近日，ACS旗下著名学术期刊《J. Am. Chem. Soc.》以研究论文形式在线报道了我校科研团队将人工分子机器应用到离子跨膜传输方面的重要研究进展，论文题为“An Artificial Molecular Shuttle Operates in Lipid Bilayers for Ion Transport”（JACS, DOI: 10.1021/jacs.8b09580）。基于审稿人的高度评价，文章被选为Cover Paper。

生物体内存在丰富多样的分子机器，其中一项重要功能是控制体内物质的运输来维系生命体的正常运作，例如转运蛋白对离子及小分子物质的跨膜运输。这些跨膜蛋白功能的失调将会导致一些重大疾病的产生。由于很多天然跨膜蛋白的转运机理尚不明确，因此化学家、生物学家希望构筑人工的合成体系来模拟这些蛋白的结构与功能，从而为研究其运输机理提供简单模型以及为治疗相关疾病提供潜在药物。

受生物分子机器的启发，曲大辉和包春燕教授合作首次提出利用人工合成的分子机器-分子轮烷独特的梭动性质来实现转运蛋白结构与功能的模拟，进行高效、选择性的离子跨膜运输。在前期研究基础上，研究人员成功设计合成出[2]轮烷分子体系，该轮烷分子就像是缆车一样，横跨磷脂双分子层，通过位点间的布朗运动实现离子的被动运输。研究证明轮烷的随机滑动加速了离子跨膜传输，而冠醚识别大环的引入实现了钾离子的选择性运输。虽然人工分子机器实现了很多生物领域的应用，但应用在人工离子跨膜传输领域还是首例。

论文由博士毕业生陈素君和硕士毕业生王一川在包春燕教授，曲大辉教授共同指导下完成，同时获得了田禾院士、朱麟勇教授、龚学庆教授、杨弋教授的大力支持和悉心指导。该研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科技重大专项以及“111”引智计划等资金的支持。