在自然界中,細(xì)胞新陳代謝的維持和調(diào)節(jié)大多是通過跨膜傳遞蛋白來實現(xiàn),比如,離子通道和離子泵能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的離子或者分子的跨膜傳輸。研究學(xué)習(xí)模仿這些生物機(jī)器和生物馬達(dá)一直是科學(xué)家們追逐的熱點。雖然科學(xué)家們制備了不同的人工分子機(jī)器和人工納米通道,但是要實現(xiàn)如生物分子機(jī)器或者生物分子馬達(dá)那樣精細(xì)調(diào)控的功能,尚存在很大的挑戰(zhàn)。
近日,中科院理化所仿生智能界面科學(xué)中心研究人員在可控跨膜物質(zhì)輸運(yùn)方面取得一系列進(jìn)展。在前期工作基礎(chǔ)上(J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 4552-4559;J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 16048-16052),研究人員設(shè)計并構(gòu)筑了人工分子馬達(dá)體系,該體系能夠在光驅(qū)動下使特定分子在人工納米孔道中實現(xiàn)選擇性傳遞。該工作以Bacteriorhodopsin-Inspired Light-Driven Artificial Molecule Motors for Transmembrane Mass Transportation為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, doi: 10.1002/anie.201809627)上。
受菌視紫紅質(zhì)啟發(fā)的光驅(qū)動物質(zhì)傳遞體系示意圖
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(fā)現(xiàn)該體系能在紫外光(UV, 365 nm)和可見光(430 nm)同時照射下可以實現(xiàn)將環(huán)糊精衍生物選擇性地從膜的一側(cè)傳遞到另外一側(cè)。傳遞速率能夠達(dá)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(yīng)以及光驅(qū)動翻轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(huán)糊精分子能夠選擇性地在孔道中進(jìn)行快速傳遞。該體系有望于應(yīng)用到藥物傳遞或者分離提純領(lǐng)域。
以上研究得到科技部納米科技重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金委杰出青年科學(xué)基金項目資助。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201809627
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