缺水怎么办?科学家奇想以阿兹海默症“类淀粉蛋白”来过滤海水

受到极端气候影响,台湾最近几年都面临缺水危机,既然天空不下雨,阳明交大就有科学家开始思考海水淡化的可行性,一篇发表在国际学术期刊《Small》的论文,科学家利用造成阿兹海默症的“类淀粉蛋白”来传输水分子,甚至达到海水100%脱盐的神奇效果。

“类淀粉蛋白”是一种不可溶的纤维性蛋白质,异常堆积在身体器官会造成严重疾病,最有名的就是阿兹海默症,医界无不希望能找到清除脑海中“类淀粉蛋白”堆积的方法来治疗阿兹海默症,但也有科学家反其道而行,利用“类淀粉蛋白”可以阻挡盐离子的特性,发展出海水淡化的方法。

这项方法是用三片类淀粉蛋白组成的纳米微管(nanotube),巧妙地利用蛋白薄膜表面上的电位差来推动水分子往单一方向移动,同时又能达到阻挡盐离子穿过如钠离子与氯离子,形成一个自带“分子马达”,不需外部提供任何能量,就能达到海水淡化处理的效果。

“逆渗透法”目前主流的海水淡化技术需要通过马达加压让海水通过逆渗透膜,才能分离海水中的盐分,而这个技术虽然可行,但得花费大量电力与设备,甚至于无法达到规模经济的效益,利用类淀粉蛋白来过滤海水的方式,展示一种仿生纳米材料可以作为有效又节能的海水淡化新方向。

研究团队就理论上估算,由一片10×10平方厘米“类淀粉蛋白”纳米微管组合而成的过滤膜,一天可过滤生产2.5吨的淡水,为目前已知逆渗透法的200倍。

阳明交大生命科学暨基因体科学研究所教授许世宜表示,水分子单向扩散在生物界是经常见的现象,例如蜘蛛丝、蝴蝶翅膀都可以观察到水分子单向流动,这些流动不需要外部能量,而是通过基本的生化及物理机制来完成。

许世宜表示,“类淀粉蛋白”所形成的片状结构不仅可以自动引导水分子,只要将结构中的一个氨基酸改成带电,增加纳米微管的亲水位能,就能提高水分子与盐离子的分离性能,而实验成果能让科学界了解仿生材料的自动传输机制,以及一种有效且节能的淡化海水方法。

许世宜强调,气候变迁加剧水资源缺乏的危机,这个仿生纳米材料不仅展示水分子的单向扩散可以发生在纳米级的蛋白质表面,并对未来发展高产量、低能耗、低碳排的海水淡化机制找到一种新的候选材料及新的研究方向。

(图片来源:阳明交大)