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用于水过滤的人工生物启发膜

导读获得清洁饮用水被认为是21世纪的主要挑战之一,科学家刚刚开辟了通往新过滤过程的道路。受细胞蛋白质的启发,他们开发出内部具有不对称人工

获得清洁饮用水被认为是21世纪的主要挑战之一,科学家刚刚开辟了通往新过滤过程的道路。受细胞蛋白质的启发,他们开发出内部具有不对称人工通道的膜,从中可以观察到“手性”水。

手性是一种有利于过滤必不可少的材料流动的特性。这项工作由CNRS研究人员(CNRS / ENS/UniversitédeMontpellier)和实验室CNRS deBiochimieThéorique与美国科学家合作,于2018年3月23日在Science Advances上发表。

为了开发用于水过滤和净化的突破性技术,研究人员开发了具有人工通道的膜,其受到形成生物膜孔隙的蛋白质的启发:水通道蛋白。使用创新的光谱技术,他们已经能够观察到,在这些通道的非常有限的空间中,水分子以非常规则的方式组织在一个取向的分子线结构中:水变成“手性”。

在类似于天然孔的生理条件下,识别这些脂质膜中的人工通道中的手性水是一种力量。已经在天然或人造化合物的固体结构中观察到这种非常规则的分子排列,但是在水分子非常易移动的溶液中难以观察到。

水分子的这种“线”排列通过与通道的不对称性相结合的水分子的极性来解释。通过氢键的水与人造通道的壁相互作用。在所形成的上层结构中,形成通道的分子将其手性特征传递给水线,并使水分子成为优选的方向。这导致了研究人员的假设:水分子的这种集体取向可能在激活或选择通过膜的运输中起重要作用。

实际上,由分子动力学计算支持的实验室实验证实,这些手性排列比非手性等价物具有更高的转移性质,其中水呈现随机分子排列。换句话说,水的手性导致纳米通道中更大的移动性,促进材料传输,减少外部能量输入。

这一发现为水过滤和净化开辟了广阔的应用领域。目前,研究人员正在开发反渗透膜,通常用于淡化海水。它们已经在改善的膜渗透性和选择性方面获得了有希望的结果,这两者都是过滤必不可少的标准。

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