对细胞来说,天然离子通道蛋白是不可或缺的存在,它在细胞维持自身新陈代谢、同环境进行物质交换等过程中扮演着重要的角色。天然离子通道蛋白是一种能够介导离子跨膜转运的特殊成孔膜蛋白,其多样的功用使得它在生物、医药领域有着广阔的应用前景,遗憾的是,结构复杂、稳定性差且易失活等特点限制了天然离子通道蛋白的应用。超分子化学家们构筑了一系列人工跨膜输送体系来模拟天然离子通道蛋白的结构和功能。经过数十年的发展,利用人工体系已经能够初步重现天然离子通道蛋白的功能。但是,天然离子通道蛋白在跨膜输送过程中表现出的高级功能,如:高选择性和输送效率、刺激-响应性等仍是目前人工跨膜通道领域的研究热点。本论文以天然通道蛋白的结构为原型,利用大环分子为骨架,并在其结构内部引入咪唑基团,构筑一类p H调控的单分子人工跨膜质子通道。本论文的工作主要包括以下部分:在第一部分工作中,我们受天然质子通道M2通道蛋白的核心结构域启发,以α-环糊精为原料,设计合成得到修饰有咪唑基团的α-环糊精衍生物。然后我们再通过将环糊精连接于柱[5]芳烃支架,得到含有两个“过滤器”的管状通道分子。通过在人工体系中重建M2质子通道蛋白的核心结构域,这类管状分子能够实现质子的跨膜转运,并且质子的跨膜输送过程可通过p H进行调控。在第二部分工作中,我们以第一部分的目标分子为基础设计了一种新的单分子管状通道。此种分子相比较上一种含有的“过滤器”要更少,因此这类管状分子展现出了更好的质子传输效率。通过对比两种分子,我们研究了人工离子通道的关键结构域与其跨膜输送性质及生物活性间的构效关系。