在生物医学工程领域，组织和细胞的存活需要充足的氧气供应，因此研究释氧生物材料（Oxygen‐releasing biomaterials）至关重要。迄今已有聚合物微腔释氧生物材料的报道。将过氧化氢封装在生物相容性的聚乳酸等聚合物微腔中，过氧化氢在过氧化氢酶或者其他催化剂的作用下分解成为水和氧气，从而缓慢释放氧气，这一体系可以作为组织工程中氧气输送的潜在材料。此外，这种包封在生物相容性纳米颗粒中的过氧化氢在近红外辐射下可以释放活性氧物质，从而提高光动力学治疗缺氧肿瘤的效率。但是这种聚合物微腔的结构复杂，难以调控，而且微腔内封装的过氧化氢分子确切数量不可控，因此研究新型的释氧生物材料对生物医学工程的发展具有重大意义。开孔富勒烯可作为许多分子的分子容器，如单原子惰性气体He、水分子、甲烷分子、二氧化碳、氮气分子等。而将过氧化氢或者氧气封装在开孔富勒烯中，使之在一定条件下缓慢释放氧气，这样的内包过氧化氢或氧气的开孔富勒烯有可能用作释氧材料。在目前已有的报道中，封装小分子通常需要高压和加热。在这种苛刻条件下，活性小分子与碳笼容易发生反应，比如在封装氧气时，氧气在碳笼的孔径边缘插入诱导碳笼氧化副产物。与其他分子相比，过氧化氢易于分解并且其分解产生的活性氧物质可能诱导其他的氧化副反应，所以利用开孔富勒烯捕获过氧化氢始终是一个难题，而同样也难以通过其他类型的分子容器捕获过氧化氢。迄今为止，仍没有合适的分子容器用于封装单个过氧化氢分子。

北京大学化学与分子工程学院的甘良兵教授和华中科技大学材料科学与工程学院的卢兴教授合作，发展了一种具有独特结构的开孔富勒烯，首次实现了对单个过氧化氢分子的封装。合成路线如图1所示，关键步骤是次亚磷酸钠-碘化钾-碘化亚铜-醋酸诱导的还原反应（Condition a）以及C60作为光敏剂诱导的单线态氧插入扩孔反应（Condition b）。在80 ℃加热时，还原条件a可将化合物1转化为化合物2，实现两个过氧叔丁基到羟基的转化。而在120 ℃加热时，还原条件a可将化合物1中的两个氨基与两个过氧叔丁基或化合物2的两个氨基与两个羟基同时消除，得到相应的芳构化还原产物。化合物2可在氧化条件b下发生扩孔反应，转化为扩孔化合物3。当反应中没有光敏剂C60时，反应需要至少72小时，产率为42%。光敏剂C60的存在将反应时间压缩至1小时，将产率提高至82%。与化合物2类似，化合物3中的两个氨基与两个羟基也可在120 ℃加热还原条件a下同时消除，得到相应的芳构化还原产物4。而与化合物2类似，化合物4可在氧化条件b下发生扩孔反应，转化为扩孔化合物5和H2O@5。5和H2O@5与过氧化氢在常温常压下搅拌即可实现单个过氧化氢分子的封装。

化合物5开孔位置、孔形状独特，且孔径周围富含杂原子，易与水分子、过氧化氢分子形成氢键，因此水分子和过氧化氢分子可以在常温常压下进入化合物5的空腔。如果将封装过过氧化氢的5、H2O@5、H2O2@5溶液在室温下静置数小时，通过1H NMR可以检测到部分H2O2@5向H2O@5的转化。此外，将化合物5和H2O@5置于高压的氧气氛围内可以得到O2@5，实现内包水分子的置换；而所得产物可以在常温常压下缓慢释放氧气，有望发展成为释氧生物材料。