纳米或亚纳米管在分子水平的物质输运、分离和检测方面具有广泛的应用前景，是当前纳米科学和超分子化学研究的前沿热点。自组装有机纳米管是构筑纳米管的一种常见策略，其形成过程是动态的，如何兼顾自组装纳米管的稳定性和动态性是其中的主要挑战之一。

近日，云开体育手机版app卢忠林教授研究团队以六元（间苯乙炔）（m-PE）大环作为构筑模块，通过共价键成功将2~4个m-PE大环串联成二聚体MC-2和四聚体MC-4 （图1），后者通过自组装形成超分子纳米管。这些纳米管可以进一步作为仿生离子通道，对氢离子和钾离子实现跨膜输送。研究表明，由大环四聚体MC-4构筑的氢离子通道和钾离子通道，它们的持续开启时间均可超过一分钟，展现出了良好的通道稳定性。

图1 六元（间苯乙炔）大环单体以及由肽链连接的大环二聚体和四聚体的结构

这项工作中采用了模块化合成的策略，在m-PE大环（MC-1）外侧引入β-丙氨酸残基，通过β-丙氨酸残基的偶联反应，制备出寡聚β-丙氨酸衍生物，同时实现m-PE大环的共价连接，为有效构建长度可控的有机纳米管提供了一种可靠的策略。

通过核磁共振氢谱、紫外-可见光光谱、圆二色谱以及荧光光谱法等实验，研究了这些大环分子形成自组装纳米管的倾向性和稳定性差异。结果表明，相比于二聚体MC-2和单体MC-1的自组装，四聚体MC-4的组装体表现出更强的稳定性。平面脂双层离子通道实验显示，四聚体MC-4形成的离子通道，对氢离子的持续通导时间能够长达约二分钟，比早期发展的m-PE大环自组装通道的持续开启时间增加了约两个数量级（图2）。研究发现，减少形成跨膜通道所需的构筑模块数量，有助于降低自组装过程中不利的熵效应，使得大环更容易通过堆积形成纳米管道。

图2 大环单体、二聚体和四聚体在平面脂质体双分子层氢离子传输实验及组装示意图

该工作以“Covalently Linked Hexakis(m-Phenylene Ethynylene) Macrocycles as Molecular Nanotubes”为题，被《德国应用化学》(《Angew. Chem. Int. Ed.》) 杂志接收发表(https://doi.org/10.1002/anie.202303242)。学院是该工作第一单位，论文第一作者是博士生吴成岩，卢忠林教授和刘睿副教授是共同通讯作者。相关工作得到了国家自然科学基金(91227109，21778012, 21801020 )和学院的资助。