Cl⁻是生命体系中主要的渗透性阴离子，其跨膜传输担负着电信号的产生和传导、维持细胞内外的电解质平衡和维持细胞体积等重要的生理功能。功能紊乱的氯离子通道会引起一些严重的离子通道疾病，如囊性纤维化（Cystic Fibrosis）、巴特综合症（Bartter’s syndrome）以及Dent’s 疾病（Dent’s disease）等。近年来，人工离子通道的研究取得了一定的进展，但与天然阴离子通道相比，其阴离子选择性远不如人意，并且其刺激-响应特性也研究的相对较少。开发具有天然离子通道传输特性的人工离子通道对于探究离子转运机制、探索离子通道疾病诊断和治疗方法以及离子传感具有重要意义。

最近，在国家自然科学基金委和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所分子识别与功能院重点实验室王德先研究员团队模仿天然氯离子通道（ClC蛋白）的选择性孔道和过滤器结构，以具有1,3-交替构象和阴离子−π结合位点的四氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪为核心骨架，在其上沿引入缺电性连接臂，在其下沿引入羟基，以及在分子的末端引入pH敏感的L-苯丙氨酸，设计并合成了“沙漏型”人工单分子通道，实现了与天然氯离子通道可比拟的Cl⁻/M⁺选择性和pH响应性。囊泡荧光分析法表明此通道分子具有高的Cl⁻传输活性（EC₅₀ = 0.10 ~ 0.14 mM）。平面脂双层电导测量实验证实该通道分子以通道的机制进行Cl⁻的跨膜传输（电导为13.7 ± 0.4 pS），表现出较高的Cl⁻/K⁺选择性（P_Cl⁻/P_K⁺ = 4.17）和Cl⁻/Br⁻选择性（P_Cl⁻/P_Br⁻ = 66.21），以及pH响应的传输特性：当pH值降低时，电导和Cl⁻选择性均呈现增强的趋势。本研究揭示了中心大环的狭窄空腔、协同的阴离子−π和氢键相互作用以及pH敏感的苯丙氨酸基团对实现上述性能所起的关键作用，为ClC-型人工单分子通道的发展和应用提供了重要思路。相关研究工作近期发表在德国应用化学杂志（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202302198）上。