人工离子跨膜传输体系的研究对模拟天然离子转运蛋白的结构、功能具有重要的研究价值，也为探索并治疗相关疾病提供潜在应用。虽然科学家们采用各种化学分子结构实现了离子的跨膜运输，但是要在性能上，包括效率、门控、以及离子选择性上，完全达到天然转运蛋白的效果，还存在很大的挑战。因此，基于人工离子跨膜体系在生物医药领域的重要应用前景和针对现有研究有待突破的现状，本论文旨在设计合成新型人工离子跨膜传输体系，通过分子结构与性能关系的研究，优化出性能优异的人工离子运输体系，实现离子跨膜传输的高效性和选择性，在实现天然转运蛋白结构、功能模拟的同时，为人工离子跨膜传输体系的发展和应用提供研究基础。具体工作如下:　　(1)设计并合成了一系列对苯撑乙炔刚性棒状分子OPE1-4，通过对刚性杆骨架的长度调节以及氯离子识别大环吡啶-2，6-二甲酰胺(PDA)的引入，实现单分子人工氯离子通道的构建。荧光脂质体跨膜活性的研究证明与脂质膜疏水层厚度相匹配的OPE3具有最高的离子运输效率（EC50值为0.36μM），同时证明基于识别大环的作用实现了顺序为Cl-＞F-＞Br-＞I-的选择性传输。基于对苯撑乙炔荧光特性，利用FRET机理的尼罗红荧光淬灭实验以及巨脂质体(GUVs)荧光成像可视化证明了化合物在膜上的插入和定位，膜片钳电流信号的出现进一步证明分子在膜上的通道运输机理。最后，通过通道分子浓度与跨膜活性关系确定了单分子形式的通道跨膜传输。通过分子结构的优化，该刚性杆体系实现了机理明确、性能优异的人工跨膜的离子传输，为构建新型单分子人工阴离子通道提供新思路。　　(2)设计合成了一种基于轮烷分子梭机械运动的人工离子跨膜传输体系。该体系通过设计与磷脂膜结构匹配的双亲滑动杆来实现磷脂双分子层的插入，通过杆上位点的排布实现滑动环在膜内的梭动，最后通过滑动环上引入钾离子识别基团，在离子浓度梯度驱使下实现离子膜内外的运输。荧光脂质体实验证明了该轮烷分子高效的钾离子跨膜活性（EC50值为0.7μM），通过控制分子梭滑动速率验证离子跨膜运输的主要机理，即杆的定向插入以及环的梭动使得冠醚载体在浓度梯度驱使下实现钾离子的定向传输。该工作首次巧妙利用分子梭的机械运动实现了离子的跨膜运输，为设计人工跨膜体系提供了新方法，也为分子机器的应用拓展了新方向。　　(3)通过简单、高产率的叠氮-炔的Click反应，合成了一系列具有不同取代基的三聚苯基三唑化合物1-8，通过分子结构的优化实现了离子的高效跨膜传输，通过CH---Cl-非传统氢键作用实现了Cl-对HCO3-的高选择性运输。分子结构与性能关系的研究证明了化合物的亲疏水性和离子络合能力对离子跨膜传输活性的重要影响，磷脂膜胆固醇变浓实验以及U-tube实验证明了化合物载体机制的离子传输。该离子载体高跨膜活性、高离子选择性性能的实现，为进一步实现生物医药领域的应用提供可能。　　(4)在上一个工作的基础上，继续延伸苯基三唑骨架合成了具有不同取代基的七聚物9、10和11。该类七聚体可在CH---Cl-作用下发生分子内自组装形成折叠体的结构，通过外围取代基的作用，可使折叠体插入膜中形成氯离子选择性的人工离子通道。脂质体荧光实验证明了它们的离子运输活性和氯离子选择性，磷脂膜变胆固醇含量实验初步证明了离子通道的主要运输机理。虽然目前该类分子在性能上不尽人意，但基于许多天然转运蛋白及多肽通道的螺旋构型，该工作在天然转运蛋白的结构与性能研究上具有一定的参考价值。