蛋白质是生命活动的主要物质承担者,在生理过程中发挥着多种多样的作用,如酶的催化作用,激素的调节作用等。但是蛋白质需要在特定部位合成,然后转运到特定的部位发挥作用,其中为了维持正常的基因转录效率,每个核孔每分钟需要转运200个染色质蛋白质分子。因此蛋白质在限域通道内高通量的转运对于维持生命体正常的生理活动十分重要。但是由于细胞核的不稳定性,无法在体外持续性的研究蛋白质的转运过程。因此发展简单稳固且可实现蛋白质高通量传输的模型,仍然存在极大挑战。不同于生物通道,近几年兴起的人工纳米通道,具有稳定的物理性质,且表面的化学性质可以通过各种方式进行修改。因此人工纳米通道为构建简单稳固且可持续调控蛋白质传输的模型提供了良好的材料平台。而近几年人们基于人工纳米通道不仅构建了各种离子响应、分子响应型的功能化纳米通道,并且构建各类功能化的纳米通道用于调控离子传输及分子传输。由于生物大分子蛋白质的尺寸较大,因此其在限域通道中的传输十分艰难。因而,基于人工纳米通道膜材料设计构建功能化通道,实现生物大分子蛋白质高通量的传输是一项有意义且充满挑战的任务。其中的核心问题是如何实现蛋白质在限域通道高通量的传输并实现蛋白质的可控传输。本论文围绕该科学问题主要开展了以下三个研究工作:1.外双锥形通道由于其两端朝外打开的形状,更容易让离子或者分子进入及离开。生命体中比较典型的外双锥形通道有Cl-通道（CLC）、水分子通道以及核孔,而这三种通道分别能够实现Cl-、水分子及蛋白质的高通量转运。因此本论文中用于调控蛋白质传输的人工纳米通道形状均为外双锥形。在第一个工作中,基于核孔的二元结构,在人工外双锥通道的一端组装上L-苯丙氨酸柱[5]芳烃（L-Phe-P[5]）构建二元不对称外双锥通道。之后基于二元不对称通道调控模板蛋白质溶菌酶的传输,并对其传输的通量进行了研究。通过实验结果发现相对于裸孔与全部组装了L-Phe-P[5]的外双锥通道,溶菌酶在二元不对称通道中的传输通量更高,且远高于核孔。溶菌酶在二元不对称通道中的传输通量是全部组装了 L-Phe-P[5]的通道的3.7倍,裸孔的40.4倍,这一结果为二元不对称外双锥通道带来的更多的研究前景。2.在上一章工作中我们成功构建了二元不对称通道,实现了蛋白质在限域通道内高通量的传输。但是无法调控蛋白质在限域通道内的传输,基于此,通过调研发现大肠杆菌中存在一类特殊的蛋白质转运体系-双精氨酸（TAT）转运系统,这个转运系统调控蛋白质的转运,不是依靠ATP水解供能,而是基于膜两侧的质子浓度差。TAT转运系统最重要的是碱性区域中的精氨酸部分,而质子浓度的提高可以使精氨酸质子化,改变膜两侧的电位差,形成更高的膜电位进而驱动蛋白质的转运。受到TAT转运系统的启发,将精氨酸引入到外双锥通道的一端,可构建pH响应型外双锥通道并用于调控蛋白质细胞色素C的传输。pH响应型外双锥通道功能化端在质子浓度增大后会形成较大的离子整流,加快离子在通道内的迁移速度。pH降低至3和2时,氢质子会发生迁移,质子化通道另一端,通道不对称程度降低。通过进一步的研究发现,随着pH响应型外双锥通道一端的pH值从7降低至4,也就是通道一端的不对称程度不断增大时,蛋白质在通道内传输的通量逐渐增大。因此可认为通道在不对称程度与蛋白质传输的通量有关。3.光作为一类快速可控且不会影响到纳米通道内表面化学性质的调控手段,被广泛的应用于调控人工纳米通道内离子传输或者分子传输的研究。在上两章工作中,成功构建的两类功能化外双锥纳米通道无法通过快速转换通道内的化学性质,进而智能的调控蛋白质传输。而且上两个体系所研究的都是体积较小且整体带正电荷的蛋白质,而无法调控体积相对较大并且带负电荷的牛血清蛋白（BSA）在限域通道内传输,因此在这里我们构建了光响应的外双锥通道用于调控BSA的传输。该功能化通道在可见光/紫外光的双重调控下,可以形成多种不同的状态,并就其中四种最主要的状态用于调控BSA的传输进行了研究,发现外双锥通道化学性质不对称时对蛋白质传输的调控作用有类似于二极管的性质,只允许BSA从一端传输到另一端,但是阻碍其反向传输。