Adv Mater丨梁洪文团队发表人工拓扑纳米结构设计、制备与生物医学应用综述|医学|拓扑|新型高温超导体|梁洪文|纳米材料|纳米结构

近日，Advanced Materials在线发表了重庆医科大学药学院梁洪文课题组的综述文章，题为：Artificial Topological Nanostructures: Strategies for Design, Manufacturing, and Biomedical Applications。该文系统总结了人工拓扑纳米结构（ATNs）的分类、分子设计原则、制备策略及其在纳米医学中的应用，为理解拓扑结构作为独立设计变量在功能纳米材料中的核心作用提供了综合框架。

ATNs是一类以全局连通性和连续形变不变拓扑为设计参数的纳米系统，其性能不仅由化学组成决定，更由结构拓扑状态所主导。与传统基于形貌或成分调控的纳米材料不同，ATNs将拓扑作为独立的功能设计维度，在可编程组装、界面相互作用和生物响应性调控方面具有独特优势。

在本综述中，作者围绕 "拓扑-材料-性质-功能"这一核心框架，系统梳理了ATNs领域的最新进展。文章首先回顾了拓扑学从数学概念向材料科学设计原则演化的历史脉络，阐明拓扑不变量与非平凡几何构型（如莫比乌斯带、三叶结、博罗米安环）对纳米结构稳定性和结构-性质关系的基础意义，强调拓扑与形貌的本质区别：前者编码全局连通性与连续性，后者描述局部几何特征。在材料体系层面，综述分别从网格化学（ MOFs和COFs）、肽基体系、核酸体系及水凝胶体系四个维度，系统阐述不同材料平台如何实现对拓扑结构的编程构建。其中，MOFs和COFs凭借配位键或共价键赋予框架高刚性和持久拓扑，适用于气体吸附、催化和传感；肽基 ATNs兼具动态拓扑可重构性和优异生物相容性，可在细胞内或肿瘤微环境中实现原位自组装；核酸体系（包括DNA折纸和拓扑工程化gRNA）具有序列可编程性，能够精确构筑结、链、笼及多面体等复杂拓扑；水凝胶拓扑网络则通过非共价交联实现刺激响应性形变与智能药物释放。文章还专门讨论了人工智能与数据驱动方法在 ATNs逆向设计、拓扑预测及4D打印中的新兴应用。在生物医学应用方面，综述着重以代表性实例阐明拓扑特征与功能结果的内在联系。 ATNs通过形成局域微反应环境提升催化活性，通过空间限域效应增强药物装载，通过可编程组装与解组装实现时空精准释药，并借助拓扑约束增强与生物界面的相互作用，在药物递送、免疫治疗、分子诊断和骨修复等领域展现出超越传统纳米载体的性能优势。

最后，作者指出 ATNs领域当前面临三大核心挑战：复杂拓扑结构的可扩展精准制备、拓扑-性质-功能关系的定量表征，以及ATNs在体内的生物安全性与降解行为评估。未来，发展具有层级纠错机制的可编程自组装体系、基于机器学习的拓扑指纹描述符，以及可在生理条件下响应性解组装的动态拓扑结构，将是推动ATNs走向临床转化的关键方向。