在构筑与细胞膜约3纳米厚度的疏水区间相匹配的跨膜输运体方面，聚合物因其分子易于合成及修饰展现出了得天独厚的优势。因此，利用聚合物构筑人工跨膜离子通道成为了近年来新兴研究方向之一。当前利用聚合物构筑人工跨膜输运的研究仍然较为稀缺，特别是基于聚合物的人工锂离子通道体系非常罕见，开发高效且高选择性人工锂离子通道机遇与挑战共存。
固有微孔聚合物（Polymers of Intrinsic Microporosity, PIMs）是一类具有高自由体积特性的刚性非晶多孔有机聚合物，其独特的孔结构主要源自分子自身的刚性和非平面扭曲构型，目前已在气体分离、电池能源等领域显示出了极大的应用潜力。而在离子跨膜通道等仿生材料领域，关于PIMs的应用尚无相应的研究报道。
近日，福州大学曾华强教授课题组在人工锂离子通道的研究领域取得重要进展。作者通过一锅法反应，开发出一类基于PIM-PI的高效（γLi+ > 40 pS）和高选择性（Li+/Na+和Li+/K+的选择性均超过10倍）。
通过控制起始反应温度的不同和后处理中重结晶的次数，可获得两类离子通道（An和Bn, n = 1-3），对锂离子展现显著不同的输运性能。
基于DOPC磷脂的荧光囊泡实验显示，相对于An系列，由较低的起始反应温度（60 °C）所制备的An系列具有较高的锂离子输运活性，但其选择性较低。随着重结晶次数的增加，高分子量An和Bn在得到逐步富集的同时，输运活性均得到了极大的提升。
作者随后利用平面脂双层膜片钳仪器对A3，B3在单分子层面的锂离子输运能力进行了进一步的探索。数据显示，两种聚合物通道对锂离子的传导率均超过了40 pS，且B3的Li+/Na+和Li+/K+的选择性均超过了10。
综上所述，曾华强课题组基于PIMs材料构筑了一类高效、高选择性跨膜传输锂离子的人工锂离子通道分子，在发展了一类新型人工聚合物阳离子跨膜通道的同时，极大地拓展了PIMs类材料的应用范畴，为PIMs仿生膜材料的开发提供新的研究思路与借鉴。
论文信息
Artificial Lithium Channels Built from Polymers with Intrinsic Microporosity
Dr. Fei Gou, Qiuting Wang, Zihong Yang, Dr. Wenju Chang, Prof. Dr. Jie Shen, Prof. Dr. Huaqiang Zeng
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202418304
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Angewandte Chemie International Edition
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