馮建東研究員本科最初就讀于浙江大學工科試驗班, 后選擇化學以理學學士畢業(yè), 在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院取得物理學博士學位 (獲得EPFL Doctorate Award, 2016-2017全校所有博士選出2位）, 繼續(xù)在瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院生物工程所完成博士后工作（獲2016 Future leaders in Bioengineering, 年度唯一）。2018年初加入浙江大學化學系, 組建物理生物學與精準測量實驗室, 從事相關單分子測量交叉領域研究。
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今年8月11日，Nature在線刊發(fā)了馮建東研究員團隊的研究文。“Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution”。論文展示了一種水溶液中單分子電化學反應的光學成像。通過一種組合的寬場光學成像和電化學記錄系統(tǒng)，監(jiān)測水溶液中單分子Ru（bpy）32+的ECL反應。直接捕獲單個反應的電化學發(fā)光的單光子。圖. 單分子ECL成像設置和反應。就在8月17日，馮建東等又在Journal of the American Chemical Society發(fā)表題為“Synthetic Macrocycle Nanopore for Potassium-Selective Transmembrane Transport”為題發(fā)表。介紹了一種化學合成大分子擴展的柱芳烴大環(huán)（EPM）作為化學定義的跨膜納米孔，實現(xiàn)K+的選擇性跨膜轉運。通訊作者：Aleksei Aksimentiev；馮建東
通訊單位：伊利諾伊大學厄巴納香檳分校；浙江大學
生物膜通道可選擇性促進離子和水通過細胞膜屏障運輸，從而產(chǎn)生和維持跨膜電位。如生物鉀通道的選擇性可完美地協(xié)調K+運輸，通過多種機制補償脫水能量損失。再現(xiàn)生物膜通道的結構和功能，人工仿生納米孔體系在單納米孔水平實現(xiàn)顯著的鉀選擇性依然面臨挑戰(zhàn)。伊利諾伊大學厄巴納香檳分校的Aleksei Aksimentiev教授和浙江大學馮建東研究院合作介紹了一種化學合成大分子擴展的柱芳烴大環(huán)（EPM）作為化學定義的跨膜納米孔，表現(xiàn)出選擇性跨膜轉運。離子電流測量顯示單個EPM納米孔插入脂質雙層膜和顯著的陽離子類型選擇性傳輸，鉀離子選擇性是鈉離子的21倍。這種高選擇性主要得益于大環(huán)納米孔的精確設計（分子幾何形狀和功能）。這類納米孔超高靈敏度對于未來探索更大有機大環(huán)的研究在DNA和蛋白質傳感方面的新應用成為可能。總之，直接化學合為新的合成納米孔提供了一條途徑。圖1. 基于EPM分子的合成納米孔：（a）EPM納米孔的3D幾何形狀。側鏈長度：23.0 ?，腔尺寸：6和12 ?；（b）EPM納米孔的肽側鏈修飾過程和肽側鏈的結構。綠色：碳原子，紅色：氧原子，藍色：氮原子，白色：氫原子；（c）EPM納米孔的MALDI-TOF質譜。帶有八個側鏈的EPM以彩色陰影標記；（d）EPM納米孔在脂質載體上的冷凍電鏡。
圖 2.通過單個EPM納米孔的離子傳輸?shù)膯瓮ǖ烙涗洠海╝）將單個EPM納米孔逐步摻入脂質雙層中；（b）從500 mM KCl中的127個單步摻入獲得的通道電導直方圖。第一個擬合峰（1x）和第二個擬合峰（2x）的電導分別為99.28±1.95和220.5±4.40 pS。第一個擬合峰的值代表由單個EPM分子形成的納米孔的電導；（c）單個EPM納米孔在500 mM KCl中的電流-電壓特性；（d）單個EPM納米孔的電流曲線和歸一化電流直方圖（右），以及門控行為。由穩(wěn)定納米孔生成的電流軌跡的歸一化直方圖是單峰的。具有門控行為的電流軌跡的歸一化直方圖是雙峰的，表明納米孔在兩種電導狀態(tài)之間切換。
圖3. EPM納米孔中的鉀選擇性離子傳導：（a）單個EPM納米孔在1 M KCl和1 MNaCl溶液中的I-V曲線。藍色：KCl溶液，橙色：NaCl溶液；（b）作為離子濃度函數(shù)的EPM納米孔的選擇性。選擇性因子是相同濃度下鉀電導與鈉電導的比值；（c）具有不同濃度梯度的三個實驗中的反向電位。插圖：在500 mM/100 mM KCl和NaCl溶液中的濃度梯度下獲得的I-V曲線。藍色：KCl溶液，橙色：NaCl溶液；（d）鉀離子和鈉離子在單個EPM納米孔中傳輸?shù)氖疽鈭D；（e）1 M KCl/1 M NaCl溶液中不對稱溶液的I-V曲線；（f）EPM納米孔在KCl和NaCl溶液的混合物中的離子電流測量?？傠x子強度為 500mM。
圖4. 水和離子通過EPM納米孔傳輸?shù)娜覯D模擬：（a）嵌入POPC雙層并用1M KCl電解質溶劑化的EPM納米孔的初始全原子模型的剖視圖。通道的收縮區(qū)域使用綠色球體顯示，而肽側鏈以紫色顯示。水分子的氧原子使用紅色球體顯示。K+和Cl-離子使用黃色和青色球體顯示，而脂質雙層使用粗綠松石線顯示。EPM通道的初始配置（頂視圖和側視圖）顯示在右側面板中；（b）作為模擬時間的函數(shù)，通過EPM通道滲透的水分子數(shù)量。陰影區(qū)域表示諧波約束應用于EPM納米孔的所有原子（k1和k2分別為1和0.1 kcal mol-1 ?-2）和僅應用于納米孔收縮的原子（k3=0.1kcal mol-1 ?-2)；（c）450 ns MD模擬結束時模擬系統(tǒng)的微觀配置；（d）計算穿過EPM通道的離子的示意圖，顯示了浸入一盒水和離子中的EPM納米孔的典型快照。相應的離子被限制在納米孔周圍的圓柱形區(qū)域（半徑3 ?）；（e-g）K+、Na+和Cl-離子的自由能（PMF）作為距離EPM通道中心沿z軸的距離的函數(shù)，計算出EPM的所有重原子都被約束到任一DFT（e）或晶體（f）結構或僅限制了四個碳原子（橙色）（g）。
1. Jinrun Dong, Yuxian Lu, Yang Xu, Fanfan Chen, Jinmei Yang, Yuang Chen, Jiandong Feng, Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution, Nature, 2021, https://www.nature.com/articles/s41586-021-03715-9.2. Dan Qiao, Himanshu Joshi, Huangtianzhi Zhu, FushiWang, Yang Xu, Jia Gao, Feihe Huang, Aleksei Aksimentiev, Jiandong Feng, Synthetic Macrocycle Nanopore for Potassium-Selective Transmembrane Transport, J. Am. Chem. Soc. 2021, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04910.
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