我们如何在我们的身体运输水启发新的水过滤方法

时间:2019-12-29 17:14 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

我们如何在我们的身体运输水启发新的水过滤方法

一群多学科的工程师和科学家发现了一种过滤水的新方法,这可能会对多种技术产生影响,比如脱盐厂、透气和防护织物,以及气体分离中的碳捕获。这个研究小组由位于奥斯丁的德克萨斯大学科克雷尔工程学院的Manish Kumar领导,他们在最新一期的《自然纳米技术》杂志上发表了他们的发现。

这项研究汇集了来自标准以内的研究人员,宾州州立大学、田纳西大学、复旦大学和伊利诺伊大学香槟分校的最初的灵感是来自我们的细胞运输水的方式在整个身体,开始是为了开发人造水跨膜运输渠道。目的是模拟水通道蛋白,水通道蛋白是一种重要的膜蛋白,存在于某些细胞中。水通道蛋白是一种快速高效的水过滤系统。它们在身体各个部位的细胞膜上形成气孔——眼睛、肾脏和肺——这些部位对水的需求量最大。

库马尔和他的团队并没有完全按照计划复制aquaporin系统。相反,他们发现了一种更有效的水过滤过程。不同于个体的水通道蛋白细胞,水通道蛋白细胞的功能是相互独立的,库马尔的研究小组开发的膜在单独使用时效果并不好。

但是,当他把其中的几种材料结合起来,形成“水网”时,它们在输水和过滤方面非常有效。水丝是由水分子组成的密集链,它们的移动速度非常快,就像一辆火车和它的车厢一样。

考克雷尔学院土木、建筑和环境工程系副教授库马尔说:“我们试图复制aquaporins使用的已经很复杂的水运过程,却意外发现了一种全新的、甚至更好的方法。”“这完全是机缘巧合。我们不知道会发生这样的事。”

这些人造膜的网络可能被证明在分离盐和水方面是有用的,而这种过滤过程目前是低效和昂贵的。新膜已经显示出令人印象深刻的脱盐性能,显示出远比现有工艺更有选择性的盐和可能的其他污染物去除。

库马尔说:“就选择性和渗透性而言,我们的方法比目前的海水淡化方法效率高一千倍。”“每10,000个盐水分子通过目前的脱盐系统,一个盐分子可能不会被过滤掉。有了我们的新膜技术,每1000万个水分子中就有一个盐分子不会被过滤掉,同时保持一个与现有膜相当或更好的水传输速率。”

在他的整个职业生涯中,库马尔一直致力于开发利用生物分子模型的功能并将其应用于工程规模的材料和工艺。

“甚至很难有效地模拟人体工作的复杂性,特别是在分子水平上,”他说。“然而,这一次,大自然是一个更伟大的发现的起点,这是我们从未期望过的。”

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