英文原题：Aromatic Anion Carrier via Self-Assembly with Imidazolium-Fused Aromatic Amphiphiles

通讯作者：Yongju Kim，韩国高丽大学

作者：Jung Yeon Park, Dongjun Baek, Hyunggeun Min, Bongjun Yeom, Jeong Sook Ha, Yongju Kim

中文供稿人：袁月，崇媛媛，中国科学技术大学

研究背景：

细胞膜由脂质双分子层组成，这是一种由两层磷脂分子构成的薄极性膜。由于细胞膜表面带负电荷，阴离子难以直接穿过脂质双分子层，因此开发基于阳离子的两亲性分子载体成为递送阴离子的有效策略之一。最近报道的阳离子两性分子大部分由包含刚性芳香环的疏水部分和包含铵基或咪唑鎓基团的柔性链亲水部分组成，其中芳香基和阳离子单元之间大多是通过单键（如烷基链和聚醚链）连接。单键旋转导致的柔性分子构象可能限制了与芳香阴离子的精确相互作用，从而影响超分子纳米结构的形成。

本文设计并合成了一种由芳香环和咪唑鎓基团紧密相邻组成的阳离子融合芳香两性分子。分子1是一种具有两个咪唑鎓基团的两性二价阳离子分子，咪唑鎓基团通过静电相互作用中和了带负电的8-羟基芘-1,3,6-三磺酸（pyranine），而萘环通过芳香相互作用与吡喃的芘基结合，从而在水溶液中形成超分子囊泡，这些囊泡能够在MCF-7细胞中跨膜运输pyranine阴离子，而不会引发细胞毒性。

图1 （a）分子1,2和pyranine的化学结构（b）通过1-pyranine络合物的超分子囊泡中阴离子载体示意图

内容介绍：

分子设计与合成

本文设计并合成了两种带有咪唑鎓基团的芳香族两亲性分子（分子1和分子2）。分子1含有萘基团，而分子2含有苯基团。通过核磁共振（NMR）和高分辨率质谱（HRMS）对分子结构进行了表征，确认了其化学结构。分子1与pyranine阴离子通过静电和芳香相互作用形成了稳定的超分子囊泡。

图2含咪唑鎓基团的芳香族两亲性分子1和2的合成方法

超分子囊泡的形成与表征

通过紫外-可见光谱和荧光光谱研究了分子1与pyranine的相互作用。结果表明，分子1与pyranine形成了1:0.7的复合物。透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）观察显示，复合物在水中形成了平均尺寸为297 nm的球形囊泡。动态光散射（DLS）和Zeta电位分析进一步证实了囊泡的形成及其表面电荷的变化。

图3 （A）分子1在不同浓度pyranine中的发射光谱，（B）发射光谱最大强度值，（C）复合物在水溶液中的TEM图及DLS测量的尺寸分布图，（D）复合物在水溶液中的AFM图

溶剂环境对复合物稳定性的影响

在THF-水共溶剂中，复合物的荧光强度随THF比例的增加而降低，表明有机溶剂增强了分子1与pyranine之间的相互作用。在90% THF条件下，复合物形成了尺寸约为120 nm的紧密囊泡，且结构稳定。密度泛函理论（DFT）计算进一步支持了在有机溶剂中复合物的高结合能和短分子间距。

细胞实验与生物相容性

在MCF-7细胞中，复合物成功地将pyranine运输到细胞内，且未引起明显的细胞毒性。荧光显微镜图像显示，复合物处理的细胞中荧光强度显著增加，表明复合物能够有效克服细胞膜的负电荷屏障，实现阴离子的跨膜运输。MTT细胞毒性实验进一步证实了复合物的良好生物相容性。

图4 MCF-7细胞的荧光显微镜图像及MTT细胞毒性实验

总结/展望：

本文成功设计了一种基于咪唑鎓-芳香族两亲性分子的阴离子载体系统，通过自组装形成超分子囊泡，实现了阴离子的高效跨膜运输。该系统在活细胞中表现出良好的生物相容性和无毒性，为阴离子载体设计提供了新的思路。此外，该系统在药物递送和基因治疗等领域具有潜在的应用前景，特别是在需要跨膜运输阴离子药物或核酸的情况下。通过进一步优化分子设计和自组装条件，有望实现更高效、更特异的阴离子运输系统。

Cite this: Park, J. Y.; Baek, D.; Min, H.; Yeom, B.; Ha, J. S.; Kim, Y. Aromatic Anion Carrier via Self-Assembly with Imidazolium-Fused Aromatic Amphiphiles. Precision Chemistry 2024, 3 (4), 214–220. https://doi.org/10.1021/prechem.4c00074.

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