近日 ，Advanced Materials在線發(fā)表了重慶醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院梁洪文課題組 的綜述文章， 題為：Artificial Topological Nanostructures: Strategies for Design, Manufacturing, and Biomedical Applications。該文系統(tǒng)總結(jié)了人工拓?fù)浼{米結(jié)構(gòu)（ATNs）的分類、分子設(shè)計(jì)原則、制備策略及其在納米醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，為理解拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為獨(dú)立設(shè)計(jì)變量在功能納米材料中的核心作用提供了綜合框架。

ATNs是一類以全局連通性和連續(xù)形變不變拓?fù)錇樵O(shè)計(jì)參數(shù)的納米系統(tǒng)，其性能不僅由化學(xué)組成決定，更由結(jié)構(gòu)拓?fù)錉顟B(tài)所主導(dǎo)。與傳統(tǒng)基于形貌或成分調(diào)控的納米材料不同，ATNs將拓?fù)渥鳛楠?dú)立的功能設(shè)計(jì)維度，在可編程組裝、界面相互作用和生物響應(yīng)性調(diào)控方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

在本綜述中，作者圍繞 "拓?fù)?材料-性質(zhì)-功能"這一核心框架，系統(tǒng)梳理了ATNs領(lǐng)域的最新進(jìn)展。文章首先回顧了拓?fù)鋵W(xué)從數(shù)學(xué)概念向材料科學(xué)設(shè)計(jì)原則演化的歷史脈絡(luò)，闡明拓?fù)洳蛔兞颗c非平凡幾何構(gòu)型（如莫比烏斯帶、三葉結(jié)、博羅米安環(huán)）對(duì)納米結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系的基礎(chǔ)意義，強(qiáng)調(diào)拓?fù)渑c形貌的本質(zhì)區(qū)別：前者編碼全局連通性與連續(xù)性，后者描述局部幾何特征。 在材料體系層面，綜述分別從網(wǎng)格化學(xué)（ MOFs和COFs）、肽基體系、核酸體系及水凝膠體系四個(gè)維度，系統(tǒng)闡述不同材料平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的編程構(gòu)建。其中，MOFs和COFs憑借配位鍵或共價(jià)鍵賦予框架高剛性和持久拓?fù)?，適用于氣體吸附、催化和傳感； 肽基 ATNs兼具動(dòng)態(tài)拓?fù)淇芍貥?gòu)性和優(yōu)異生物相容性，可在細(xì)胞內(nèi)或腫瘤微環(huán)境中實(shí)現(xiàn)原位自組裝；核酸體系（包括DNA折紙和拓?fù)涔こ袒痝RNA）具有序列可編程性，能夠精確構(gòu)筑結(jié)、鏈、籠及多面體等復(fù)雜拓?fù)?；水凝膠拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)則通過(guò)非共價(jià)交聯(lián)實(shí)現(xiàn)刺激響應(yīng)性形變與智能藥物釋放。文章還專 門討論了人工智能與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法在 ATNs逆向設(shè)計(jì)、拓?fù)漕A(yù)測(cè)及4D打印中的新興應(yīng)用。 在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面，綜述著重以代表性實(shí)例闡明拓?fù)涮卣髋c功能結(jié)果的內(nèi)在聯(lián)系。 ATNs通過(guò)形成局域 微反應(yīng) 環(huán)境提升催化活性，通過(guò) 空間限域效應(yīng) 增強(qiáng)藥物裝載，通過(guò)可編程組裝與解組裝實(shí)現(xiàn)時(shí)空精準(zhǔn)釋藥，并借助拓?fù)浼s束增強(qiáng)與生物界面的相互作用，在藥物遞送、免疫治療、分子診斷和 骨修復(fù) 等領(lǐng)域展現(xiàn)出超越傳統(tǒng)納米載體的性能優(yōu)勢(shì)。

最后，作者指出 ATNs領(lǐng)域當(dāng)前面臨三大核心挑戰(zhàn)：復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展精準(zhǔn)制備、拓?fù)?性質(zhì)-功能關(guān)系的定量表征，以及ATNs在體內(nèi)的生物安全性與降解行為評(píng)估。未來(lái)，發(fā)展具有層級(jí)糾錯(cuò)機(jī)制的可編程自組裝體系、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的拓?fù)渲讣y描述符，以及可在生理?xiàng)l件下 響應(yīng)性解組裝 的動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將是推動(dòng)ATNs走向臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵方向。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.73542

制版人：十一

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