天然离子转运蛋白是一种膜结合蛋白,其在细胞膜上发挥转运离子或分子的功能。这些蛋白质在许多的生理学过程中起着非常重要的作用,例如:突触可塑性、神经元增殖和分化、肌肉控制、激素分泌的调节、电兴奋性和pH值的调控、维持渗透平衡、在神经系统中传递信息、细胞间通讯、维持生物体内的细胞体积等。这些转运蛋白一旦出现功能障碍,就会导致一系列疾病,如Bartter综合症、Gitelman综合症、耳聋、癫痫、肾小管酸中毒、甲状腺疾病、囊性纤维化和失明等。近年来,大量的研究工作致力于开发转运蛋白的替代疗法,以缓解由这些缺陷蛋白引起的通道病症状。因此,人们对能够合成模拟天然离子转运体功能的稳定的人工离子转运蛋白越来越感兴趣。模拟天然转运蛋白离子的选择性合成离子通道已被应用于生物传感器、离子器件和治疗剂等领域。合成的人工离子通道也可以作为模型系统来解释生物体内天然离子通道的传输机制。在现阶段人工离子转运系统中,基于大环的离子通道展现出了良好的性能,因为它具有容纳特定离子的空腔,并且其结构的简单性可以提供对脂质双层中的输运系统更精确的操作。因此,我们将讨论通过单分子通道传输离子的基于大环的离子通道。本论文的工作主要包括以下两个部分:在第一部分工作中,我们以6-叠氮-α-环糊精为骨架分子,通过click反应将含有单叠氮基团的α-环糊精与具有α-螺旋的肽链以共价键的方式连接起来,多重碱性氨基酸残基在孔道内部形成正电性微环境,通过静电相互作用使阴离子能够进入孔道,并进一步的与孔道内壁上的氨基酸残基结合。通过荧光实验和膜片钳实验证明了合成的通道分子是一类结构稳定、选择性及跨膜转运效率高的阴离子人工跨膜通道。在第二部分工作中,我们以官能团化的柱[6]芳烃—α-环糊精为骨架,以共价键的方式将柱[6]芳烃衍生物与α-环糊精（α-CD）衍生物通过click反应连接起来,形成中间是柱芳烃两端是环糊精的单分子结构。随后氧化分子内的多个巯基生成二硫键,从而得到更加刚性、稳定的管状结构。由于二硫键与巯基之间的转换具有氧化-还原响应性,因此这类管状分子的构象应能通过氧化-还原调节形成具有氧化-还原响应性的人工跨膜通道。