曾华强沈杰课题组在实现钾离子的高效高选择跨膜传输取得新进展

近日，我院曾华强教授/沈杰研究员团队在Angew. Chem. Int. Ed. 期刊上在线发表了题为 “Flexible Crown-Ether Polyimides Break the K⁺/Na⁺ Selectivity Barrier in Artificial K⁺ Channels” 的原创性研究成果。该研究基于冠醚修饰的聚酰亚胺，成功突破了现有人工K⁺离子通道的选择性极限，实现了K⁺的高效高选择跨膜传输。

天然钾离子通道（如KcsA）具有极高的钾离子/钠离子选择性（>1000），而现有仿生体系的最高选择性仅为41.3，二者性能差距显著。为缩小这一差距，我们设计了一种模块化结构，其包含三个可调节组分：柔性的脂肪族聚酰亚胺（PI）主链、长度可调的烷基连接体以及用于离子结合与输运的18-冠-6单元。柔性PI骨架与磷脂膜具有良好的结构兼容性，通过调节连接体长度能够精确控制冠醚的构象与空间排列，从而实现了高效且高选择性的钾离子传输。在合成的四种聚合物通道中，三种表现出高钾离子电导（36.8–47.0 pS），为Gramicidin A（23.2 pS）的两倍以上，且钾/钠选择性均超过100。尤为突出的是，采用最长烷基链（C₁₆H₃₃）修饰的通道实现了153.2倍的超高钾/钠选择性。这一兼具超高选择性与出色电导的协同特性，不仅为人工钾离子通道设立了全新的性能标杆，也为仿生膜技术、通道靶向疗法及高灵敏度生物传感器的发展，提供了极具潜力的多功能平台。

福州大学化学学院沈杰研究员和曾华强教授为通讯作者，福州大学化学学院苟飞博士后为第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才项目和福州大学启动基金的资助。同时，特别感谢化学学院测试中心陈艺全老师在电镜测试上的鼎力相助。

论文信息Fei Gou, Yilin Yao, Qiuting Wang, Qingyan Liu, Fuzhen Zheng, Wenju Chang, Jie Shen* and Huaqiang Zeng*. Flexible Crown-Ether Polyimides Break the K⁺/Na⁺ Selectivity Barrier in Artificial K⁺ Channels. Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202520146. DOI: 10.1002/anie.202520146