曾华强教授团队新突破：亚胺环蕃自组装实现水分子高效选择性传输

近日，我院曾华强教授团队在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上在线发表了题为 “Imide Cyclophane Assemblies Enable Aquaporin-Like Water Transport” 的原创性研究成果。该研究基于亚胺环蕃分子自组装，成功构建了一类高性能人工水通道，在仿生水传输领域取得了重要突破。

天然水通道蛋白（AQP1）能够实现超快的水分子跨膜传输，同时完全排除包括质子在类的离子。近年来，虽有少数聚合物基人工体系在通量上超越了天然蛋白，但基于小分子自组装的通道仍普遍受限于较低的传输速率，渗透性与选择性难以兼得的矛盾依然是领域内的核心挑战。针对这一难题，研究团队提出了一种基于刚性大环分子自组装的构筑策略。所设计的[2+2]环蕃分子拥有精确匹配水分子动力学直径的刚性空腔（3.5 Å × 6.3 Å），通过分子间氢键驱动，四个环蕃分子在磷脂膜内自发堆叠，形成跨膜通道。

实验结果表明，该组装体实现了高达3.9 × 10⁹ H₂O/s的单通道水分子传输速率，相当于天然AQP1的36%，是目前报道的性能最优的小分子自组装人工水通道之一。更重要的是，得益于与AQP1选择性过滤器尺寸高度相近的刚性限域孔道，该通道展现出完美的离子排斥性能，能够完全阻隔Na⁺、K⁺以及质子的跨膜通过。分子动力学模拟进一步揭示了其“多水分子协同传输”机制，并阐释了通道内特定水分子构型作为“质子线断裂器”阻断质子跳跃传递的分子基础。

该工作首次将亚胺大环化学引入人工水通道领域，通过“自下而上”的超分子策略精准模拟了天然水通道蛋白的关键结构特征与核心功能。这一突破性进展不仅为高性能仿生分离膜的设计提供了全新思路，有望推动海水淡化、水净化等领域的膜技术革新；同时，该通道材料在调控细胞水通透性方面的潜力，也为膜修复材料和通道病治疗等生物医学应用开辟了新方向。

福州大学化学学院为第一完成单位，曾华强教授为通讯作者，硕士研究生徐影雪为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省“雏鹰计划”青年拔尖人才项目以及福州大学启动基金的资助。

论文信息：Yingxue Xu, Hongshen Lin, Linfeng Chen, Wenju Chang, Lipeng He, Jie Shen, Fan Xia and Huaqiang Zeng*. Imide Cyclophane Assemblies Enable Aquaporin-Like Water Transport. Angew. Chem. Int. Ed. 2026, DOI: 10.1002/anie.4052926.