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  機(jī)械力敏感離子通道（MS channel）在諸多生命活動(dòng)如觸覺、運(yùn)動(dòng)感知、聽覺、滲透壓調(diào)節(jié)等方面起著至關(guān)重要的作用。Ardem Patapoutian因揭示了MS channel工作機(jī)制分享了2021年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)外力作用于細(xì)胞膜時(shí)，膜的張力變化引起通道蛋白開口變大，從而引起電流的顯著增大。研究發(fā)現(xiàn)，對小鼠壓力蛋白施加26 mbar的壓力可產(chǎn)生5 pA的響應(yīng)電流（A. Patapoutian, et al. Nature 2012, 483, 176）。受生物通道結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制啟發(fā)，人工構(gòu)建仿生機(jī)械力敏感離子通道可以加深對生命活動(dòng)的理解，有助于開發(fā)新型智能材料。目前，在仿生機(jī)械力敏感離子通道人工制備方面，大部分材料屬于剛性材質(zhì)，形變能力有限，需要施加較大作用力才能引起微弱的電化學(xué)信號響應(yīng)，尚未有低模量、高形變并超靈敏仿生離子通道的報(bào)道。

  具體研究思路是：利用含彈性段和離子段的嵌段共聚物——聚異戊二烯-b-聚4-乙烯吡啶（PI-b-P4VP）自組裝形成高密度離子傳輸通道膜。其中，PI段作為連續(xù)相，發(fā)揮力學(xué)傳導(dǎo)作用；P4VP段形成跨膜通道，發(fā)揮了氯離子選擇性傳輸?shù)淖饔谩Ｒ?/span>PI連續(xù)相的模量很小，在小外力下產(chǎn)生大形變，無論施加壓力還是拉力，均會(huì)引起明顯的膜形變，隨之傳導(dǎo)到P4VP通道上，引起通道的形變，繼而引起電化學(xué)信號的變化（圖2所示）。同時(shí)，離子通道具有高密度的特點(diǎn)（面密度高達(dá)10¹⁰ cm^-2），對響應(yīng)電流有放大效應(yīng)。相比其他人工MS channel來說，本工作特色在于首次復(fù)現(xiàn)了天然MS channel的力學(xué)響應(yīng)過程：外力刺激引起膜張力變化，誘發(fā)離子通道的變形，繼而引起電流信號的突變。仿生薄膜不僅具有優(yōu)異的氯離子選擇性，而且能夠在更小的外力刺激下產(chǎn)生更大的響應(yīng)電流。本工作的開展將為理解、研究生物MS channel提供理想模型，同時(shí)為智能納米離子器件的設(shè)計(jì)提供了靈感。

圖2. 機(jī)械力響應(yīng)的氯離子通道在壓力和拉力下的電化學(xué)響應(yīng)信號

  北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士生李超、劉鵬祥為第一作者，高龍成為通訊作者，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院為第一單位。

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07675