气体递送载体可以在体内被内源性刺激触发，可控释放气体信号分子，用于治疗多种气体信号相关的疾病（如肿瘤、炎症和心血管疾病等），近年来逐渐成为生物医用纳米载体领域研究的重点。绝大多数已知的气体递送载体为各向同性的球形结构；然而，球状载体是否是气体分子释放与输运最为理想和优化的几何形态尚不清晰，气体递质的释放动力学与递送载体形状之间的量化关系也未得到研究。

面向上述挑战，复旦大学高分子系闫强课题组基于气体调控高分子组装方面的研究基础（J. Am. Chem. Soc.2025, DOI:10.1021/jacs.4c18520; Nat. Commun.2024, 15, 8699; Angew. Chem. Int. Ed.2023, 62, e202217001; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202305290; J. Am. Chem. Soc.2021, 143, 20183; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 15104）与李剑锋教授合作利用渗透压诱导的膜变形策略，构建了一种非球形的高分子纳米载体——聚合物管状囊泡（tubesomes），通过调控管状体的膜轴向拉伸比（σ = L/D），显著提升了载体对硫化氢（H₂S）气体信号分子的递送能力和在细胞内的气体治疗效果，并解析了高分子载体几何形状与气体释放动力学之间的量化关系。

图1.气体释放高分子囊泡载体的一维拉伸变形与气体递质释放动力学关系。

通过制备含苯硫代酯侧基的响应性高分子，其可以在水溶液内自组装为球状囊泡结构，改变囊泡外部溶液的盐浓度可以借助膜内外渗透压的不平衡性实现在轴向上对囊泡膜的拉伸变形，进而获得各向异性程度逐渐提高的椭圆体、短管、直至长管状体。囊泡的形变机制不仅得到了实验证实，还通过与李剑锋教授合作借助耗散动力学模拟得到与之吻合的形态演化过程。H₂S气体响应性释放实验进一步揭示了管状囊泡的膜拉伸比（σ）与H₂S释放动力学呈正相关性，且解析出囊泡形态与气体释放的速率比（以球状囊泡为参考值）仅和囊泡的表面积（A）、体积（V）和膜厚（δ）相关，满足v_s/v₀ ∝A/(δ·V)。更重要的是，气体释放能力随膜拉伸程度提高的同时，还可以增益高分子载体在胞内的治疗能力，达到协同提升的目标。在人结肠癌细胞和肝癌细胞实验中，管状囊泡展现出明显优于球形囊泡的抗癌活性，同时对正常细胞（L02）的毒性显著降低。同时，研究表明管状囊泡能够成功内化到HepG2细胞中并高效释放H₂S，显著提高了气体疗法的靶向性和安全性。

图2. 高分子囊泡膜拉伸比（σ）对H₂S气体信号分子释放动力学的调控。

这项研究不仅为提高气体递送载体的治疗效率开辟了新方向，也为开发基于形态调控的气体递质高分子纳米载体提供了重要启示。相关成果以Gas-Releasing Polymer Tubesomes: Boosting Gas Delivery of Nanovehicles via Membrane Stretching为题近日发表于Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, 202421405上。复旦大学高分子系博士生杨翠琴、张玉连为共同第一作者，闫强教授、李剑锋教授为论文共同通讯作者，南京邮电大学许妙苗副教授对细胞层次研究提供了支持。该研究得到了国家自然科学基金委、复旦大学聚合物分子工程全国重点实验室和高分子科学系的支持，特此感谢。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202421405