理化所仿生光控分子馬達用于跨膜物質傳遞研究獲進展

　　在自然界中，細胞新陳代謝的維持和調節大多是通過跨膜傳遞蛋白來實現，比如，離子通道和離子泵能夠調節細胞內外的離子或者分子的跨膜傳輸。研究學習模仿這些生物機器和生物馬達一直是科學家們追逐的熱點。雖然科學家們制備了不同的人工分子機器和人工納米通道，但是要實現如生物分子機器或者生物分子馬達那樣精細調控的功能，尚存在很大的挑戰。

　　近日，中國科學院理化技術研究所仿生智能界面科學中心研究人員在可控跨膜物質輸運方面取得一系列進展。在前期工作基礎上（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4552-4559；J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 16048-16052），研究人員設計并構筑了人工分子馬達體系，該體系能夠在光驅動下使特定分子在人工納米孔道中實現選擇性傳遞。該工作以Bacteriorhodopsin-Inspired Light-Driven Artificial Molecule Motors for Transmembrane Mass Transportation 為題發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, doi: 10.1002/anie.201809627）上。

　　研究人員在聚合物納米孔孔壁修飾上偶氮苯衍生物分子，發現該體系在紫外光（UV, 365 nm）和可見光（430 nm）同時照射下可以實現將環糊精衍生物選擇性地從膜的一側傳遞到另外一側。傳遞速率能夠達到9.5×106±5.21×105個/秒，超過了大部分生物離子通道（>106個/秒）和分子傳遞載體（~102個/秒）。在該傳遞過程中，偶氮苯分子的疏水性、可逆光反應以及光驅動翻轉-旋轉運動在該體系中扮演了過濾器、攪拌器以及傳送帶的作用，使得環糊精分子能夠選擇性地在孔道中進行快速傳遞。該體系有望應用到藥物傳遞或者分離提純領域。

　　以上研究得到科技部納米科技重點研發計劃項目和國家自然科學基金委杰出青年科學基金項目資助。

受菌視紫紅質啟發的光驅動物質傳遞體系示意圖