合成離子通道是從頭進入脂質雙層的化合物，形成孔隙，并允許離子從一側流到另一側。它們是天然離子通道的人造類似物，因此也稱為人工離子通道。與生物通道相比，它們通常允許類似大小的通量，但

• 尺寸極小（小于5k道爾頓與>100k道爾頓），
• 分子結構多樣，和
• 可能依賴于不同的超分子相互作用來預先形成活性的導電結構。

與天然通道一樣，合成通道通常以單分子（例如，平面雙層的電壓鉗）和集成技術（囊泡中的通量）的組合為特征。合成離子通道的研究可能會導致新的單分子傳感技術以及新的治療方法。

雖然半合成離子通道（通常基于短桿菌肽等修飾肽通道）自1970年代以來已經制備，但在1982年首次嘗試使用取代的β-環糊精制備合成離子通道。受短桿菌肽的啟發，這種分子被設計成一個桶形實體，跨越雙層膜的單個小葉，只有當相反小葉中的兩個分子以端到端的方式聚集在一起時才會變得活躍。雖然該化合物確實在囊泡中誘導離子流，但數據并未明確顯示通道形成（與其他傳輸機制相反；參見機制）。1989年至1990年，兩組研究人員首次報道了通過這種通道進行的Na+轉運。隨著1990年代初期將電壓鉗技術應用于合成通道研究，研究人員能夠觀察到合成分子的量子化電活動，這通常被認為是離子通道的標志性證據。這導致了未來二十年研究活動的持續增加。2009年，發表了超過25篇關于該主題的同行評審論文，并提供了一系列綜合評論。

離子通過膜的被動傳輸可以通過三種主要機制進行：通過運輸、通過破壞膜中的缺陷或通過定義的軌跡；這些對應于離子載體、去污劑和離子通道轉運蛋白。雖然合成離子通道研究試圖制備通過特定路徑顯示電導的化合物，但闡明機理很困難，而且很少明確。兩種主要的表征方法都有其缺點，因此，通常定義了功能但假定了機制。

離子傳輸的一條證據來自對統計系綜的宏觀檢查。所有這些技術都使用具有截留體積的完整囊泡，并通過不同的光譜方法報告離子通道活動。在典型情況下，染料被包裹在囊泡群體中。選擇該染料以比色或熒光響應離子的存在；這種離子通常不存在于囊泡內部，但存在于外部。如果沒有離子轉運蛋白，脂質雙層作為阻止離子通量的動力屏障，染料會無限期地保持黑暗。由于離子轉運體允許外部的離子擴散進來，它的添加會影響染料的顏色/熒光特性。通過隨時間宏觀監測染料的性質，并控制外部因素，可以測量化合物作為離子轉運體的能力。然而，觀察離子傳輸并不能確定離子通道是機制。任何類型的轉運蛋白都可能導致相同的觀察結果，并且通常需要額外的確鑿證據。旨在探測選擇性、門控和其他通道參數的復雜實驗在過去的二十年中得到了發展，最近得到了總結。

上述基于集合的方法的替代方法是電壓鉗實驗。在電壓鉗實驗中，兩個電解液隔室被一個孔徑分開，孔徑通常在5-250微米之間。脂質雙層涂在這個孔上，從而將隔室電分離；分子性質可以通過測量其電容來確定。在添加（理想）離子通道后，在兩個隔室之間形成了明確的路徑。通過該孔，離子迅速沿電位和電化學梯度（>106/秒）向下流動，xxx通量受孔的幾何形狀和尺寸限制。在稍后的某個時刻，孔隙可能會關閉或塌陷，因此電流會回到零。這種由單分子事件產生和放大的開態電流通常在pA到nA的數量級上，時間分辨率約為。毫秒。理想或接近理想的事件在文獻中被稱為方頂，并且被認為是基于通道的機制的簽名。值得注意的是，在這個尺度上觀察到的事件是真正隨機的——也就是說，它們是隨機分子碰撞和構象變化的結果。由于膜面積遠大于孔，因此多個副本可以相互獨立地打開和關閉，從而產生階梯狀外觀（圖中的面板C）；這些理想事件通常被建模為馬爾可夫過程。通過使用活動網格符號，對1982-2010年期間用電壓鉗法研究的合成離子通道進行了批判性審查。雖然理想軌跡在文獻中最常被分析和報告，但許多記錄顯然是不理想的，其中一個子集被證明是分形的。開發分析這些非理想痕跡并闡明它們與傳輸機制的關系的方法是當代研究的一個領域。

據報道，大量的合成分子在脂質膜中充當離子轉運體。此處描述了一個選擇，以展示可行結構和可實現功能的廣度。截至2010年的文獻綜合評論可在三方系列中獲得。

大多數（但不是全部；參見極簡通道）合成通道的化學結構遠大于典型的小分子（分子量約1-5kDa）。這源于對兩親性的需求，即具有足夠的疏水部分以允許分配到脂質雙層中，以及極性或帶電的頭部基團以相對于膜確定確定的方向和幾何形狀。

含有環尺寸為3和4的杯芳烴的離子通道均有報道。對于杯[4]芳烴，有兩種構象可供使用，并且已經開發了1,??3-alt和錐體構象的例子。

xxx個合成離子通道是通過對β-環糊精初級邊緣的部分取代而構建的。此后已報道了其他取代的β-環糊精，包括硫醇改性的環糊精、陰離子選擇性低聚丁烯通道和各種聚環氧乙烷連接的星爆低聚物。最近報道了通過點擊化學制備的大量環糊精半通道的構效關系。

已知交替的D/L肽大環可自聚集成納米管，并且已證明所得納米管可充當脂質膜中的離子通道。其他架構使用肽螺旋作為支架來連接其他功能，例如不同大小的冠醚。這些肽冠通道的特性很大程度上取決于封端基團的特性。

構建了通過修飾天然離子通道構建的半合成生物雜化通道。利用現代合成有機化學，這些允許對現有結構進行精確修改，以闡明其傳輸機制或嫁接新功能。Gramicidin和alamethicin一直是選擇性修飾的流行起點。上圖說明了一個示例，其中冠醚固定在離子通過入口的口部。在電壓鉗實驗中，該通道顯示離散電導，但離子選擇性與野生型短桿菌肽不同。雖然使用誘變來修飾大蛋白質通道通常被認為超出了合成通道的范圍，但界限并不清晰，正如環糊精與α-溶血素的超分子或共價鍵合所證明的那樣。

離子通道可以通過其開放特性、離子選擇性和通量控制（門控）來表征。許多合成離子通道在這些方面的一個或多個方面顯示出獨特的特性。

離子通道形成分子通常可以在平面雙層膜中顯示多種類型的電導活??動。這些行動模式中的每一種都可以通過其

• 開放持續時間（亞毫秒---小時），與活性結構是否在動力學上不穩定有關，
• 單位電導(pS---nS)，與活動結構的幾何形狀相關，以及
• 開放概率，與該活性結構相對于非活性形式的熱力學穩定性有關的分數。

這些事件在其整個持續時間中不一定是一致的，因此各種形狀的導電跡線都是可能的。

大多數合成離子通道對堿金屬陽離子的選擇性遵循EisenmanI序列(Cs+>Rb+>K+>Na+>>Li+)，這表明選擇性的來源取決于從水中去除水所需的能量差異完全水合的陽離子。一些合成通道顯示出其他離子選擇性模式，并且僅報告了遵循相反選擇性序列（EisenmanXI；Cs+<Rb+<K+<Na+<<Li+）的合成通道的單一實例。

大多數合成通道的電導是歐姆的，也就是說，通過的電流（無論是單獨的還是整體的）與跨膜的電位成正比。然而，一些罕見的通道顯示出非線性的電流-電壓特性。具體來說，已知兩種不同類型的非歐姆電導：

• 一種整流行為，其中電流通過取決于所施加電位的符號，以及
• 指數電位依賴性，其中通過的電流與施加的電位成指數關系。

前者要求脂質雙層的中平面不對稱，并且通常通過引入整體分子偶極子來實現。后者在天然通道（如alamethicin）中得到證明，在合成離子通道中很少遇到。它們可能與脂質離子通道有關，但迄今為止它們的機制仍然難以捉摸。

某些合成離子通道具有可以通過額外的外部化學物質調節的電導。上調（通道被配體打開）和下調（通道被配體關閉）都是已知的：不同的機制，包括超分子聚集體的形成，以及分子間和分子內的阻塞。

對其他信號作出反應的監管要素是已知的；例子包括光調制電導以及通過氨基甲酸酯基團的異構化構造的熱開關。迄今為止，尚未報道機械敏感的合成離子通道。