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22
2026
-
04
Angew: 构象自适应人工钠通道突破选择性限制
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背景
在生物体系中，Na⁺通道能够实现超快传输（>10⁷ ions/s）与高选择性（Na⁺/K⁺ > 500），支撑神经传导、血压调控等关键生命过程。然而，在人工体系中复制这一性能却极为困难。现有人工离子通道通常依赖刚性孔道或固定尺寸识别位点，导致一个经典问题难以突破：“通量–选择性权衡”。尤其对于Na⁺，其尺寸与K⁺极为接近，使得传统基于尺寸或配位的策略难以实现高精度区分。目前报道的人工Na⁺通道选择性普遍较低（~13），远低于生物体系水平。
创新
近日，福州大学曾华强教授团队提出“构象自适应”设计策略，从动态结构出发突破传统刚性筛分机制：
柔性骨架引入：采用聚酰亚胺作为基础框架，通过柔性链段提升结构适配能力；
冠醚选择性识别：引入15-冠-5作为Na⁺特异性配位位点，实现捕获；
动态构象调控机制：通过可调烷基链连接冠醚与骨架，使通道能够根据离子传输过程发生构象变化；
协同传输机制构建：动态配位增强Na⁺识别；构象变化降低迁移能垒；→ 实现“捕获–传输”协同优化；
性能显著突破：Na⁺电导达48.9 pS；Na⁺/K⁺选择性达37.8（约为此前*高水平的3倍）；
仿生机制再现：实现类似生物通道的“动态适配+协同传输”过程。
意义
该工作突破了传统人工通道“刚性结构主导”的设计范式，提出以动态构象适配为核心的新机制，使离子传输过程从静态筛分转向动态调控。通过引入柔性骨架与可调连接结构，研究实现了选择性与通量的协同提升，为构建高性能人工离子通道提供了全新思路。同时，该体系在生物膜环境中的良好适配性，也为相关疾病（如离子通道紊乱疾病）的治疗提供了潜在应用路径。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/fkjxE2z_PIZ3Gn2qQ5nY9Q
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