综述：环糊精-两亲分子超分子自组装体：机理、表征及在先进功能材料中的应用

　　本综述系统探讨了环糊精（CDs）与两亲分子通过主客体作用构建超分子自组装体（如囊泡、纳米管、水凝胶等）的机制与调控因素，重点分析了宿主结构（空腔尺寸、化学修饰）、客体特性（链长、头基）及外源添加剂（溶剂、聚合物等）对组装行为的影响，并总结了多尺度表征方法及在医药、日化等领域的应用前景，为功能材料设计提供重要参考。

　　

引言

在现代材料科学中，自组装技术是构建不同尺度和形态超分子结构的重要工具。环糊精及其衍生物（CDs）因其独特的外部亲水和内部疏水空腔结构，成为构建多样化自组装体的理想宿主分子。CDs与两亲分子形成的超分子包合物（ICs）可通过多种非共价作用进一步自组装成结构更复杂、功能更多元的高阶超分子聚集体。这些体系在医药、日化、轻工、生物传感及环境保护等领域展现出广泛应用潜力。

天然环糊精（CDs）

天然CDs是由淀粉经糖基转移酶作用产生的环状寡糖，由D-吡喃葡萄糖残基通过α-1,4-糖苷键连接形成中空锥形结构。其初级面（较小开口）为伯羟基（C-6位），次级面（较大开口）为仲羟基（C-2、C-3位）。这种特殊结构使CDs能够选择性包封客体分子，如芳香分子、挥发油、药物分子、表面活性剂、脂肪酸、核苷酸及聚合物等，形成主客体ICs。

两亲分子/环糊精（CDs）超分子自组装

两亲分子同时具有亲水头基和疏水尾链，在水溶液中可动态组装成胶束、囊泡、纳米棒、层状结构及管状结构等聚集体。CDs可通过疏水空腔包封两亲分子的疏水尾部，形成ICs，这些ICs作为构建单元在浓度、温度等参数变化下进一步组装成高阶超分子结构。组装过程受多种分子间作用力驱动，包括范德华力、疏水作用、氢键（H-bonds）等，最终形成热力学稳定的平衡态结构。

表征方法

两亲分子/CDs超分子自组装过程的表征需涵盖主客体ICs形成、CDs聚集体形成、客体聚集体形成及ICs高阶自组装四个同时发生的过程。常用技术包括：

• •

  光谱学方法：核磁共振（NMR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、荧光光谱、圆二色谱（CD）等，用于分析包合常数、化学计量比及构型变化。

• •

  热力学分析：等温滴定 calorimetry（ITC）、差示扫描量热法（DSC），用于研究结合力类型及热稳定性。

• •

  显微技术：透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM），用于观察形貌特征。

• •

  散射与衍射：动态光散射（DLS）、小角X射线散射（SAXS）、X射线衍射（XRD），用于分析尺寸分布及晶体结构。

医学领域应用

CDs基超分子自组装体在医药领域广泛应用于改善药物分子的水溶性、稳定性及生物利用度。例如：

• •

  萜类化合物（紫杉醇、芳樟醇、薄荷醇等）可通过包合减少挥发性和光热不稳定性。

• •

  黄酮类化合物（芦丁、槲皮素、茶多酚等）的抗氧化活性得以增强。

• •

  醛类化合物（柠檬醛、香茅醛、肉桂醛等）的控释行为可通过组装体实现。

  这些体系在抗炎、抗肿瘤及靶向递送方面具有显著优势。

挑战与展望

尽管CDs-两亲分子超分子自组装研究取得重要进展，仍面临以下挑战：

1. 1.

   缺乏统一的理论模型定量描述多变条件下的组装行为；

2. 2.

   多尺度分子间作用力（如H键、疏水作用、静电作用等）交织导致组装体稳定性与重现性难以控制；

3. 3.

   复杂体系中原位、实时表征技术尚不完善；

4. 4.

   从实验室研究到规模化生产仍存在技术瓶颈。

   未来需通过多学科交叉（如计算化学、先进表征技术及工程化方法）推动该领域发展。

结论

CDs与两亲分子通过非共价作用形成的超分子自组装体具有结构多样性和功能可调性，其组装行为受宿主结构、客体特性及外源添加剂共同调控。多尺度表征技术为理解组装机制提供关键支持，而在医药、日化等领域的应用则体现了其实际价值。未来需进一步深化机制研究并突破技术瓶颈，以推动功能性材料的创新设计。