生物系统内的质子传输通道是指细胞或生物膜中用于传输质子（H⁺）的特定结构或分子通道，在生物体的能量代谢、信号传导和离子平衡等过程中发挥着重要作用。生物质子传输通道通常由蛋白质构成，蛋白质通过特定氨基酸残基折叠形成空腔结构，腔体内富含裸露的羧酸基团等亲水官能团。这些裸露的羧酸基团可同时作为质子的供体和受体，充当质子传递的中继站，促进质子的快速跳跃传导。人工模拟此类结构在生物传感和生物医学领域具有重要应用价值，但其理性设计仍面临巨大挑战。

氢键有机框架（HOFs）材料因其结构可设计性较强，同时结构中包含丰富的质子源，是人工模拟质子通道的理想候选材料。然而，在目前已报道的绝大多数HOF中，可提供或接受质子的基团通常用于连接单体分子，搭建和稳定框架。这就使得质子通常被固定在两个单体分子之间的氢键中，限制了其在质子传导过程中的可用性。后合成修饰策略可能是解决上述问题的一个可行方案，但目前在HOFs中尚未实现。

基于此，中国科学院福建物质结构研究所刘天赋和徐刚课题组合作，首次将后合成策略应用到HOFs中，通过此策略成功在HOFs中完成仿生质子传输通道的构建。具体来说，他们从琥珀酰亚胺介导的非酶脱酰胺反应出发，将包含亚胺类化合物先组装成有序的框架（PFC-49），之后借助水诱导脱酰胺反应这一后合成过程，在框架中制造大量可用于质子转移的裸露羧酸，羧酸形成的过程中框架结构也发生了变化（从PFC-49变成PFC-50）。在此基础上，PFC-50暴露在孔道中的羧酸基团能进一步稳定其周围的水分子，最终形成连续的类似于在生物体细胞色素C氧化酶中观察到的质子传导通道结构。

过程中涉及到的PFC-49和PFC-50的结构以及中间体均通过单晶X射线衍射精确表征，并借助理论计算分析了结构转变机制。

仿生质子通道的成功构建使得材料的质子传导率显著提升，在75%相对湿度和25 ℃条件下，PFC-50的质子传导率相比于PFC-49提升了三个数量级。这项工作为仿生质子传导通道的设计构建以及HOFs材料的后合成和功能化提供了新的思路。

Constructing Biomimetic Channels in Hydrogen-Bonded Organic Framework via Post-Synthesis for Enhanced Proton Conductivity

Yu-Lin Li, Jiang-Feng Lu, Qi Yin, Lei Cai, Hui-Jie Jiang, Chen Liu, Gang Xu,  Tian-Fu Liu

文章的第一作者是中国科学院福建物质结构研究所的博士研究生李玉麟和博士后卢江封。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202504396