导语：东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家最近开发了一种人造的跨膜配体门控通道，该通道可以模拟其天然对应物的生物学结构和功能。这些发现解决了仿生材料研究中的障碍之一，因为人造分子自身位于活细胞的膜中，并成功地以调节方式转运了离子。这可以促进传感和分离装置开发领域的研究。
图1.模仿生物转运蛋白结构和功能的合成离子通道的示意图
在高等生物中，细胞和细胞器被膜包围，它不仅在与外界环境形成屏障方面起着至关重要的作用，而且还介导流体，电解质，蛋白质和其他有用物质的交换。通常，这些膜由脂质分子形成的憎水层组成，在该双层片中嵌入了各种“跨膜”蛋白。这些蛋白质的组装方式使它们可以创建独特的“门”或“通道”，以响应特定条件下的选择性分子或离子而打开和关闭。生物膜的“选择性”和“传感能力”的这些特性来自其复杂的结构，并且它们使这些膜成为用于开发先进的传感和分离装置的新型材料合成的有吸引力的模型。但是，迄今为止，人工开发这样的分子组装体(可以以功能上有效的方向将其自身组装在膜中)仍然具有挑战性。
为了推动对人工分子的研究，东京科技大学的科学家在《自然通讯》上 发表了一项研究
，开发了一种合成通道，该通道可以模仿天然离子通道的离子传输活性。该研究的合著者Kazushi Kinbara教授和Takahiro Muraoka教授解释说：“限制人工跨膜分子应用的主要障碍是实现功能活性方向。我们试图创造一种可以克服这一困难的跨膜分子。”
为了实现这一目标，科学家们专注于跨膜多次的生物离子通道的结构，并以此为基础设计了两个人工分子。这些分子由称为BPO单元的拒水结构单元和称为低聚乙二醇链的水溶性部分组成。这些结构特征使这些人造分子具有嵌入膜中时自动聚集的能力。这些分子还含有磷酸酯基团，进一步帮助它们在整个膜上实现正确的取向。
接下来，科学家将重点放在两个分子之一上，以分析其结构特性。他们观察到，当将合适的诱饵样“配体”分子添加到含有人工分子的溶液中时，它们就成功地结合了该结构-证实该结构确实具有功能活性。此外，将这些分子引入预制膜中时，它们可以自行插入并定向在膜中。在特定配体的存在下，嵌入膜的大分子改变了它们的结构并运输了离子，包括锂，钾和钠离子。由于合成分子在人造膜上显示出令人鼓舞的结果，因此科学家随后在活细胞中对其进行了测试。使用称为荧光显微镜的技术，
中国企业网财经提示：这项研究表明了人工设计的分子如何能够自我组装，定位，定向和模拟生物离子传输过程。这些发现可能会刺激仿生调节领域的进步。作者乐观地得出结论：“我们研究的有希望的结果解决了持续存在的局限性，从而限制了在应用领域中使用人工仿生膜蛋白的方式。”