《Coordination Chemistry Reviews》：A comprehensive review on the advancement of supramolecular polymers and their pharmaceutical and biomedical applications
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本文综述了超分子聚合物（SP）的最新进展，重点讨论其通过氢键、π-π堆积、金属配位等非共价相互作用形成的独特结构及功能特性。SP在药物递送、基因/蛋白递送、组织工程和生物医学成像中展现出应用潜力，其刺激响应性、生物相容性和靶向特性使其成为纳米载体和先进治疗工具的重要候选材料。同时，本文总结了SP设计中的挑战，包括稳定性与动态功能的平衡，以及未来发展方向如计算模型的整合与多功能化设计。
Parbeen Singh|Vinaya Kumar Golla|Nidhi Sharma|Nivedita Chaudhri
美国康涅狄格大学机械工程系，Storrs，CT 06268
摘要
超分子聚合物（SP）已成为一个重要的研究领域，在材料科学、生物学和化学领域有着广泛的应用。本文综述了超分子聚合物的最新进展，重点介绍了它们的独特结构和功能特性以及在制药和生物医学科学中的应用。讨论内容包括多种制备策略，如氢键作用、金属配位、主客体相互作用以及π-π堆叠作用，并阐明了这些作用对超分子聚合物组装及其功能特性的影响。我们探讨了超分子聚合物在药物递送、基因和蛋白质递送、组织工程以及生物医学成像技术中的应用。特别是，我们讨论了通过合成具有增强超分子特性的超分子聚合物（如对外部环境的响应性、生物相容性、仿生特性和靶向性）来实现这些应用。此外，本文还探讨了超分子聚合物在纳米技术中的应用及其作为纳米载体的潜力。最后，本文概述了设计和开发用于各种制药和生物医学应用的先进超分子材料所面临的挑战和未来发展方向。通过结合最新的研究成果，本文旨在提供对超分子聚合物的设计原理、应用和未来前景的全面理解，为多学科领域的研究人员和科学家提供有价值的见解。
引言
超分子化学是研究分子间非共价相互作用的化学分支，这种相互作用使得多组分组装成为可能。它常被称为“超越分子的化学”，包括分子识别过程以及通过多种非共价相互作用（如氢键、π-π堆叠、金属-配体配位、静电力和范德华力）构建稳定的主客体复合物[1,2]。超分子结构由一个或多个通过可逆且定向的非共价相互作用组装的分子实体组成[3]。在生物系统中，DNA、功能性蛋白质、微丝和微管等例子展示了这些结构在维持和调节基本功能方面的重要性[4,5]。
从材料科学的角度来看，超分子化学为设计动态和适应性材料提供了一个多功能平台。通过单体单元之间的可逆非共价相互作用组装的超分子聚合物（SP）已成为一个快速发展的研究领域，因为它们具有可调的性质、对外部环境的响应性以及良好的加工性能。这些材料在生物医学工程中具有巨大潜力，包括可控的药物递送、组织支架和先进的诊断系统。最近的研究重点在于开发具有增强机械性能、物理化学性质和功能特性的超分子聚合物材料。这些材料可以通过精确的设计实现方向性、特异性和适应性，往往超越了共价键合材料的局限性[6]。已经采用了多种方法来构建超分子聚合物，包括多重氢键结构、主客体化学和π-π堆叠相互作用[7,8]。
超分子聚合物已成为广泛应用于制药、组织工程和再生医学等领域的有前景的材料[9][10][11]。它们的动态和模块化组装方式允许通过共价或非共价策略轻松引入治疗分子，从而实现可控释放、高药物负载能力和减少药物突释效应[12,13]。此外，超分子相互作用的可逆性使得材料能够对外界刺激（如pH值、氧化还原梯度、温度或酶活性）作出响应，从而提高治疗的时空精确度。例如，由肽两亲体形成的水凝胶既模拟了细胞外基质环境，又可作为药物储存库，在再生医学和局部药物递送方面显示出巨大潜力[14,15]。类似地，超分子胶束、囊泡和基于聚轮烷的载体也被广泛用于小分子、蛋白质和核酸的递送[16]。在本文中，我们重点讨论了相互作用类型、超分子聚合物的性质以及将结构有序性与动态功能性结合的能力，这些特性不断扩展了它们在精准医疗、再生疗法和纳米医学中的应用前景。
超分子聚合物形成过程中的相互作用类型
超分子聚合物通过多种可逆的非共价相互作用进行组装，例如多重氢键、范德华力、金属-配体配位、静电相互作用和π-π堆叠[17][18][19]。其形成的关键条件是存在能够进行特定相互作用的互补功能基团，如氢键、π-π堆叠、金属-配体配位或主客体识别。这些相互作用必须
用于先进药物递送的超分子聚合物的性质
超分子聚合物是一类新兴的动态非共价大分子材料，它们模仿了共价聚合物的结构完整性，同时具有更高的响应性和加工性能。它们的层次化组织和可调的物理化学性质是由单体单元之间的可逆、定向非共价相互作用所决定的[3]。
制药和生物医学应用
虽然传统聚合物在食品和制药领域有着悠久的应用历史，但超分子材料凭借其精确设计的动态非共价相互作用能力提供了变革性的潜力。这些系统具有独特的优势，包括分子特异性、结构定向性、可调的结合亲和力以及可逆的组装方式，从而能够对外界刺激作出适应性形态和功能响应。
计算视角
尽管本文主要强调实验框架并探讨了超分子系统的生物医学和制药应用，但计算建模在超分子设计中的重要性日益凸显。分子动力学（MD）模拟、量子化学计算和粗粒度（CG）建模已被越来越多地用于研究肽的自组装、稳定性以及与生物膜和负载分子的相互作用。
结论与未来展望
本文总结了超分子聚合物设计方面的主要进展，强调了它们的独特物理化学性质及其在生物医学科学中的不断扩大影响。它们能够根据环境信号进行组装和解体，为靶向药物递送、再生医学、抗癌治疗和生物成像等应用提供了前所未有的控制能力。然而，赋予它们适应性的相同弱相互作用（如氢键和π-π相互作用）
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系。
