Synthetic Macrocycle Nanopore for Potassium-Selective Transmembrane Transport

纳米孔 化学 跨膜蛋白 高分子 脂质双层 跨膜通道 纳米技术 离子键合 离子通道 离子 有机化学 生物化学 材料科学 电压门控离子通道 受体
作者
Dan Qiao,Himanshu Joshi,Huangtianzhi Zhu,Fushi Wang,Yang Xu,Jia Gao,Feihe Huang,Aleksei Aksimentiev,Jiandong Feng
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (39): 15975-15983 被引量:62
标识
DOI:10.1021/jacs.1c04910
摘要

Reproducing the structure and function of biological membrane channels, synthetic nanopores have been developed for applications in membrane filtration technologies and biomolecular sensing. Stable stand-alone synthetic nanopores have been created from a variety of materials, including peptides, nucleic acids, synthetic polymers, and solid-state membranes. In contrast to biological nanopores, however, furnishing such synthetic nanopores with an atomically defined shape, including deliberate placement of each and every chemical group, remains a major challenge. Here, we introduce a chemosynthetic macromolecule—extended pillararene macrocycle (EPM)—as a chemically defined transmembrane nanopore that exhibits selective transmembrane transport. Our ionic current measurements reveal stable insertion of individual EPM nanopores into a lipid bilayer membrane and remarkable cation type-selective transport, with up to a 21-fold selectivity for potassium over sodium ions. Taken together, direct chemical synthesis offers a path to de novo design of a new class of synthetic nanopores with custom transport functionality imprinted in their atomically defined chemical structure.
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