据《科学日报》报道，由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家领导的研究团队成功创建了一种包含短碳纳米管的离子通道，该通道可插入合成磷脂双分子层或活细胞膜，形成微小孔道，用于传输水、质子、小型离子和DNA。

这些碳纳米管“膜孔蛋白”对未来医疗保健和生物工程具有重要意义。碳纳米管最终可用于将药物输送至体内，作为新型生物传感器和DNA测序应用的基础，并可用于合成细胞的组成部分。

研究人员一直对开发生物细胞膜通道的人工合成类似物感兴趣，这些人工合成物可以复制自然系统中高效且高度选择性的粒子与分子传输。然而，这些努力常面临人工合成学问题，科学家似乎无法完全模拟生物蛋白质的性能。

通常，口服药物会被身体缓慢吸收并运输至全身，但碳纳米管不同，它能精确定位需要治疗的区域，而不伤害周围器官。“许多治疗某一器官疾病的高效药物会对其他器官产生毒性，”该研究首席作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室的生物物理学家亚历山大·诺伊（Aleksandr Noy）说，“因此，将药物输送至身体特定区域并仅在那里释放是更好的疗法。”该研究发表在10月30日的《自然》期刊上。

研究小组与劳伦斯伯克利国家实验室分子材料部、加州大学默塞德分校和伯克利分校、西班牙巴斯克国家大学的同事合作，利用碳纳米管创建了更高效、生物相容的膜孔通道。碳纳米管是一种类似吸管的分子，包含卷起的石墨烯薄膜。

研究表明，尽管碳纳米管结构相对简单，但碳纳米管膜孔蛋白具有天然离子通道的许多特征行为：它们能自发插入细胞膜，在亚稳电导态之间切换，并表现出典型的高分子引发的阻碍特性。研究小组还发现，与生物通道类似，本地通道和细胞膜带电也可控制碳纳米管膜孔蛋白的离子导电性和选择性。

“我们发现这些纳米孔是研发细胞界面、研究生物通道传输以及创造生物传感器的非常有前景的仿生平台，”诺伊说，“我们正在思考碳纳米管膜孔蛋白可能是第一个多功能的人造纳米孔，可在生物和材料科学领域产生广泛应用。”

“总之，我们的发现确定了碳纳米管膜孔蛋白是合成膜通道非常有前景的原型，这些合成膜面对生物和化学挑战具有内在坚固性，同时具有卓越的生物兼容性，这对生物纳米流体和细胞界面应用具有宝贵价值。”研究第一合作作者、博士后研究员贾更（Jia Geng）说。

另一名研究合作者、博士后研究员金庆勋（Kyunghoon Kim）补充说：“我们还期望可以修改碳纳米管膜孔蛋白的合成‘大门’，从而极大改变其选择性，开启在人造合成细胞、药物传递和生物传感方面的新可能性。”其他研究作者还包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室的拉米亚·土努古塔拉（Ramya Tunuguntla）、康雷祖（Kang Rae Cho）、达雅纳拉·穆尼奥斯（Dayannara Munoz）和莫里斯·王（Morris Wang）。