冯建东研究员本科最初就读于浙江大学工科试验班, 后选择化学以理学学士毕业, 在瑞士洛桑联邦理工学院取得物理学博士学位 (获得EPFL Doctorate Award, 2016-2017全校所有博士选出2位）, 继续在瑞士洛桑联邦理工学院生物工程所完成博士后工作（获2016 Future leaders in Bioengineering, 年度唯一）。2018年初加入浙江大学化学系, 组建物理生物学与精准测量实验室, 从事相关单分子测量交叉领域研究。
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今年8月11日，Nature在线刊发了冯建东研究员团队的研究文。“Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution”。论文展示了一种水溶液中单分子电化学反应的光学成像。通过一种组合的宽场光学成像和电化学记录系统，监测水溶液中单分子Ru（bpy）32+的ECL反应。直接捕获单个反应的电化学发光的单光子。
图. 单分子ECL成像设置和反应。
就在8月17日，冯建东等又在Journal of the American Chemical Society发表题为“Synthetic Macrocycle Nanopore for Potassium-Selective Transmembrane Transport”为题发表。介绍了一种化学合成大分子扩展的柱芳烃大环（EPM）作为化学定义的跨膜纳米孔，实现K+的选择性跨膜转运。
通讯作者：Aleksei Aksimentiev；冯建东
通讯单位：伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校；浙江大学
生物膜通道可选择性促进离子和水通过细胞膜屏障运输，从而产生和维持跨膜电位。如生物钾通道的选择性可完美地协调K+运输，通过多种机制补偿脱水能量损失。再现生物膜通道的结构和功能，人工仿生纳米孔体系在单纳米孔水平实现显著的钾选择性依然面临挑战。伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校的Aleksei Aksimentiev教授和浙江大学冯建东研究院合作介绍了一种化学合成大分子扩展的柱芳烃大环（EPM）作为化学定义的跨膜纳米孔，表现出选择性跨膜转运。离子电流测量显示单个EPM纳米孔插入脂质双层膜和显着的阳离子类型选择性传输，钾离子选择性是钠离子的21倍。这种高选择性主要得益于大环纳米孔的精确设计（分子几何形状和功能）。这类纳米孔超高灵敏度对于未来探索更大有机大环的研究在DNA和蛋白质传感方面的新应用成为可能。总之，直接化学合为新的合成纳米孔提供了一条途径。
图1. 基于EPM分子的合成纳米孔：（a）EPM纳米孔的3D几何形状。侧链长度：23.0 Å，腔尺寸：6和12 Å；（b）EPM纳米孔的肽侧链修饰过程和肽侧链的结构。绿色：碳原子，红色：氧原子，蓝色：氮原子，白色：氢原子；（c）EPM纳米孔的MALDI-TOF质谱。带有八个侧链的EPM以彩色阴影标记；（d）EPM纳米孔在脂质载体上的冷冻电镜。
图 2.通过单个EPM纳米孔的离子传输的单通道记录：（a）将单个EPM纳米孔逐步掺入脂质双层中；（b）从500 mM KCl中的127个单步掺入获得的通道电导直方图。第一个拟合峰（1x）和第二个拟合峰（2x）的电导分别为99.28±1.95和220.5±4.40 pS。第一个拟合峰的值代表由单个EPM分子形成的纳米孔的电导；（c）单个EPM纳米孔在500 mM KCl中的电流-电压特性；（d）单个EPM纳米孔的电流曲线和归一化电流直方图（右），以及门控行为。由稳定纳米孔生成的电流轨迹的归一化直方图是单峰的。具有门控行为的电流轨迹的归一化直方图是双峰的，表明纳米孔在两种电导状态之间切换。
图3. EPM纳米孔中的钾选择性离子传导：（a）单个EPM纳米孔在1 M KCl和1 MNaCl溶液中的I-V曲线。蓝色：KCl溶液，橙色：NaCl溶液；（b）作为离子浓度函数的EPM纳米孔的选择性。选择性因子是相同浓度下钾电导与钠电导的比值；（c）具有不同浓度梯度的三个实验中的反向电位。插图：在500 mM/100 mM KCl和NaCl溶液中的浓度梯度下获得的I-V曲线。蓝色：KCl溶液，橙色：NaCl溶液；（d）钾离子和钠离子在单个EPM纳米孔中传输的示意图；（e）1 M KCl/1 M NaCl溶液中不对称溶液的I-V曲线；（f）EPM纳米孔在KCl和NaCl溶液的混合物中的离子电流测量。总离子强度为 500mM。
图4. 水和离子通过EPM纳米孔传输的全原子MD模拟：（a）嵌入POPC双层并用1M KCl电解质溶剂化的EPM纳米孔的初始全原子模型的剖视图。通道的收缩区域使用绿色球体显示，而肽侧链以紫色显示。水分子的氧原子使用红色球体显示。K+和Cl-离子使用黄色和青色球体显示，而脂质双层使用粗绿松石线显示。EPM通道的初始配置（顶视图和侧视图）显示在右侧面板中；（b）作为模拟时间的函数，通过EPM通道渗透的水分子数量。阴影区域表示谐波约束应用于EPM纳米孔的所有原子（k1和k2分别为1和0.1 kcal mol-1 Å-2）和仅应用于纳米孔收缩的原子（k3=0.1kcal mol-1 Å-2)；（c）450 ns MD模拟结束时模拟系统的微观配置；（d）计算穿过EPM通道的离子的示意图，显示了浸入一盒水和离子中的EPM纳米孔的典型快照。相应的离子被限制在纳米孔周围的圆柱形区域（半径3 Å）；（e-g）K+、Na+和Cl-离子的自由能（PMF）作为距离EPM通道中心沿z轴的距离的函数，计算出EPM的所有重原子都被约束到任一DFT（e）或晶体（f）结构或仅限制了四个碳原子（橙色）（g）。1. Jinrun Dong, Yuxian Lu, Yang Xu, Fanfan Chen, Jinmei Yang, Yuang Chen, Jiandong Feng, Direct imaging of single-molecule electrochemical reactions in solution, Nature, 2021, https://www.nature.com/articles/s41586-021-03715-9.2. Dan Qiao, Himanshu Joshi, Huangtianzhi Zhu, FushiWang, Yang Xu, Jia Gao, Feihe Huang, Aleksei Aksimentiev, Jiandong Feng, Synthetic Macrocycle Nanopore for Potassium-Selective Transmembrane Transport, J. Am. Chem. Soc. 2021, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04910.
