包含短碳納米管的離子通道，可以被插入活的細(xì)胞膜以形成小的孔

這些碳納米管“膜孔蛋白”對(duì)于未來健康保健和生物工程具有重要的啟示意義。碳納米管最終將用于將藥物傳輸至體內(nèi)，可以作為新型生物傳感器和DNA測(cè)序應(yīng)用的基礎(chǔ)，且可以被用于合成細(xì)胞的組成部分。

一直以來研究人員都對(duì)研發(fā)生物細(xì)胞膜通道的人工合成類似物非常感興趣，這些人工合成物或可以復(fù)制傳輸粒子和分子的高效率和極度選擇性，后者常見于自然系統(tǒng)里。然而，這些努力總會(huì)面臨人工合成學(xué)里的一些問題，科學(xué)家們似乎永遠(yuǎn)無法完全模擬生物蛋白質(zhì)的性能。

一般來說服用的藥片會(huì)被身體緩慢吸收然后運(yùn)輸至身體各處，但碳納米管有所不同，它能夠確定一個(gè)需要治療的精確區(qū)域而不會(huì)傷害周圍的其它器官。“很多治療一個(gè)器官疾病的高效藥物會(huì)對(duì)其它器官產(chǎn)生毒性，” 帶領(lǐng)進(jìn)行這些研究的文章首席作者、勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的生物物理學(xué)家亞歷山大·諾伊（Aleksandr Noy）這樣說道。“這便是為什么將藥物傳輸至身體特定區(qū)域并只在那里釋放是更好的療法。”這項(xiàng)研究被發(fā)表在10月30日的期刊《自然》上。

勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究小組與勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分子材料部、美國(guó)加州大學(xué)默塞德分校和伯克利分校、西班牙巴斯克國(guó)家大學(xué)的同事利用碳納米管創(chuàng)造了一個(gè)更高效、生物相容的膜孔通道，碳納米管是一個(gè)類似吸管的分子，它包含一個(gè)卷起的石墨烯薄膜。

這項(xiàng)研究顯示盡管碳納米管結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但碳納米管膜孔蛋白具有天然離子通道的很多特征行為：它們能夠自發(fā)的插入細(xì)胞膜，可以在亞穩(wěn)電導(dǎo)態(tài)之間切換，且表現(xiàn)出典型的高分子引發(fā)的阻礙特性。研究小組還發(fā)現(xiàn)，與在生物通道里的情況相似，本地通道和細(xì)胞膜帶電也可以控制碳納米管膜孔蛋白的離子導(dǎo)電性和離子選擇性。

“我們發(fā)現(xiàn)這些納米孔是研發(fā)細(xì)胞界面、研究生物通道里的傳輸以及創(chuàng)造生物傳感器的非常有前景的仿生平臺(tái)，”諾伊說道?！拔覀冋谒伎继技{米管膜孔蛋白或可能是第一個(gè)多功能的人造納米孔，它可以在生物和材料科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛的應(yīng)用。”

“總而言之，我們的發(fā)現(xiàn)確定了碳納米管膜孔蛋白是合成膜通道非常有前景的原型，這些合成膜面對(duì)生物和化學(xué)挑戰(zhàn)具有內(nèi)在的堅(jiān)固性，同時(shí)具有卓越的生物兼容性，這對(duì)于生物納米流體和細(xì)胞界面應(yīng)用具有寶貴的價(jià)值?！毖芯康谝缓献髯髡?、博士后研究員耿佳（Jia Geng）這樣說道。

另一名研究合作者、博士后研究員金勍勛（Kyunghoon Kim）補(bǔ)充說道：“我們還期望可以修改碳納米管膜孔蛋白的合成‘大門’，從而極大的改變它們的選擇性，開啟它們?cè)谌嗽旌铣杉?xì)胞、藥物傳遞和生物傳感方面的新可能性?！逼渌芯孔髡哌€包括勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的拉米亞·土努古塔拉（ Ramya Tunuguntla）、趙康來（Kang Rae Cho）、達(dá)雅納拉·穆尼奧斯（Dayannara Munoz ）和王銀民（Morris Wang）。（編譯/嚴(yán)炎劉星）