人类对电化学能源的利用，起步于在组织层面对电鳗、电鳐等强生物电体系的仿生。

北京航空航天大学郭维教授团队与合作者受电鳗启发，利用一种具有空间螺旋结构的结合位点的巧妙设计，首次报道了 K /Na 选择比逾 1000 的人工钾离子通道。在此基础上，提出一种基于钾离子特异性输运的渗透能转换方式。

图丨郭维（来源：郭维）

近日，相关论文以《设计完美 K /Na 选择性的人工离子通道，和下一代受电鳗启发的渗透能发电》（Designing Artificial Ion Channels with Strict K /Na Selectivity toward the-Next-generation Electric-eel-mimetic Ionic Power Generation）为题发表于 National Science Review[1]。

海南大学李继鹏博士、清华大学杜林翰博士为论文共同第一作者，郭维教授和华南理工大学孔宪教授为论文共同通讯作者。

图丨相关论文（来源：National Science Review）

用简单的物理模型回答生物学的问题

1998 年，诺贝尔化学奖颁予钾离子通道技术。从 2005 年开始，郭维就将生物钾离子通道的蛋白质结构图贴在桌前，然后每天“看图思考”。疫情中的一天，他突然冒出一个想法：这个氨基酸链“拧”成结构的结合位点不像人为设计的，它是否有些独特的作用？

大概一个月后，课题组成员通过计算机实验惊喜地发现，只有钾离子能够在这个“扭转”的结构下无阻力地，而钠离子则完全不能透过。“我们相当于用一个简单的物理模型，展示了生物体系结构特性的原理。”郭维表示。

那么，从物理学的角度，这个结构是如何将它们完全阻断的呢？他们发现了一直以来未被重视的特征，即生物孔道通过具备空间螺旋结构的结合位点，来识别特异性离子。