通道蛋白跨膜转运离子是生命体系的关键过程之一。利用人工体系模拟这一过程不仅有助于透过复杂生命现象探究离子高效传输的本质规律，还有望克服天然通道蛋白稳定性差、产率低、成本高等限制，在生物医药、传感和膜分离等领域实现应用。然而，现有人工离子通道设计大多基于小分子，由于缺少模型方面的突破，基于聚合物的人工跨膜离子通道发展仍然较为缓慢。

华南理工大学郎超教授团队利用刷状聚合物开发了一种新型的人工离子通道模型。该模型巧妙地利用刷状聚合物伸展链构象，通过在“刷子”侧链上引入离子结合位点，基于“离子跳跃”机制实现跨膜传输。刷状聚合物离子通道显示出了优异的离子传输活性和选择性，为人工离子通道的设计和开发提供了新的模型和方向。华南理工大学孔宪教授为本工作的完成提供了理论模拟的支持。

在这项研究中，作者通过结合原子转移自由基聚合（ATRP）和开环易位聚合（ROMP）两种活性聚合方法，成功合成出了一系列具有窄分布、清晰结构的两亲性嵌段刷状聚合物。“Grafting-through”聚合策略的采用可以确保100%的接枝率，而活性聚合的使用也保证了对通道尺寸较为精准的控制。为了系统性地探究结构对离子传输活性的影响，作者合成了一系列结构参数不同的刷状聚合物，包括不同的离子结合位点类型、亲疏水比例以及嵌段序列和结构等。

作者发现，刷状聚合物通道在体外的磷脂仿细胞模型中表现出了良好的离子传输活性，且传输活性高于线性聚合物，证明了拓扑结构会影响离子通道的活性。作者还利用巨型单层磷脂囊泡（GUVs）直接在荧光显微镜下对离子传输过程进行了成像观察。作者通过调整刷状聚合物的亲疏水比例以及嵌段序列，研究了刷状聚合物结构尺寸对通道活性的影响。结果显示，具备“亲水-疏水-亲水”三嵌段结构的刷状聚合物通道表现出最高活性，这主要归因于该结构与磷脂双分子层的结构匹配度更好。此外，作者还发现，改变刷状聚合物离子结合位点的化学特性也会影响离子传输，离子结合常数越大，传输活性也越高。

以脲基作为离子结合位点，本工作得到的刷状聚合物通道表现出了显著的阴离子选择性。利用平面脂双层（BLM）技术，作者通过离子通道在单分子水平产生的离子电流得到了通道的阴阳离子（Cl^-/Na⁺）选择比为8.1。这些研究成果证明基于刷状聚合物构建人工离子通道是一种有效的策略，也为仿生分离膜、传感器以及生物医药等领域的应用提供了潜在的新型分子工具。