在《自然》期刊最近發表的一項具有裏程碑意義的研究中，英國曼徹斯特大學的研究人員研發了一種開創性的分子設備，該設備可能很快就會重塑醫療和智能材料的格局。這項新技術利用機械力來控制多個小分子的釋放，這一發展可以顯著增強藥物輸送系統，並産生自我修複材料。

這項創新的核心在于利用一種被稱爲羅塔克烷（rotaxane）的分子結構，這是一種由被困在線性軸上的環組成的互鎖分子。這種配置不僅僅是一種化學好奇心；它是能夠在機械應力下精確釋放分子的新機制的基石。

機械化學的飛躍

傳統的受控釋放方法，如聚合物降解或通過微膠囊擴散，通常允許釋放單一類型的分子，並且缺乏空間或時間控制。然而，曼徹斯特團隊的方法提供了從單個羅塔克烷單元中有針對性和高效地釋放多達五個不同分子。這種非凡的能力是通過超聲波或壓縮等機械力誘導羅塔克烷烷完成釋放的設計來實現的。

現有系統在每次拉伸事件（stretching event）釋放的分子的多樣性和/或數量上是有限的。相比之下，這項研究新開發的羅塔克烷系統可以同時排出多個貨物分子，在溶液中效率高達71%，在散裝體中（in bulk）效率高達30%。這種性能水平使羅塔烷設備成爲有史以來最高效的釋放系統之一。

醫學和技術的變革潛力

這項技術的影響是廣泛而多樣的。在醫療保健領域，靶向釋放能力有望在藥物輸送系統中進行革命，特別是對于需要在特定部位（如腫瘤細胞或局部感染）進行精確劑量的治療。曼徹斯特大學有機化學教授Guillaume De Bo說，我們的目標是利用這些自然力量進行變革性應用，特別是在材料耐久性和藥物輸送方面。

例如，在癌症治療中，該設備可以設計成直接在腫瘤部位釋放化療劑，最大限度地減少通常與癌症治療相關的全身副作用。研究人員還在探索這項技術在創造可以自我修複的材料方面的潛力。智能手機屏幕上的劃痕或飛機結構部件的裂縫可能會觸發恢複材料完整性的愈合劑的釋放。

多功能性和未來應用

除了醫療領域，該技術還可以在智能紡織品的開發中找到應用，這些紡織品根據環境條件調整其特性，或在生物材料（如可植入式設備）中，這些設備會釋放治療劑以響應體內的生物力學力量。

此外，該模型的多功能性通過成功釋放各種功能分子（包括藥物化合物、熒光標記、催化劑和單體）來證明。這種多功能性在不同領域開辟了大量應用，從精確化學工藝至關重要的工業制造，到響應材料可以在可持續性經濟中發揮重要作用的環境監測。隨著研究團隊繼續深入研究這項技術的應用，希望在自愈材料和擴展可以釋放的不同分子種類等方面取得突破。