综述：聚合物纳米结构中的前沿合成策略与相互作用机制：将预成型聚合物与聚合诱导的自组装过程相结合

《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Cutting-edge synthetic strategies and interaction mechanisms in polymeric nanostructures: Bridging preformed polymers with polymerization-induced self-assembly

纳米载药系统设计及制备技术综述：探讨聚合物纳米载体（PNCs）的自组装机制、制备方法（如乳液蒸发、纳米沉淀等）及实验条件对尺寸和形态的影响，分析氢键、π-π堆积等非共价相互作用的作用，并评估PISA技术在先进PNC制造中的应用潜力与挑战。

　　

兰吉特·德（Ranjit De）| 比詹·达斯（Bijan Das）| 马修·J·德里（Matthew J. Derry）| 朴钟赫（Jonghyuk Park）

韩国浦项汉东全球大学生命科学学院，邮编37554

摘要

近年来，纳米级药物递送载体的设计取得了显著进展，极大地推动了下一代智能医疗设施的发展，这些载体具有更好的溶解性、更长的循环时间、降低了对健康细胞的毒性以及实时监测能力。在各种材料中，聚合物纳米载体（PNCs）因其聚合物分子的可定制性而脱颖而出，这些特性可以进一步调整以满足特定需求。本文全面评估了影响PNC设计过程中自组装的各种分子间相互作用，如氢键、π-π堆叠、静电相互作用、疏水/亲水相互作用以及主客体相互作用。同时，还探讨了多种PNC的制备技术，包括乳液蒸发、纳米沉淀、透析、凝胶化、盐析、超临界流体技术、共凝聚和分子印迹聚合等。此外，还详细分析了实验条件对控制PNC尺寸的影响。本文进一步评估了与不同聚合方法相结合的聚合诱导自组装（PISA）过程，强调了其在先进PNC制备中的潜力。最后，讨论了PNC设计的相关前景和挑战，包括已制备的聚合物和PISA方法。

引言

过去三十年来，纳米科学和纳米技术的发展在设计和制造具有各种材料、形状、尺寸和性质的纳米结构方面取得了巨大进展[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。尽管“纳米”一词最早出现在大约六十年前，但纳米科学的重要性依然显著，并且发展迅速。在应对2019冠状病毒病（COVID-19）这一全球性疫情方面，纳米科学发挥了重要作用，尤其是在开发检测工具和疫苗设计方面[[7], [8], [9]]。聚合物是用于设计这类纳米结构的最常用材料之一。聚合物纳米颗粒因其在医疗保健、电子、可再生能源、安全、食品科学、法医学等多个领域的应用而受到越来越多的关注[[10], [11], [12], [13], [14]]。由于聚合物纳米颗粒的独特性质，它们几乎被应用于我们日常生活的各个领域。越来越多的研究团队致力于这些纳米颗粒的设计，这从每年发表的研究文章数量中可见一斑（图1a）。这些纳米颗粒正越来越多地被用于纳米载体的设计；因此，有必要清楚了解这些纳米载体的设计原理、决定其形成的相互作用以及治疗载体的命运。

聚合物纳米颗粒的性质取决于其粒径、形态和聚合物的功能性等因素[15,16]。它们的尺寸和形态不仅取决于制备过程中的实验条件，还取决于所选择的设计方法。在制药行业中，聚合物纳米颗粒通常被用作聚合物纳米载体（PNCs），主要用于治疗递送、生物成像和疾病诊断[[17], [18], [19]]。为了在制药行业中实现特定目标，可以调整这些PNCs以展现出特定的性质，例如靶向性、装载和递送效率、保护负载物等[[20], [21], [22]]。因此，根据特定应用的需求设计这些纳米载体并调节其性质非常重要[23]。因此，选择合适的制备方法和优化实验参数至关重要[24]。虽然有关PNC设计的综述很多，但这些综述分散在各种文献中，且主要针对某一特定方法或目标[[1],[25],[26],[27]]。大多数单独的综述主要集中在乳液和沉淀等技术上，而关于凝胶化、透析、盐析、分子印迹等技术的综述则相对较少[[28],[29],[30]]。此外，在回顾这些PNC制备过程中所涉及的实验条件及其机制途径方面也存在不足。

本文的目的是汇编和评估用于药物递送的PNC设计方法，以及实验条件对控制粒径和形态的影响。此外，PNCs必须克服许多生物学屏障，如血脑屏障[[31],[32],[33],[34]]、皮肤[[35,36]]、黏膜[[37]]等，这突显了精细和精确制备的必要性。本文概述了各种制备技术中采用的设计策略，分析了实验参数对实现目标形状和尺寸的影响，并探讨了可能推动该领域发展的未来方向。

章节摘录

聚合物纳米载体（PNCs）的定义和分类

根据各种文献资料，聚合物纳米颗粒是由尺寸小于1000纳米的聚合物组成的纳米结构[38]。然而，在药物递送中，PNCs主要指的是直径小于200纳米的颗粒，这类颗粒具有较高的表面积与体积比，能够被生物细胞轻松内化[[39],[40],[41]]。这一尺寸是人为设定的，因为它很大程度上取决于细胞类型，也可用于靶向组织和器官。

驱动聚合物纳米载体设计的相互作用

指导聚合物纳米载体制备的两个主要参数是共价相互作用和非共价相互作用。然而，在药物递送目的中，非共价相互作用被最常用于设计PNCs，这些相互作用可以可逆且可控地利用来引导聚合物的自组装，从而形成纳米载体[[50],[51],[52]]。这些非共价相互作用包括氢键、静电相互作用、π-π堆叠和疏水效应等。

制备聚合物纳米载体的技术

如前文所述，分子驱动力在PNC的设计中起着关键作用。然而，这些自组装过程是自发的现象，必须加以控制才能为特定应用设计出所需结构和尺寸的PNCs[162,163]。在过去十年中，研究人员在控制这些组装过程方面取得了巨大进展，已经开发出多种成功的先进聚合物纳米载体设计方法。

结论与未来展望

由于纳米材料具有独特的宝贵性质（与块体材料不同），它们在药物递送中的应用越来越广泛。纳米材料的小尺寸、高表面积与体积比、高效的药物装载能力以及能够靶向递送负载物，使其成为生物医学领域的理想材料。过去三十年间，人们对改进纳米载体设计技术的兴趣日益增长。

关于手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文期间，作者使用了Mendeley Reference Manager和ChatGPT 5来管理参考文献并提高文本的可读性。使用这些工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对发表文章的内容承担全部责任。

作者贡献声明

兰吉特·德（Ranjit De）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源获取、项目管理、研究调查、资金筹集、概念构思。比詹·达斯（Bijan Das）：撰写 – 审稿与编辑、资金筹集、概念构思。马修·J·德里（Matthew J. Derry）：撰写 – 审稿与编辑、概念构思。朴钟赫（Jonghyuk Park）：撰写 – 审稿与编辑、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

R.D. 感谢韩国国家研究基金会（NRF，授权号：2020R1I1A1A01072502）和韩国汉东全球大学（授权号：202401380001和202500490001）的慷慨财政支持。BD感谢西孟加拉邦政府科学技术与生物技术部门的财政援助[奖励编号：224/(sanc.)/ST/P/S&T/15G-36/2017]。