中空多殼層結構（HoMS）因其高的有效比表面積、易于修飾的表面以及多級次殼層結構，引起了科學家的普遍關注。2009年，中科院過程所王丹研究員課題組創(chuàng)立了一種次序模板法，實現(xiàn)了HoMS材料的可控制備（Adv. Mater. 2019, 31, 1802874），揭示了HoMS材料的構效關系（Acc. Chem. Res. 2019, 2, 2169），開啟了中空多殼層時代的新紀元。同行專家評述稱：“通過對次序模板法動力學和熱力學的控制，可精確調(diào)控HoMS的微納結構，從而引領了該領域的成功發(fā)展”(Nati. Sci. Rev. 2020, 7, 1763)。2020年，該團隊進一步揭示了HoMSs的“時空順序性”（Nat. Rev. Chem. 2020, 4, 159），拓展了其在藥物的次序釋放、光的次序吸收及串聯(lián)催化等領域的應用，這一新屬性的發(fā)現(xiàn)被同行專家稱譽為“中空結構材料領域的一個里程碑，為智能材料的設計提供了巨大的機會”。對負載藥物HoMS的深入研究表明，其具有靈敏的響應釋放性能，相關研究結果發(fā)表在《自然·通訊》上（Nat. Commun. 2020, 11, 4450）。
然而，通過藥物與載體的相互作用力的調(diào)控，精確地控制客體分子的釋放速率，對于藥物控釋領域來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。在前期研究成果的基礎上，王丹研究員團隊與合作者設計出一種聚乙二醇（PEG）修飾的HoMS作為載體，利用微生物生存環(huán)境pH的變化，實現(xiàn)了對抗菌劑釋放的開關控制及速率調(diào)控，進而展現(xiàn)出優(yōu)異的抑菌及防霉性能。
在本工作中，功能化的HoMS載體與藥物具有多級次相互作用，而PEG賦予其孔徑調(diào)節(jié)功能，使載體能夠自主響應pH值變化，調(diào)控藥物釋放速率，并展現(xiàn)出優(yōu)異的防霉效果。 研究表明，PEG在二氧化鈦HoMS表面的構型及其吸附能大小受到pH的影響。此外，HoMS載體與藥物之間的靜電相互作用影響了抗菌劑的擴散行為，即當pH降低時，PEG構型的變化使得外部高分子包裹的藥物能夠快速釋放，而負載到HoMS內(nèi)部空腔的藥物在靜電排斥力的作用下實現(xiàn)速率可控的緩慢釋放。理論計算結果也支持了這一結論。 該工作利用多殼層與藥物的多級相互作用實現(xiàn)了對外界刺激響應的物質(zhì)釋放。HoMS獨立的空腔和多層級的殼壁結構，將有利于實現(xiàn)對載體內(nèi)部環(huán)境的控制，因而在智能藥物遞送，尤其是胃腸道藥物遞送領域中具有廣闊的應用前景。 論文信息 PEG-Functionalized Hollow Multishelled Structures with On-Off Switch and Rate-Regulation for Controllable Antimicrobial Release Decai Zhao, Yanze Wei, Quan Jin, Nailiang Yang, Yang Yang, Dan Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202206807
