生物钾离子通道有一种神奇的特性，它允许尺寸较大的K+ (1.3 Å)以近扩散极限的速率传输，却能严格阻止尺寸较小的Na+透过(1.0 Å)，显示出逆尺寸排斥的选择性(anti-size-exclusion)，K+/Na+选择比超过1000。这一特性成为细胞信号传导与能量转换的基础。长久以来，科学家试图在人工合成的材料体系中模拟这种能力，但结果与生物孔道的特异性离子识别相比，还有非常大的距离。

最近，我校材料科学与工程学院青年教师李继鹏博士，与北京航空航天大学郭维教授、清华大学卢滇楠教授、以及华南理工大学孔宪教授等合作，通过深入挖掘生物钾离子通道选择性滤器(selectivity filter)的精细结构，揭示出一个长期被忽视的特征（图），即生物孔道是利用具有空间螺旋结构的结合位点来实现特异性离子识别，这也是此前从未被仿生体系采用过的新特性。从这一原理出发，研究者创造性地在双层石墨烯埃孔上(angstrom-pore)，用转角羰基环构造了仅有两个原子层厚的旋转结合位点，完全阻止了漏过非特异性的Na+（图），并且发现K+的传输遵从一种由层间水分子介导的双离子传输机制，并提出了下一代受电鳗启发的离子能转换的理论框架。

研究工作发表于《国家科学评论》(National Science Review, IF=20.6)，李继鹏博士和清华大学博士生杜林翰为共同第一作者，海南大学为论文第一完成单位。郭维教授和孔宪教授为通讯作者，加州大学河滨分校吴建中教授提供了计算方法。文章上线发表后，得到人民日报、科学网、美国科学促进会旗下的EurekAlert!，Nanowerk网站，以及中国科学杂志社等主流科学新闻媒体的关注和亮点报道。北京大学王宇钢教授应期刊邀请，以《Evolution of artificial ion channels》(人工离子通道的进化)为题，为本文撰写了亮点评述文章(Research Highlight)。

全文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad260

人民日报报道链接：https://wap.peopleapp.com/article/7259765/7099550

科学网报道链接：https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2023/11/376948.shtm

EurekAlert!报道链接：https://www.eurekalert.org/news-releases/1006443

Nanowerk报道链接：https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63792.php