跨膜离子通道在细胞信号转导、物质传递、能量转换等生命过程中发挥着关键作用,是人工仿生材料设计的一个重要目标。虽然越来越多的功能材料被设计为纳米通道用于模拟膜通道蛋白功能,但是发展选择性仿生纳米通道用于离子可控跨膜传输仍是一项重大的挑战。G-四聚体是富含G碱基的DNA链,具有结构和功能多样化的特点,G-四聚体结构中心是一个中空的腔室,可以作为钾离子（K+）特异性识别通道进行离子的可控传输,其在设计为刺激响应的仿生离子通道、生物传感、药物递送、信息传递等方面具有很大的潜力。基于此,本论文对于G-四聚体进行亲脂性修饰,构建了基于G-四聚体的门控金属离子跨膜通道,用于调控其选择性跨膜传输,并发展肿瘤细胞的杀伤应用研究。主要研究内容简述如下:一、构建了基于亲脂性G-四聚体的跨膜通道开关,调控钾离子的跨膜传输在G-四聚体单链DNA上修饰胆固醇和碳十二长链,构建了亲脂性的G-四聚体跨膜通道,实现了K+的选择性跨膜传输。采用紫外可见吸收光谱、圆二色谱、质谱等对离子介导的G-四聚体形成进行了表征,结果表明K+作用下形成的亲脂性G-四聚体具有平行构象。激光共聚焦实验证实亲脂性修饰促进了G-四聚体的膜嵌入。荧光囊泡膜转运实验表明G-四聚体对K+等碱金属离子具有传输选择特性,K+的传输速率常数为k=（13.9±3.9）×10-3 s-1,EC50值（EC50值是指达到K+最大传输速率一半时所需的有效通道浓度）为0.42μM。此外,基于亲脂性G-四聚体对Cd2+/L-半胱氨酸的可逆响应与构象变化,建立了具有开关响应特性的离子通道,实现了K+的跨膜开关调控。这一工作基于单链DNA纳米结构发展了一种门控仿生离子通道,在生物传感和诊疗技术中有着潜在的应用前景。二、构建了不同构象异构体的G-四聚体跨膜通道,实现不同离子的选择性传输富含G碱基的序列在Pb2+和K+作用下能够分别形成反平行和平行两种不同构象的四聚体结构,基于这一特性,我们构建了不同构象异构体的G-四聚体跨膜通道,实现了不同离子的选择性跨膜传输。亲脂性修饰的富含G碱基的PS2.M单链也能与Pb2+和K+相互作用分别形成反平行和平行构象的G-四聚体。荧光共振能量转移实验证明了G-四聚体能够固定在磷脂膜上,其构象不再改变。8-羟基吲哚-1,3,6-三磺酸三钠（HPTS）离子跨膜传输实验表明,反平行构象的G-四聚体通道可以高选择性跨膜传输Pb2+（EC50=1.55μM）,其传输速率是K+的30.6倍;类似地,平行构象的G-四聚体纳米通道可以高选择性跨膜传输K+（EC50=0.56μM）,其传输速率是Pb2+的31.8倍。这一工作构建了不同构象异构体的G-四聚体仿生跨膜通道,实现了不同离子的选择性跨膜传输。三、构建了偶氮苯修饰的G-四聚体跨膜通道,实现光控响应的离子传输利用偶氮苯的光控构象变换调控G-四聚体的形成,构建了光控的G-四聚体跨膜通道,实现了离子的光控响应传输。圆二色谱和紫外光谱证实,可见光/紫外光的交替照射能够调控偶氮苯修饰的富含G碱基的DNA单链（Azo G4）形成分子间G-四聚体或使其解离。HPTS跨膜传输实验表明可见光调控的分子间G-四聚体能够促进K+的跨膜传输,并且K+的跨膜传输速率依赖于载体的浓度;而紫外光照射后的G-四聚体对K+几乎没有传输活性。接着,将四聚体通道进一步修饰在U-型流通池中,流通池实验结果证明可见光调控的G-四聚体对K+的跨膜传输速率为（0.26±0.02）n M·s-1,其传输速率是紫外光照射下的3.3倍。这一工作提供了一种基于光调控的G-四聚体跨膜通道构建方法,并选择性传输K+的新手段,有望在生物传感、药物释放、临床检测、DNA纳米机器等方面得到应用。四、构建了负载光敏剂的G-四聚体跨膜通道脂质体,用于诱导细胞凋亡将sgc8c核酸适配体修饰在亲脂性G-四聚体上,并负载光敏剂二氢卟吩（Ce6）后,组装在脂质体的磷脂膜上,构建了G-四聚体跨膜通道脂质体。凝胶电泳和质谱结果表明sgc8c被修饰在G-四聚体上。HPTS跨膜传输实验表明G-四聚体对K+具有高选择性和高传输活性,其EC50值为4.28μM。G-四聚体跨膜通道脂质体能够有效靶向CCRF-CEM细胞（人白血病T淋巴细胞）,并促进离子通道在细胞膜上的融合。融合后,G-四聚体跨膜通道促进细胞内的钾离子泵出,破坏了细胞内外的钾离子平衡;与此同时,近红外光照射细胞触发光敏剂Ce6产生单线态氧并损伤细胞膜结构。在以上两种机制的联合作用下,实现了对目标细胞的高效杀伤。本工作提出了一种离子通道联合光敏剂的肿瘤细胞靶向杀伤机制,在临床诊疗等领域有着潜在的应用前景。