吉林大学杨英威教授课题组《Adv.Mater.》：柱芳烃超分子开关

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在超分子化学与材料研究领域，大环主体化合物的开发与利用始终是一项至关重要的研究课题。作为继冠醚、环糊精、葫芦脲、杯芳烃等经典大环之后的新兴大环主体分子，柱芳烃因其高度对称的柱状刚性分子结构，多种简便易行的功能化方法，以及独特的主客体识别性质，已逐渐成为一类重要的超分子构筑基元；而基于柱芳烃的超分子开关，更是以其优异的刺激响应性与可逆性，被广泛用于诸多智能纳米系统的构建。

近日，吉林大学化学学院杨英威教授课题组在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Pillar[n]arene-Based Supramolecular Switches in Solutions and on Surfaces”的综述文章（DOI: 10.1002/adma.202003263）。该篇综述文章系统介绍了各类基于柱芳烃衍生物的超分子开关，从溶液相中的可逆主客体键合，到应用于材料表面的超分子开关构筑，全面解读了以柱芳烃作为主要基元的超分子开关的作用方式，总结了此类超分子结构在多种材料（如介孔硅纳米粒子、金属有机框架、金属纳米粒子、二维纳米材料等）表面的修饰和所赋予的智能响应行为，并充分论述了由超分子开关修饰的纳米材料在诸多领域的应用前景。

图1. 几种常见的柱芳烃衍生物的分子结构、空间填充模型以及与柱芳烃有较强键合能力的客体分子结构。

图2. 由pH (A)、光 (B)、氧化-还原 (C)、温度 (D)以及竞争试剂 (E)调控的基于柱芳烃的超分子开关；(a-d) 各类刺激调控下超分子开关中的分子结构变化举例。

 图3. 柱芳烃超分子开关用于在介孔硅纳米粒子表面构筑门控式纳米载药体系。(A) 酸和竞争客体响应的开关结构；(B) 金属离子配位和近红外光响应的开关结构；(C) 碱响应的开关结构。图4. 介孔硅纳米豌豆表面的斜塔[6]芳烃超分子开关体系的构建及刺激响应性药物控释研究。
图5. 基于柱芳烃的超分子开关作用于MOF材料表面用于纳米诊疗体系。(A) 柱[5]芳烃超分子开关门控的UMCM-1纳米载药控释体系；(B) 柱[6]芳烃超分子开关门控的磁性核壳结构MOF纳米载药控释体系；(C) 柱[6]芳烃超分子开关门控的具有光热活性的核壳结构MOF载体材料。

图6. 基于柱芳烃的超分子开关体系用于调控金纳米粒子的组装行为。

图7. 斜塔[6]芳烃(A)和柱[5,6]芳烃(B)功能化的金纳米粒子体系用于紫精衍生物（如百草枯）的传感检测。

 图8. 柱芳烃修饰的硫化铜纳米粒子(A)和上转换纳米粒子(B)用于货物控释和抗癌药物的靶向递送。图9. 柱芳烃修饰的金纳米粒子(A)、硫化铜纳米粒子(B)和磁性四氧化三铁纳米粒子通过超分子开关作用调节多孔纳米复合材料内的药物/货物控释。 图10. 柱芳烃用于金基底(A)、石墨烯(B)和硅基底(C)的表面改性及该类体系通过柱芳烃的超分子开关作用实现特定物质的吸附与检测。 图11. 柱芳烃超分子开关作用在硅基底材料(A-C)与人工跨膜通道材料(D-E)表面性质调节领域的应用。吉林大学化学学院在读博士生娄馨月为该论文的第一作者，通讯作者为杨英威教授 。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003263

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