模块化设计（Modular design）是一种将一类整体产品细分为具体的模块，而后赋予其独立功能和样式的设计理念。模块化设计已广泛应用于人们的生活，例如乐高积木、家具、电脑、汽车、工厂等。这一设计理念通过可替换的零件组装成成品，并体现出一致性、高效性、便于维护和协作的特点。
受到“乐高”理念的启发，在分子科学中，超分子化学通过非共价键作用实现了分子积木的可逆自组装。其中，超分子框架以其周期性的多孔结构、较大的比表面积等特点，在气体吸附与分离、催化及生物医药等领域展现出了广泛的应用前景。此外，以超分子大环为基本组成单元的一类新型SOFs，进一步融合了大环主体的分子尺度孔道、特异性分子识别、智能可控等优点，展现出了广阔的应用前景。然而，超分子框架的制备过分依赖于特异性高、结合作用强的分子间相互作用力，例如氢键、主客体作用等，需要对分子识别位点进行精巧的设计和合成。上述因素严重制约了超分子框架的广泛制备和应用，因此开发新型超分子框架组装方式对其发展至关重要。
近日，武汉科技大学王晓强、刘义、刘思敏团队，通过二十面体硼簇（B12）与葫芦[8]脲（CB[8]）之间独特的“离液效应（chaotropic effect）”，制备了一种分子积木型超分子框架材料，并将其应用于智能光动力学治疗，极大地提升了超分子框架材料的制备效率和应用范围。二十面体硼簇与葫芦脲之间外壁之间存在着强烈的亲和作用，并展现出了较高的结合常数（K = 104~105 M-1）。如图2所示，当两种物质同时出现在水溶液中时，即可形成稳定的超分子复合物，并析出晶体物质。其中，一分子CB[8]周围结合了两分子的B12；而一分子B12周围结合了六分子的CB[8]。更有趣的是，这种离液效应并没有对葫芦脲的空腔与客体分子之间的主客体作用带来明显影响，为选择性的药物负载提供了便利。除此之外，B12还可以经过简单的化学修饰，修饰不同的功能基团（例如PEG、靶向基团等），使得该类超分子框架材料进一步具备良好的水溶液分散性、肿瘤靶向、成像及治疗能力等智能化功能。当对B12进行PEG-RGD修饰、CB[8]通过主客体作用负载光敏剂亚甲基蓝（MB），即可通过离液效应制备梭形纳米颗粒（NanoSOF）。在主客体作用下实现MB光敏和荧光效果的可逆调控。当这种NanoSOF进入体内后，即可通过EPR效应和RGD靶向效应进入癌细胞，并通过细胞内的主客体竞争性物质实现主动释放MB的效果，并进一步实现荧光制导的光动力学治疗。
新型非共价键作用助力超分子框架的制备
与常见的主客体作用不同，二十面体硼簇与葫芦脲外壁展现出了特异性结合。这种新型的超分子作用模式被称为“离液效应（chaotropic effect）”。由于二十面体硼簇与葫芦脲之间特异性的结合位点和较高的亲和力，此类超分子框架不需要在分子识别位点上进行复杂设计，在室温下于水中简单混合即可制备。
模块化设计拓宽超分子框架的工程范围
由于二十面体硼簇与葫芦脲在几何结构上各向同性的特点，使得两个分子成为独立的结构单元。即使经过各种功能化修饰，两者仍然可以保持其相互作用。而功能化之后，既可实现超分子框架的形貌调控，又可以负载药物分子进行智能化的光动力学治疗
模块化设助力智能光动力学治疗
经模块化设计，该超分子框架可制备出带有靶向基团的纳米级超分子光敏剂。在主客体作用调控下实现MB光敏和荧光效果的可逆调控。结果显示，当这种NanoSOF进入体内后，可有效提升光敏剂在体内的循环时间，并富集在肿瘤区域，通过细胞内的主客体竞争性物质实现主动释放MB的效果，进一步实现荧光制导的光动力学治疗。
该研究的意义在于，通过模块化的设计理念，在分子层面上制备具有多种功能的超分子自组装体，对于同类多功能材料的开发和应用有着重要的启示作用。
参考文献：
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
