缺水怎麼辦?科學家奇想以阿茲海默症「類澱粉蛋白」來過濾海水

作者 | 發布日期 2023 年 04 月 17 日 10:09 | 分類 環境科學 , 科技教育 , 自然科學 line share follow us in feedly line share
缺水怎麼辦?科學家奇想以阿茲海默症「類澱粉蛋白」來過濾海水


受到極端氣候影響,台灣最近幾年都面臨缺水危機,既然天空不下雨,陽明交大就有科學家開始思考海水淡化的可行性,一篇發表在國際學術期刊《Small》的論文,科學家利用造成阿茲海默症的「類澱粉蛋白」來傳輸水分子,甚至達到海水 100% 脫鹽的神奇效果。

「類澱粉蛋白」是一種不可溶的纖維性蛋白質,異常堆積在身體器官會造成嚴重疾病,最有名的就是阿茲海默症,醫界無不希望能找到清除腦中「類澱粉蛋白」堆積的方法來治療阿茲海默症,但也有科學家反其道而行,利用「類澱粉蛋白」可以阻擋鹽離子的特性,發展出海水淡化的方法。

這項方法是用三片類澱粉蛋白組成的奈米微管(nanotube),巧妙地利用蛋白薄膜表面上的電位差來推動水分子往單一方向移動,同時又能達到阻擋鹽離子穿過如鈉離子與氯離子,形成一個自帶「分子馬達」,不需外部提供任何能量,就能達到海水淡化處理的效果。

「逆滲透法」目前主流的海水淡化技術需要透過馬達加壓讓海水通過逆滲透膜,才能分離海水中的鹽分,而這個技術雖然可行,但得花費大量電力與設備,以至於無法達到規模經濟的效益,利用類澱粉蛋白來過濾海水的方式,展示一種仿生奈米材料可以做為有效又節能的海水淡化新方向。

陽明交大

研究團隊就理論上估算,由一片 10×10 平方公分「類澱粉蛋白」奈米微管組合而成的過濾膜,一天可過濾生產 2.5 噸的淡水,為目前已知逆滲透法的 200 倍。

陽明交大生命科學暨基因體科學研究所教授許世宜表示,水分子單向擴散在生物界是很常見的現象,例如蜘蛛絲、蝴蝶翅膀都可以觀察到水分子單向流動,這些流動不需要外部能量,而是透過基本的生化及物理機制來完成。

許世宜表示,「類澱粉蛋白」所形成的片狀結構不僅可以自動引導水分子,只要將結構中的一個胺基酸改成帶電,增加奈米微管的親水位能,就能提高水分子與鹽離子的分離效能,而實驗成果能讓科學界瞭解仿生材料的自動傳輸機制,以及一種有效且節能的淡化海水方法。

許世宜強調,氣候變遷加劇水資源缺乏的危機,這個仿生奈米材料不僅展示水分子的單向擴散可以發生在奈米級的蛋白質表面,並對未來發展高產量、低耗能、低碳排的海水淡化機制找到一種新的候選材料及新的研究方向。

(圖片來源:陽明交大)

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