综述：分子笼：在多元领域中的新兴应用

这篇综述系统阐述了分子笼（Molecular cages）作为可定制化超分子结构的独特优势，其精确的客体封装能力为传感（sensing）、催化（catalysis）、环境修复及生物医学领域带来突破。文章重点解析了全有机/金属-有机（metal–organic）笼的结构可编程性，及其在模拟生物系统和功能材料开发中的前沿进展，为跨学科研究提供新范式。

　　

Highlights

分子笼作为模块化超分子结构，可通过可逆自组装或共价键合构建复杂空腔体系。其核心优势在于精准的尺寸与化学环境调控能力——从选择性捕获污染物分子到模拟酶催化口袋，功能设计极具延展性。特别值得注意的是，金属配位驱动的笼状结构（如Zn²⁺基框架）在气体吸附领域展现出亚埃级精度，而全有机笼则因其生物相容性在药物递送中崭露头角。

Abstract

分子笼的快速发展正重塑超分子化学的应用边界。通过精确控制空腔尺寸（0.5-5 nm）和表面官能团，这些纳米级容器可实现小分子特异性识别，其结合常数（K_a）可达10⁶ M^-1量级。在环境领域，Fe₃O-有机笼对砷酸盐的捕获效率超过传统吸附剂3个数量级；生物医学方面，光响应性笼状结构实现了肿瘤微环境触发式给药。更引人注目的是，仿生笼通过模拟ATP合成酶的三维拓扑结构，首次实现了非生物系统的底物通道效应，这为人工细胞器设计开辟了新路径。当前研究趋势显示，机器学习辅助的笼结构预测与高通量筛选正在加速功能导向型分子笼的开发周期。