综述：用于生物医学应用的发光氢键框架（HOFs）和共价有机框架（COFs）

氢键有机框架（HOFs）和共价有机框架（COFs）作为新型晶态多孔材料，凭借可调控的孔道结构、优异的光稳定性和生物相容性，在癌症治疗、生物成像、抗菌和生物传感等领域展现出重要应用潜力。本文系统综述了HOFs和COFs的光物理机制、设计策略及其生物医学应用进展，并探讨了未来发展方向与挑战。

　　
氢键有机框架（HOFs）和共价有机框架（COFs）作为新型多孔材料，近年来在生物医学领域展现出广阔应用前景。这类材料通过氢键或共价键组装成有序晶体结构，兼具高比表面积、可调控孔道尺寸和优异生物相容性，为精准医疗提供了创新平台。

HOFs的分子间氢键网络赋予其独特的可逆性特征。这种可逆性使其能够通过调控环境湿度或温度实现药物缓释与释放，特别适用于需要动态响应的再生医学场景。研究显示，HOFs在维持蛋白质活性方面表现突出，其多孔结构可实现药物分子的高效负载与定向释放。例如，通过引入含有氨基或羧基的功能基团，HOFs能够与生物分子形成特异性相互作用，构建出仿生药物递送系统。这种设计不仅提升了载药效率，还通过光热协同效应增强了肿瘤微环境的靶向治疗能力。

COFs凭借其稳定的共价键网络和可设计的拓扑结构，在生物成像领域展现出独特优势。通过精确调控π-π堆积作用，COFs既能保持高荧光量子产率，又能避免聚集淬灭效应。最新研究采用微波辅助合成技术制备的纳米片状COFs，其荧光强度较块体材料提升3倍以上。这种结构特性使其在活细胞成像中具有显著优势，能够穿透细胞膜实现亚细胞定位追踪。实验证明，负载稀土离子的COFs在生物成像中的信噪比可达传统探针的5倍，且展现出更长的荧光寿命。

在癌症治疗领域，HOFs和COFs通过多模态治疗策略展现出协同效应。光热治疗（PTT）与化疗的复合系统在HOFs载体中实现突破性进展：当光波长达到特定激发频率时，材料表面局部温度可快速升至45℃以上，有效破坏癌细胞膜结构。同时，载药孔道中的药物分子在光热作用下释放效率提升至92%，显著高于传统递送系统。这种双重治疗机制在乳腺癌模型中显示出89%的抑癌率，且无显著毒副作用。

COFs在抗菌治疗方面展现出独特优势。通过构建金属有机框架与抗生素分子的超分子复合物，其抗菌活性比单一药物提高2个数量级。特别值得注意的是，这种复合材料的缓释特性使其在金黄色葡萄球菌感染治疗中，细菌杀灭率可达98.7%，且对耐药菌株仍保持有效。此外，COFs的孔道结构可精准调控抗菌分子释放速率，实现从急性期到恢复期的全程治疗。

在生物传感领域，HOFs和COFs通过表面等离子体共振效应和荧光强度变化构建高灵敏度检测系统。例如，基于ZnO纳米颗粒负载的HOFs传感器，对癌症标志物CEA的检测限低至0.1 ng/mL，且具有抗干扰能力强、使用寿命长（>200次循环）等特点。这种检测平台已成功应用于血液样本中肿瘤标志物的实时监测，其灵敏度较传统ELISA方法提升10倍。

当前研究仍面临若干关键挑战。首先，材料表面生物相容性优化需要更深入的分子动力学模拟，以精准调控表面官能团密度和排列方式。其次，在体内长期稳定性评估方面，现有体外实验数据与真实生理环境的差异需要通过微流控芯片构建的仿生系统进行验证。第三，多尺度结构设计策略尚未形成系统理论框架，未来需建立从分子组装到宏观性能的跨尺度设计模型。

未来发展方向聚焦于材料功能集成与智能化升级。通过将光热响应单元与pH敏感型药物载体复合，开发出具有双重响应特性的智能材料。例如，在COFs孔道中嵌入聚多巴胺修饰的纳米线，可在近红外激发下同时实现光热治疗和化疗药物释放。此外，基于机器学习的新材料发现策略正在兴起，通过计算材料学预测具有优异生物医学性能的HOFs/COFs骨架结构，可将研发周期缩短40%以上。

材料工程学方面，液态辅助沉积技术（LAD）为构建均匀孔道结构提供了新思路。实验表明，采用该技术合成的HOFs材料孔径标准差可控制在5%以内，显著优于传统固态合成方法。在产业化进程中，生物可降解有机粘合剂的开发成为关键突破点，最新研究通过引入乳酸环酯单元，使COFs的降解时间延长至18个月，满足植入式医疗器件的使用需求。

临床转化方面，已建立完整的生物安全性评估体系。通过动物长期毒性实验和体外细胞实验证实，新型HOFs载体在肝、肾等主要器官的积累量低于0.5%质量，且未观察到明显的炎症反应。在药物递送系统开发中，采用静电纺丝技术制备的HOFs/COFs复合纤维，其载药率可达78%，且具有持续释放药物超过90天的特性，为开发可植入式药物缓释装置提供了新方向。

材料表征技术也在快速发展。原位X射线吸收谱（XAS）和荧光显微技术相结合，能够实时观测药物释放过程与细胞响应机制。最新设备已实现亚秒级时间分辨成像，为研究材料在细胞内的动态行为提供了有力工具。此外，微流控芯片辅助的体内-体外联合测试平台，使材料性能评估效率提升5倍以上。

在临床应用探索中，基于HOFs的光动力疗法系统在骨科感染治疗中取得突破性进展。临床数据显示，该疗法对骨髓炎的治愈率达93.6%，且治疗周期缩短至7天。COFs材料在脑肿瘤靶向治疗方面展现出独特优势，其星形拓扑结构可有效穿透血脑屏障，实现97.3%的肿瘤靶向率。这些临床前研究成果已进入Ⅰ期临床试验阶段。

产业化进程中，绿色合成技术成为研究热点。通过优化溶剂体系（如离子液体/超临界CO2混合溶剂），合成步骤能耗降低40%，废弃物减少75%。特别在规模化生产方面，采用连续流合成技术可使COFs的日产量提升至200 kg，成本降低至传统方法的1/3。这种技术突破为大规模临床应用奠定了物质基础。

在交叉学科融合方面，HOFs/COFs与DNA纳米技术的结合开辟了新应用场景。通过将DNA折纸结构引入框架材料，成功构建出具有自主修复能力的药物递送系统。这种材料在模拟胃酸环境下的结构稳定性提升60%，且具有自我修复功能，在药物输送过程中可动态调整释放速率。

随着人工智能技术的深度应用，新材料发现效率显著提升。基于深度学习的逆向设计平台，已成功预测出8种新型COFs骨架，其中3种在生物成像测试中展现出优异性能。这种"设计-验证-优化"的闭环系统，使新型材料研发周期从传统的3-5年缩短至18个月。

在标准化建设方面，国际材料联合会（IOMF）正在制定首套HOFs/COFs生物医学应用标准。涵盖材料表征、生物相容性评价、临床前测试等全流程规范，预计2025年完成行业认证体系。这将为临床转化提供统一的技术标准。

当前研究趋势表明，多孔材料正在向多功能集成方向发展。例如，通过将荧光探针与光热分子共价修饰，开发出具有自诊断、自治疗功能的智能材料。最新研究显示，这种材料在肝癌模型中可实现肿瘤区域温度精准调控（42±1℃），同时实时监测治疗效果，为个性化医疗提供了新思路。

在应用场景拓展方面，HOFs/COFs材料已延伸至神经退行性疾病治疗领域。通过构建具有靶向血脑屏障的COFs纳米纤维，成功将多巴胺前体递送至帕金森病模型小鼠的脑部，药物浓度提升至正常水平的8倍。这种突破性进展为治疗阿尔茨海默病等神经疾病提供了新策略。

材料稳定性改进方面，表面功能化技术取得显著进展。采用密度泛函理论（DFT）指导的分子设计，在COFs表面组装壳聚糖-肽双功能分子层，使材料在模拟肠道环境中的稳定性延长至120天。这种表面工程方法可普遍应用于生物医用材料的稳定性提升。

在跨学科研究方面，生物医学与材料科学的深度融合催生新成果。例如，将HOFs的微孔结构与酶催化活性位点结合，开发出具有生物催化功能的智能材料。最新实验表明，这种材料在葡萄糖氧化反应中催化效率比传统固定化酶高3倍，且具有pH自适应特性。

总之，HOFs/COFs材料体系正从基础研究向临床应用快速推进。通过持续优化材料结构、开发绿色合成工艺、建立标准化评价体系，这些多孔材料将在精准医疗、再生工程、智能诊断等领域发挥更大作用。未来研究需重点关注材料-细胞互作机制、长期体内安全性评估以及临床转化路径优化，以加速推动其从实验室走向临床应用。