圖1 冠醚類人工離子跨膜傳輸體系示意圖 杭州師范大學(xué)劉俊秋教授課題組對基于冠醚結(jié)構(gòu)的人工離子跨膜傳輸體系進(jìn)行了系統(tǒng)性的分類和總結(jié)。隨后，介紹了冠醚類人工離子傳輸系統(tǒng)在生物醫(yī)藥等領(lǐng)域中的應(yīng)用。最后，闡述了該領(lǐng)域面臨的一些挑戰(zhàn)和解決方法。 細(xì)胞膜是大多數(shù)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的屏障，細(xì)胞內(nèi)、外環(huán)境之間的物質(zhì)交換對于維持生理系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。一些疏水小分子或不帶電荷的極性小分子可以通過擴(kuò)散穿過磷脂膜，而一些帶電物質(zhì)如陰離子和陽離子則依賴離子載體或通道蛋白進(jìn)行跨膜運(yùn)輸。膜通道蛋白不僅參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的新陳代謝、細(xì)胞滲透壓和pH值，而且與神經(jīng)信號的傳導(dǎo)密切相關(guān)。通道蛋白的功能障礙可能導(dǎo)致包括囊性纖維化和心律失常等一系列嚴(yán)重的離子通道病。近年來，通過模擬天然通道蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，科學(xué)家們成功制備了一系列的人工離子通道模型。其中，許多大環(huán)類分子如冠醚、環(huán)糊精、柱芳烴和杯芳烴等因其獨(dú)特的空腔結(jié)構(gòu)和離子識別特性，被廣泛應(yīng)用于人工離子跨膜通道、載體的構(gòu)筑。 冠醚作為一種大環(huán)聚醚分子具結(jié)構(gòu)簡單、易于修飾的特點(diǎn)，并且可以和多種無機(jī)或有機(jī)陽離子發(fā)生特異性主-客體識別。此外，冠醚與堿金屬離子之間的結(jié)合能力很大程度上遵循尺寸匹配效應(yīng)，例如，12-冠-4傾向結(jié)合內(nèi)徑較小的鋰離子，15-冠-5和18-冠-6分別偏好結(jié)合鈉離子和鉀離子，而21-冠-7傾向于結(jié)合直徑更大的銣離子和銫離子。更重要的是，冠醚的離子結(jié)合性能可以通過修飾其結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控。而其他的大環(huán)分子的合成相對復(fù)雜，結(jié)構(gòu)難以修飾以及離子結(jié)合能力較差。因此，冠醚逐漸成為了研究構(gòu)建人工跨膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的最熱門的分子之一。 本綜述對近幾十年來基于冠醚結(jié)構(gòu)的人工離子跨膜傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)，并將不同的類型（例如：單分子通道、自組裝通道、分子機(jī)器等）進(jìn)行了分類和歸納。此外，本文還詳細(xì)闡述了冠醚類的離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的分子設(shè)計原理、運(yùn)作機(jī)制、性能調(diào)控以及生物醫(yī)藥應(yīng)用。最后，本文還提出了該領(lǐng)域目前面臨的一些挑戰(zhàn)和可能的解決方法。本文提供了關(guān)于冠醚衍生的跨膜離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的全面概述，為未來人工離子轉(zhuǎn)運(yùn)體的設(shè)計和應(yīng)用提供一定的啟發(fā)。 論文信息 Crown Ether-Based Ion Transporters in Bilayer Membranes Lei He, Tianlong Zhang, Canhong Zhu, Dr. Tengfei Yan, Prof. Junqiu Liu 文章第一作者為何磊 Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202300044
