葫芦脲分子容器构筑金属有机框架化合物的载药功能研究

The discovery of the natural porous material, zeolite, has been attracting more and more people to study and develop artificial porous material. Inspired by zeolite, the rational design of new porous materials always represents a hot area of material chemistry. For example, inorganic porous materials, metal-organic frameworks, covalent organic frameworks have been widely used in the fields of gas adsorption and separation, clean energy storage, catalysis, biomedical imaging, and drug delivery, et al. At the same time, it is huge challenge to control loading-release and targeted delivery of anticancer drugs in the clinical process. The efficient delivery of drugs in the body using porous materials will be one of ways to solve these problems. Herein, we design and synthesize a series of cucurbituril-based ligands with line-like coordination geometry. These novel cucurbituril-based ligands will be introduced into metal-organic frameworks to give cucurbituril-based MOFs (CBMOFs), which are potential applications as drug delivery system for the controllable loading-release of drug and targeting drug to cancer cell. From this start, we hope this series of CBMOFs that bear the cavity of macrocycle and MOF architectures, will be widely used on loading drug and targeted delivery. Accordingly, it is straightforward to imagine that explore a new route to achieve highly effective utilization for anti-cancer drugs by host-guest recognition of macrocycle and adsorption of MOF.

天然多孔材料沸石的发现开启了人们开发多孔材料的序幕。受此启发，新型多孔材料的开发一直以来都是材料化学研究热点领域之一，例如无机多孔材料、金属有机框架、共价有机框架等在气体吸附与释放、清洁能源存储、气相或液相分离、催化、生物成像、药物传递等领域被广泛应用。与此同时，抗癌药物的控释和靶向传递等难题一直困扰着抗癌药物的应用与治疗。多孔材料对药物的有效控制与释放是解决抗癌药物传递难题的研究策略之一。我们将葫芦脲引入到金属有机框架结构中，试图增加框架结构的空隙率和赋予其靶向功能化的能力，以此设计出葫芦脲修饰的金属有机框架；并着眼于抗癌药物传递领域，将这些功能性的葫芦脲金属有机框架应用于解决药物传递过程中的药物控释与靶向传递难题。本研究将以此为起点，我们期待该类新型的葫芦脲修饰的金属有机框架能广泛应用于药物控释和靶向传递等方面的研究，探寻出大环分子修饰的金属有机框架对改善药物高效利用的新方法与新途径。

新型多孔框架材料，例如无机框架材料、金属有机框架、共价有机框架等，在气体吸附、能源存储、气相或液相分离、催化、生物成像、药物传递等领域被广泛应用。目前，通过配位作用或可逆共价键是构筑无机或有机多孔材料的主要方式。在超分子化学研究中，非共价键作用具有动态纠错、结构可控、功能可调等优势和特点，近年来也开始被应用于超分子功能框架材料的构筑。这类超分子功能框架材料能够快速、便捷的通过超分子自组装等方式实现合成构筑，能同时实现多孔结构的定向合成和多种功能（例如催化、光学等）的模块化引入，使这类超分子框架材料能满足目前绿色、高效的化学合成新理念。例如，通过荧光基团的引入，超分子框架材料在抗癌药物传递、癌症相关的诊断与细胞成像等方面具有巨大的潜在应用前景。基于此，我们以超分子化学为基础，通过超分子化学手段（例如超分子配位和主客体相互作用），为解决超分子框架材料的合成构筑等难题进行深入的研究，成功设计并合成一系列具有多层级多孔结构的超分子框架材料，并且进一步探索这类超分子框架材料在药物传递、细胞成像等方面的应用。在本基金的支持下，我们实现了超分子框架材料的合成与功能探索，主要取得了以下研究成果。其一，提出了通过超分子配位的方式构筑超分子配位框架（SCF），为框架材料的定向合成开辟了一个新的合成策略。这一构筑策略丰富了可预测、可设计的三维框架材料构筑途径，在一定程度上解决了构筑框架材料过程中的无序或缺陷结构的难题，从而提高框架材料的有序程度。其二，实现了基于葫芦脲大环的超分子有机框架的形貌可控构筑及其荧光可调性质的研究。该超分子有机框架材料在生物探针、药物传递系统等方面显示出很好的潜在应用前景。其三，开发了基于双环结构的超分子有机框架的荧光纳米晶态材料的制备。该框架材料兼具AIE和能量传递功能，在肿瘤细胞成像、癌症诊断和光动力治疗等方面具有潜在的应用前景。