隨著全球可持續化發展的需求日益增強，利用可再生天然高分子制備新型藥物載體材料正逐漸成為人們普遍關注的焦點。這些天然高分子通常具有良好的生物相容性和可降解性，使其成為生物醫藥應用的理想選擇。然而，由于其結構中存在較強的氫鍵網絡，這些天然高分子在常規溶劑中通常具有較低的溶解度。這些溶劑要么易燃，有毒或有腐蝕性，要么在應用過程中難以回收，這將對操作人員和環境造成嚴重的安全問題。此外，為了完全溶解生物聚合物，操作過程中通常需要多步預處理和長時間的機械攪拌，這些都會導致大量的能量消耗，限制天然高分子載體材料的發展。針對這些問題，作為一種新型綠色溶劑，離子液體的引入使在高效溶解生物聚合物的同時，也解決了環境污染問題。近年來，大量基于離子液體制備的天然高分子載體材料被相繼研究出來，用以探討其在藥物傳輸系統和基因治療中的潛在應用。
近期，針對現階段離子液體在天然高分子載藥系統中應用的研究進展，華南理工大學陳玲教授團隊與英國華威大學謝豐蔚（Fengwei Xie）研究員在Green Chemistry合作發表了題為《基于離子液體的天然高分子藥物及基因傳輸系統的構建》（Ionic liquids for preparation of biopolymer materials for drug/gene delivery: A review）的綜述文章。該文章第一作者為博士研究生陳瑾，Fengwei Xie研究員與陳玲教授為共同通訊作者。基于離子液體的物理化學和生物性能，作者討論了離子液體在天然高分子溶解和載體材料制備過程中的優勢。在此基礎上，基于離子液體在制備過程中的作用，文章重點探討了各種制備天然高分子載體材料的策略和原則，以及離子液體在天然高分子藥物及基因傳輸系統中應用的巨大潛力，主要包括以下幾個方面：
1. 天然高分子在離子液體中的溶解性能
由于離子液體的溶解性能是其在載藥系統中應用的先決條件，在對離子液體物理化學性能和天然高分子結構因素討論的基礎上，作者分析了目前利用離子液體去溶解天然高分子的優勢，例如，離子液體可以直接從蟹殼和蝦殼中提取甲殼質。這些提取工藝簡單、溫和，有效地保留了甲殼質的分子質量和乙酰化程度，從而獲得較高純度的甲殼質。此外，離子液體的使用過后可通過真空干燥或旋蒸的方法從體系中回收離子液體。因此離子液體的使用能夠降低化工生產的成本，較少污染物的產生。
2. 天然高分子載體材料在離子液體中的制備及其在載藥系統中的應用
離子液體具有高度可設計性，這使其在天然高分子材料的制備中具有廣闊的應用前景。根據離子液體是否參與載體材料，可以將材料制備策略分為兩大類：
一是離子液體在制備過程中僅僅作為溶劑，最終被除去。比如，利用離子液體的溶解性能，將離子液體作為溶解或者反應介質，對天然高分子進行物理或者化學改性，隨后采用特定的加工工藝，如靜電紡絲，超臨界干燥，或者利用合成天然高分子衍生物的性質，如親疏水兩親性，制備多種劑型的載藥材料。此外，選擇合適的離子液體來替換微乳液體系中的水相、有機相和表面活性劑，可以制備粒度分布均勻，粒徑較小的納米載體材料。
二是利用離子液體的兩親性，或其抗菌和抗腫瘤性能，離子液體作為組分參與載藥材料的構建。比如，通過其與天然高分子聚合物之間的物理相互作用或化學改性，制備離子液體-天然高分子聚合物來進行活性物質傳輸或者作為潛在藥物本身。
3. 現階段存在的問題及面臨的挑戰
在結論和展望部分，作者提出了基于離子液體構建天然高分子載藥系統的遠景目標。與此同時，總結了目前離子液體在其應用過程中存在的問題及面臨的挑戰，主要包括：
（1）利用離子液體制備的天然高分子載藥系統目前仍處于起步階段，有待進一步朝著刺激響應型和靶向給藥型這些智能載藥系統發展。此外，離子液體對于某些疏水性藥物具有良好溶解性，而離子液體的這種巨大優勢尚未被利用于天然高分子載藥系統來克服目前疏水性藥物難溶解和包埋的缺點。
（2）為了最終的臨床應用，載藥材料必須具有較好的生物順應性和降解性。然而目前對于離子液體的毒性研究僅限于體外細胞實驗，沒有相應的體內毒理學數據和體外-體內相關性實驗。目前應用的離子液體大多數是咪唑基離子液體，具有較高的毒性，應開發新型天然來源的離子液體或深共融溶劑，提高其安全性和降低其毒性。
（3）在利用離子液體制備材料的過程中，各個過程的綠色化學方面應給與充分考慮。比如，針對目前離子液體的合成方法的復雜性和潛在環境污染性，急需發展新的簡單、有效、環境友好的離子液體合成方法。目前僅有少量的研究涉及離子液體的回收利用，對可能殘留的離子液體的檢測方法和其對于制備的天然高分子載體材料的性能影響研究甚少。這些問題均有待進一步解決。
本論文通訊作者陳玲：華南理工大學教授，兼任淀粉與植物蛋白深加工教育部工程研究中心及廣東省天然產物綠色加工與產品安全重點實驗室副主任、中國糧油學會玉米深加工分會副會長。長期致力于淀粉修飾改性及應用領域的科研工作，重點開展了淀粉功能化修飾與營養功能調控、淀粉基靶向控制釋放載體材料的設計、功能因子靶向控制傳輸系統的構建、基因水平上淀粉多層次結構與功能的關系、以及離子液體等新型溶劑對于淀粉基材料的構建等前沿性探索研究。近年來，先后主持了國家自然科學基金-廣東省聯合基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、國家科技支撐計劃項目、國家“863”科技計劃課題、廣東省“揚帆計劃”引進創新創業團隊項目以及市級、企業合作等科技項目近20多項，同時參與了國家自然科學基金重點項目，“973”計劃等60多項科研項目。相關研究成果已發表論文170余篇，他引總數超過2000次，h因子為34，獲得國家發明專利100余項：曾獲得中國輕工聯合會科技進步三等獎、中國商業聯合會科技進步二等獎、第38屆日內瓦國際發明展金獎、第十一屆中國專利優秀獎，廣東省專利優秀獎、中國僑屆貢獻獎和廣東省僑聯科技創新貢獻獎。https://www2.scut.edu.cn/sp/2017/0717/c11280a173283/page.htm
本文通訊作者謝豐蔚（Fengwei Xie）：于2009年獲得華南理工大學制糖工程博士學位，就讀研究生期間曾獲中國青少年科研創新獎。他先后在加拿大圭爾夫大學（University of Guelph）、澳大利亞昆士蘭大學（The University of Queensland）、及英國華威大學（University of Warwick）從事研究工作。曾于2010年在法國斯特拉斯堡大學（Université de Strasbourg）及2018年在美國加州理工學院（Caltech）開展訪問研究。目前為華威大學華威制造工程研究院（WMG）的研究員，瑪麗·居里學者。他致力于從分子設計，物理化學改性、到新型高成本效益加工工藝的開發等方面推動綠色材料的發展。近年來的工作興趣主要在于利用涉及新型綠色溶劑的加工技術和材料復合方式來制備高附加值、高性能的天然高分子材料，已取得了一系列研究進展。累計發表學術論文70余篇，總引用次數將近3000，h因子26（Google Scholar）。https://warwick.ac.uk/fac/cross_fac/ias/people/wirl/xie
本論文第一作者陳瑾，現為華南理工大學制糖工程專業的博士生。2016-2017年，在澳大利亞昆士蘭大學（The University of Queensland）化學工程學院進行聯合培養。主要從事淀粉等天然高分子等物理化學改性和功能化、以及利用離子液體制備天然高分子生物醫用材料的研究。
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