在科學的浩瀚星空中，總有一些杰出的人物以非凡的智慧和不懈的探索精神，為人類認知的邊界拓展新的版圖。曾運雄教授，便是超分子自組裝與共晶構建領域中一顆璀璨的明星。他憑借著深厚的學術造詣、敏銳的科研洞察力以及持之以恒的創新精神，在超分子共晶領域取得了一系列具有里程碑意義的成果，為該領域的發展注入了強大的動力。
一、超分子自組裝與共晶構建的基本原理
(一)超分子自組裝原理
超分子自組裝是一種非共價鍵驅動的分子組裝過程，主要依靠分子間的弱相互作用力，如氫鍵、π-π堆積、陽離子-π相互作用和疏水作用等 。這些相互作用力雖弱于共價鍵，但它們具有高度的可逆性和自我修復能力，能夠協同作用，促使分子自發地組裝成具有特定結構和功能的超分子聚集體。例如，在某些體系中，分子通過精確的氫鍵識別，形成具有特定形狀和尺寸的納米管或納米膠囊，這些超分子結構展現出與單個分子截然不同的物理和化學性質。
超分子自組裝過程具有高度的選擇性和可調控性。研究人員可以通過改變分子的結構、引入響應性基團，或者調整外部環境因素(如溫度、pH值、溶劑等)，來精確地控制自組裝的過程和最終形成的結構。這種精確調控能力為制備具有定制功能的超分子材料提供了可能，使其在眾多領域展現出巨大的應用潛力。
(二)共晶構建原理
共晶是由兩種或兩種以上的分子通過非共價鍵相互作用，在晶格中以一定比例結合形成的單一晶相。在共晶構建中，選擇合適的共晶形成體(coformer)是關鍵。共晶形成體與目標分子之間需要具有互補的分子結構和相互作用位點，以確保能夠通過非共價鍵(如氫鍵、范德華力等)形成穩定的共晶結構 。例如，通過量子化學計算和實驗篩選，可以找到與藥物分子具有最佳相互作用的共晶形成體，從而改善藥物的物理化學性質，如溶解度、穩定性和生物利用度等。
曾運雄教授在共晶構建研究中，深入探索了分子間相互作用的本質和規律，創新性地提出了多種共晶構建策略，為解決傳統共晶構建中的難題提供了新的思路和方法。
二、曾運雄教授的開創性研究成果
(一)提出瞬態疏水相互作用與構象互補識別的雙重作用機制
傳統的超分子主客體體系存在結合力弱、選擇性差的問題，限制了超分子共晶的精準構建和應用。曾運雄教授團隊打破傳統靜態鍵合模型的束縛，創新性地提出了瞬態疏水相互作用與構象互補識別的雙重作用機制。這一機制首次實現了分子間動態、可逆的精準結合 。以團隊設計的杯芳烴 - 環糊精雜化結構為例，通過這兩種作用機制的協同，將藥物分子識別常數提升了3個數量級。這一成果有效解決了傳統主客體體系的核心難題，為超分子共晶的精準構建提供了堅實的理論依據，使得在分子層面上精確設計和控制共晶結構成為可能，極大地推動了超分子共晶領域的發展。
(二)主導開發全球首個超分子共晶預測平臺(SCOP - ML)
在超分子共晶研究的早期，實驗往往依賴于大量的試錯，效率低下且具有很大的盲目性。曾運雄教授主導開發了全球首個超分子共晶預測平臺(SCOP - ML)，徹底改變了這一局面。該平臺整合了機器學習算法、量子化學計算和大量的實驗數據，能夠快速、準確地預測超分子共晶的形成和結構 。通過這一平臺，成功預測出如EMIMBF? - 舍曲林共晶等關鍵結構，使超分子共晶實驗從毫無方向的“大海撈針”轉變為目標明確的“精準設計”。這不僅極大地加速了超分子共晶的研發進程，還降低了研發成本，為超分子共晶材料的快速篩選和開發提供了有力的工具，對整個超分子共晶領域的發展產生了深遠的影響。
(三)超分子共晶技術在生物醫藥領域的應用拓展
1. 改善藥物性能
在藥物研發中，許多藥物由于自身的物理化學性質限制，如低溶解度、差穩定性和低生物利用度，導致其療效不佳或臨床應用受限。曾運雄教授將超分子共晶技術應用于藥物研發，成功改善了多種藥物的性能 。例如，對于一些難溶性藥物，通過與合適的共晶形成體構建超分子共晶，顯著提高了藥物的溶解度。研究數據表明，某難溶性藥物在形成超分子共晶后，其在水中的溶解度提高了數十倍，這使得藥物在體內的吸收和生物利用度得到大幅提升，有望提高藥物的治療效果。
同時，超分子共晶還能增強藥物的穩定性。以某抗生素藥物為例，傳統形式的該藥物在儲存過程中容易降解，導致藥效降低。而通過共晶技術制備的超分子共晶，在相同儲存條件下，藥物的降解速率顯著降低，保質期延長了數倍，為藥物的儲存和運輸提供了便利，確保了藥物在臨床使用中的有效性和安全性。
2. 疾病治療新策略
曾運雄教授團隊還探索了超分子共晶在疾病治療中的新策略。在癌癥治療方面，設計了一種基于超分子共晶的靶向藥物遞送系統。該系統利用超分子共晶的獨特結構和性質，將抗癌藥物與具有腫瘤靶向性的分子結合，實現了藥物的精準遞送 。在動物實驗中，使用該靶向藥物遞送系統的實驗組，腫瘤部位的藥物濃度顯著高于對照組，腫瘤生長得到有效抑制，且對正常組織的副作用明顯減小。這一成果為癌癥的治療提供了一種新的、更有效的策略，有望提高癌癥治療的效果，減少患者的痛苦。
在神經系統疾病治療領域，針對阿爾茨海默病，團隊研發了一種能夠穿越血腦屏障的超分子共晶藥物載體。該載體能夠攜帶治療藥物順利進入大腦，有效改善了藥物在大腦中的分布和作用效果。臨床試驗數據顯示，使用該超分子共晶藥物載體治療的患者，認知功能得到了一定程度的改善，如記憶力有所提升，日常生活能力逐漸恢復，為阿爾茨海默病的治療帶來了新的希望。
三、具體案例分析
(一)超分子共晶技術在改善AKG性能中的應用
α-酮戊二酸(AKG)作為一種具有潛在抗衰作用的活性物質，近年來受到廣泛關注。然而，AKG存在水溶性差、穩定性低和生物利用度不足的問題，限制了其在抗衰領域的應用。曾運雄教授團隊針對AKG的理化特性，運用超分子共晶技術，篩選β-環糊精、氨基酸等載體分子，通過定向分子組裝構建穩定的超分子結構 。
通過量子化學計算與分子動力學模擬，確定AKG與β-環糊精1:2的最優配比，形成三維共晶網絡，使AKG分子穩定性提升4.3倍 。共晶化后的AKG水溶性從0.8mg/mL提升至9.6mg/mL(增幅12倍)，在模擬胃液中的半衰期由22分鐘延長至3.5小時 。臨床研究顯示，使用共晶AKG的受試者，其外周血單核細胞全基因組甲基化年齡平均逆轉8.2歲(p<0.001)，關鍵長壽基因表達顯著上調 。在老年小鼠模型中，共晶AKG干預后，線粒體膜電位恢復至青年水平的85%，細胞代謝活力顯著增強。這些數據充分證明了超分子共晶技術在改善AKG性能方面的顯著效果，為AKG在抗衰領域的應用開辟了新的道路。
(二)明日葉與鷹嘴豆纖溶酶超分子共晶體系的構建及應用
面對血栓疾病對人類健康的嚴重威脅，曾運雄教授帶領團隊從鷹嘴豆中發現可溶解血栓的纖溶酶，并敏銳洞察到超分子共晶技術提升纖溶酶性能的潛力，率先將其應用于明日葉與鷹嘴豆纖溶酶結合研究 。
團隊運用高分辨率核磁共振(NMR)、X射線衍射(XRD)、等溫滴定量熱法(ITC)等技術，深入探究二者相互作用機制。通過NMR解析分子結構和動態變化，揭示相互作用位點，發現查爾酮與纖溶酶通過氫鍵和π - π堆積作用結合，改變纖溶酶活性中心氨基酸殘基化學位移，影響活性和穩定性 。XRD測定晶體結構，明確超分子共晶以特定比例和空間排列形成穩定結構，利于協同效應發揮。實驗結果表明，與單獨使用鷹嘴豆纖溶酶相比，該超分子共晶體系分解血栓纖維蛋白的分解率提高約35%;檢測炎癥因子釋放量，TNF - α和IL - 6分別降低約45%和40%，證明其在溶解血栓和抑制炎癥方面具有顯著的有效性 。這一成果為血栓疾病的治療提供了新的有效手段，具有重要的臨床應用價值。
四、市場前景與社會影響
(一)市場前景廣闊
隨著人們對健康和生活品質的追求不斷提高，以及對新型材料和技術的需求日益增長，超分子共晶技術在生物醫藥、材料科學、食品工業等多個領域展現出巨大的市場潛力。在生物醫藥領域，超分子共晶技術可用于開發新型藥物、改善藥物性能和設計靶向藥物遞送系統，預計未來幾年全球藥物共晶市場規模將持續快速增長 。在材料科學領域，超分子共晶材料具有獨特的物理化學性質，可應用于傳感器、催化劑、電子器件等領域，市場前景十分廣闊。據市場研究機構預測，未來十年超分子材料市場的年復合增長率有望達到兩位數，超分子共晶作為其中的重要組成部分，將占據重要的市場份額。
(二)推動產業升級與創新
曾運雄教授的研究成果為相關產業的升級和創新提供了有力的技術支持。在制藥行業，超分子共晶技術能夠提高藥物的療效和安全性，降低研發成本和周期，推動創新藥物的研發和上市 。許多制藥企業已經開始關注并應用超分子共晶技術，與科研機構合作開展相關研究項目，加速技術的產業化進程。在材料產業，超分子共晶材料的出現為高性能材料的制備提供了新的途徑，促進了材料性能的提升和功能的拓展，推動了材料產業向高端化、智能化方向發展。
(三)對學術界的深遠影響
曾運雄教授在超分子自組裝和共晶構建領域的研究成果，在學術界引起了廣泛的關注和高度的贊譽。他的開創性研究為該領域的發展提供了新的理論基礎和研究方法，激發了全球科研人員對超分子共晶的研究熱情 。其發表的一系列高水平學術論文被廣泛引用，相關研究成果多次在國際學術會議上進行交流和展示，對推動超分子化學、材料科學、生物醫學等多學科的交叉融合和發展起到了積極的促進作用。許多科研團隊以他的研究為基礎，開展深入的研究工作，不斷拓展超分子共晶的應用領域和研究深度，形成了良好的學術研究氛圍和發展態勢。
五、總結與展望
曾運雄教授作為超分子自組裝領域的開創者，在超分子共晶構建方面取得的里程碑貢獻，不僅推動了科學理論的發展，還為眾多領域的實際應用帶來了變革性的影響。他提出的創新理論和方法，開發的超分子共晶預測平臺，以及在生物醫藥領域的成功應用案例，都展示了其卓越的科研能力和創新精神 。
展望未來，隨著研究的不斷深入和技術的持續發展，超分子共晶技術有望在更多領域取得突破。在生物醫藥領域，可能會開發出更多高效、低毒的新型藥物和精準的疾病治療方案;在材料科學領域，將制備出具有更優異性能和獨特功能的超分子共晶材料，滿足不同領域的需求。曾運雄教授及其團隊將繼續引領超分子共晶領域的研究，不斷探索新的科學問題，攻克技術難題，為人類的健康和社會的發展做出更大的貢獻。相信在他的帶動下，超分子共晶領域將迎來更加輝煌的發展前景，為解決全球性的挑戰提供更多創新的解決方案。
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