光响应主客体超分子系统在分子开关、智能材料等领域展现出巨大潜力,然而传统紫外 / 可见光的组织穿透深度不足百微米,严重限制了其在复杂环境中的应用。
近日,美加墨世界杯官网曹玮教授团队在国际权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)发表重要成果。该工作首次提出利用 γ 射线精准调控超分子主客体识别过程,突破了传统光响应体系组织穿透深度不足的瓶颈,为深层组织环境中软材料的力学调控与生物应用开辟了全新路径。

本课题中在临床安全剂量(仅 2 Gy,符合常规放疗单次治疗的安全剂量标准)下,γ 射线可高效触发偶氮苯分子的顺 - 反异构反应,通过精准调控分子构型实现与环糊精、葫芦脲等大环主体的主客体识别过程。对比传统蓝光调控体系,γ 射线凭借其优异的组织穿透能力,在厘米级厚度的猪组织模型中仍能保持高效的异构化效率,突破了光响应体系在深层组织中应用的物理瓶颈。同时,该调控过程展现出优异的可逆性与稳定性:偶氮苯分子的顺反异构可随 γ 射线辐照与后续条件变化实现循环切换,经十次连续辐照循环后,主客体识别的响应效率仍无显著衰减,为构建可重复触发的动态超分子体系提供了可靠基础。

基于这一独特的 γ 射线调控主客体识别机制,团队进一步构建了具有动态增强、增韧与自修复功能的双网络水凝胶材料。该材料实现了高达~23 MPa 的拉伸强度与~30 MJ・m-3 的韧性,性能媲美工程弹性体,同时保留了超分子体系的动态响应特性。这一策略首次将临床放疗射线与超分子主客体化学结合,为远程编程深层组织内软材料力学性能、构建响应型生物医用材料提供了普适性平台,在放疗响应性智能药物递送、组织修复材料等领域展现出广阔的应用前景。

该研究成果近期发表于Angewandte Chemie International Edition 期刊,题目为“γ-Ray Regulated Host–Guest Molecular Recognition”( https://doi.org/10.1002/anie.4556916 )。通讯作者为美加墨世界杯官方网站曹玮教授、沈阳师范大学化学与化工学院杨晓博教授,美加墨世界杯官方网站为第一通讯单位。论文第一作者为沈阳师范大学2023级硕士研究生邵清清以及美加墨世界杯官网2023级博士研究生刘丽霞,本研究获得高技术中心重点研发计划、国家自然科学基金、美加墨世界杯官网等资助。特此感谢!