综述：共价有机框架在生物医学应用中的最新进展：制备、机制与展望

《Sustainable Materials and Technologies》：Recent advances in covalent organic frameworks for biomedical applications: Preparation, mechanisms, and perspectives

本综述系统阐述了共价有机框架（COFs）这一多孔材料在生物医学领域的巨大潜力。文章聚焦其可调控结构、高比表面积及功能可设计性，详细梳理了溶剂热法、机械化学法等合成策略，并深入探讨了COFs在药物递送、成像诊断、抗菌抗病毒及再生医学中的作用机制（如ROS响应性释放）。同时指出生物相容性、规模化制备等临床转化挑战，为开发靶向治疗平台提供新视角。

　　

Preparation of COF-based materials

共价有机框架（COFs）材料可根据其构筑单元的连接方式分为二维（2D）和三维（3D）两类。二维COFs在二维平面上通过共价键连接形成层状结构，并沿第三轴方向堆叠；而三维COFs则在三个空间维度上均具有共价键连接，形成高度互联的骨架网络。这种维度差异是理解不同合成策略如何倾向于形成特定结构的基础。COFs的制备方法多样，包括溶剂热法、离子热法以及后合成修饰等，这些方法能够精确调控材料的孔隙结构、比表面积和表面官能团，从而满足不同生物医学应用场景的特定需求。

Encapsulation and release mechanisms

在生物医学应用中，可控药物释放对于降低副作用、提高治疗效果至关重要。然而，实现小分子药物释放速率的精确控制仍面临挑战。近年来，活性氧（ROS）响应性COFs的出现为解决这一难题提供了有前景的策略。这类COFs能够利用肿瘤或感染微环境中活性氧（ROS）水平升高的特点，实现药物的智能触发释放。其机制在于COFs骨架中引入了对ROS敏感的化学键或基团，当材料到达目标部位时，高浓度的ROS会破坏这些敏感单元，导致药物从孔道中释放出来，从而达到靶向治疗的目的。

Cancer therapy

癌症是全球主要死亡原因之一，多年来催生了多种治疗策略，如化疗、光疗、声动力疗法和放射疗法等。共价有机框架（COFs）作为一种创新的多孔材料，在推动癌症治疗方面展现出显著潜力。由于其高比表面积和可调节的孔径，COFs能够高效负载化疗药物、光敏剂或声敏剂。通过表面功能化修饰靶向分子（如特异性结合癌细胞标志物的配体），COFs可以实现药物在肿瘤组织的特异性富集。此外，基于COFs构建的多功能纳米酶，兼具酶催化活性和药物递送功能，可通过产生活性氧（ROS）消融肿瘤细胞，并在正常生理环境下发挥抗氧化保护作用，为实现协同化疗免疫治疗并降低心脏毒性等副作用提供了集成化平台。

Biocompatibility and toxicity

材料的生物相容性通常指其在特定应用中引发适当宿主反应的能力。对于纳米材料而言，其生物相容性受到尺寸、形貌、表面性质、孔隙几何形状和孔隙率等多种参数的影响。当材料不会引起不可接受的毒性、刺激性或免疫反应时，才被认为是生物相容的。COFs的纯有机组成使其相较于一些金属基材料具有更低的密度和更好的生物相容性潜力。然而，其在实际生物环境中的长期安全性仍需系统评估。通过引入生物相容性涂层（如聚乙二醇PEG化）或修饰特定官能团来改善COFs的表面性质，是提高其生物相容性、推动临床转化的关键步骤。

Future perspectives

COFs在生物医学应用的未来发展方向主要集中在提升其生物相容性和安全性。当前研究致力于通过生物相容性涂层和功能基团修饰来降低细胞毒性，增强材料与生物系统的相互作用，这对于其临床接受度和患者安全至关重要。另一个重要趋势是设计多功能集成平台，例如开发具有一氧化氮（NO）释放功能的核壳纳米粒子（NC@Fe）等。将COFs与其他生物材料（如天然高分子、合成聚合物）集成，构建复合支架用于组织工程和再生医学，也是一个充满前景的研究方向。此外，探索更绿色、更经济的合成方法（如机械化学法、室温合成）以实现COFs的大规模制备，将是推动其从实验室走向实际应用的核心环节。

Conclusion

共价有机框架（COFs）凭借其高比表面积、可调孔隙、化学稳定性和功能可设计性等独特结构性质，已成为生物医学应用中一类极具前景的多孔材料。本综述全面讨论了COFs基材料的制备方法、作用机制及其在药物递送、生物传感、生物成像、光动力疗法和抗菌应用等方面的最新进展。尽管COFs展现出巨大的潜力，但其生物相容性、规模化制备以及在生物环境中的长期稳定性等问题仍是临床转化面临的关键挑战。通过持续的材料创新和深入的生物学评价，COFs有望在未来为靶向治疗和精准医疗提供新的解决方案。