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》（DesigningArtificialIonChannelswithStrictK+/Na+Selectivitytowardthe-Next-generationElectric-eel-mimeticIonicPowerGeneration）为题发表于NationalScienceReview[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：NationalScienceReview）
用简单的物理模型回答生物学的问题
年，诺贝尔化学奖颁予钾离子通道技术。从年开始，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。
图丨将旋转的羰基结合位点引入双层石墨烯孔道，实现严格的K+/Na+选择性（来源：NationalScienceReview）
研究人员首先在石墨烯片层上开了一个9.8埃×9.9埃的小孔，对孔边缘对称性较高的4个位点进行含氧官能团修饰。进一步地，通过修饰位点的整体旋转，得到一种转角双层石墨烯埃孔。
并且，其只有两个原子层厚，这种结构能够完全阻止非特异性的钠离子透过，而钾离子的传输速率却高达3.5×每秒，达到生物孔道水平的40%，动态选择比近。
图丨钾离子的传输遵从双离子机制（来源：NationalScienceReview）
近年来，随着对清洁能源需求的提升，人们开始