在《自然》期刊最近发表的一项具有里程碑意义的研究中，英国曼彻斯特大学的研究人员研发了一种开创性的分子设备，该设备可能很快就会重塑医疗和智能材料的格局。这项新技术利用机械力来控制多个小分子的释放，这一发展可以显著增强药物输送系统，并产生自我修复材料。

这项创新的核心在于利用一种被称为罗塔克烷（rotaxane）的分子结构，这是一种由被困在线性轴上的环组成的互锁分子。这种配置不仅仅是一种化学好奇心；它是能够在机械应力下精确释放分子的新机制的基石。

机械化学的飞跃

传统的受控释放方法，如聚合物降解或通过微胶囊扩散，通常允许释放单一类型的分子，并且缺乏空间或时间控制。然而，曼彻斯特团队的方法提供了从单个罗塔克烷单元中有针对性和高效地释放多达五个不同分子。这种非凡的能力是通过超声波或压缩等机械力诱导罗塔克烷烷完成释放的设计来实现的。

现有系统在每次拉伸事件（stretching event）释放的分子的多样性和/或数量上是有限的。相比之下，这项研究新开发的罗塔克烷系统可以同时排出多个货物分子，在溶液中效率高达71%，在散装体中（in bulk）效率高达30%。这种性能水平使罗塔烷设备成为有史以来最高效的释放系统之一。

医学和技术的变革潜力

这项技术的影响是广泛而多样的。在医疗保健领域，靶向释放能力有望在药物输送系统中进行革命，特别是对于需要在特定部位（如肿瘤细胞或局部感染）进行精确剂量的治疗。曼彻斯特大学有机化学教授Guillaume De Bo说，我们的目标是利用这些自然力量进行变革性应用，特别是在材料耐久性和药物输送方面。

例如，在癌症治疗中，该设备可以设计成直接在肿瘤部位释放化疗剂，最大限度地减少通常与癌症治疗相关的全身副作用。研究人员还在探索这项技术在创造可以自我修复的材料方面的潜力。智能手机屏幕上的划痕或飞机结构部件的裂缝可能会触发恢复材料完整性的愈合剂的释放。

多功能性和未来应用

除了医疗领域，该技术还可以在智能纺织品的开发中找到应用，这些纺织品根据环境条件调整其特性，或在生物材料（如可植入式设备）中，这些设备会释放治疗剂以响应体内的生物力学力量。

此外，该模型的多功能性通过成功释放各种功能分子（包括药物化合物、荧光标记、催化剂和单体）来证明。这种多功能性在不同领域开辟了大量应用，从精确化学工艺至关重要的工业制造，到响应材料可以在可持续性经济中发挥重要作用的环境监测。随着研究团队继续深入研究这项技术的应用，希望在自愈材料和扩展可以释放的不同分子种类等方面取得突破。