Исследователи из Китая получили первые наноразмерные искусственные каналы, способные к селективному переносу воды через липидные мембраны. Системы подобного рода могут найти применение в таких областях, как очистка и опреснение воды.

Цзюнь-Ли Ху (Jun-Li Hou) с соавторами из Университета Фудан сконструировали самые маленькие рукотворные водные каналы в мире из одной молекулы пиллар[5]арена (pillar[5]arene) с гидразидсодержащими боковыми цепями.

Внутримолекулярные водородные связи между боковыми цепями способствуют тому, что молекулы воды попадают в полость трубчатой молекулы.

Полученные молекулярные трубы были внедрены в везикулы, такой подход позволил исследователям получить проникающие мембрану каналы для транспортировки воды. Исследователи из группы Ху контролировали перенос воды, управляя процессом осмоса за счет более высокой концентрацией солей внутри везикул – осмотическое давление не дает воде покидать везикулы.

Рис. 1. Кристаллическая структура гидразидсодержащего
пиллар[5]арена. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja3022).

Несмотря на то, что за последнее время исследователи сообщали о молекулах, способных улавливать воду,

до настоящего времени никто еще не продемонстрировал синтетический молекулярный канал, который может служить для переноса молекул воды.

Цюаянг Женг (Huaqiang Zeng) из Национального Университета Сигапура отмечает, что работа Ху представляет собой важный этап в определении полного потенциала молекул-переносчиков воды для их применения в составе фильтрующих мембран и очистки воды.

Питер Крегг (Peter J. Cragg) из Университета Брайтона (Великобритания) отмечает, что паттерн образования водородных связей в системе Ху весьма сильно похож на тип взаимодействий, реализующихся между пептидами в аквапоринах, белках, ответственных за транспорт воды через клеточные мембраны, поэтому исследование таких синтетических молекул позволит лучше понять принцип действия молекулярных каналов биологического происхождения.

Крегг добавляет, что изучение механизма функционирования синтетических трансмембранных молекулярных каналов весьма важно, так как до настоящего времени исследователи практически ничего не знают о том, как управлять работой таких каналов, активируя и дезактивируя перенос малых молекул.

Наблюдение за транспортом ионов и молекул с помощью синтетических трансмембранных молекулярных каналов позволит определить, какие элементы химической структуры ответственны за селективность и управление процессами переноса.

В настоящее время Ху с соавторами работает над модификацией каркаса пиллар[5]арена, которая позволила бы осуществлять более эффектвиный транспорт и более эффективно контролировать процесс транспорта.