏和熒光效果的可逆調控。當這種NanoSOF進入體內后，即可通過EPR效應和RGD靶向效應進入癌細胞，并通過細胞內的主客體競爭性物質實現主動釋放MB的效果，并進一步實現熒光制導的光動力學治療。
新型非共價鍵作用助力超分子框架的制備
與常見的主客體作用不同，二十面體硼簇與葫蘆脲外壁展現出了特異性結合。這種新型的超分子作用模式被稱為“離液效應（chaotropic effect）”。由于二十面體硼簇與葫蘆脲之間特異性的結合位點和較高的親和力，此類超分子框架不需要在分子識別位點上進行復雜設計，在室溫下于水中簡單混合即可制備。
模塊化設計拓寬超分子框架的工程范圍
由于二十面體硼簇與葫蘆脲在幾何結構上各向同性的特點，使得兩個分子成為獨立的結構單元。即使經過各種功能化修飾，兩者仍然可以保持其相互作用。而功能化之后，既可實現超分子框架的形貌調控，又可以負載藥物分子進行智能化的光動力學治療
模塊化設助力智能光動力學治療
經模塊化設計，該超分子框架可制備出帶有靶向基團的納米級超分子光敏劑。在主客體作用調控下實現MB光敏和熒光效果的可逆調控。結果顯示，當這種NanoSOF進入體內后，可有效提升光敏劑在體內的循環(huán)時間，并富集在腫瘤區(qū)域，通過細胞內的主客體競爭性物質實現主動釋放MB的效果，進一步實現熒光制導的光動力學治療。
該研究的意義在于，通過模塊化的設計理念，在分子層面上制備具有多種功能的超分子自組裝體，對于同類多功能材料的開發(fā)和應用有著重要的啟示作用。
參考文獻：
Wenjing Wang, Bin Qi, Xiang Yu, Wen-Zhen Li,?Zhonghua?Yang,?Haibo?Zhang,?Simin?Liu,* Yi Liu,* and Xiao-Qiang?Wang*?Modular Design of Supramolecular Organic Frameworks for Image-Guided Photodynamic Therapy.?Adv.?Funct. Mater.?2020, DOI: 10.1002/adfm.202004452
