ساخت غشائی که به تقلید از بدن آب را فیلتر می‌کند

پژوهشگران با الهام از نوعی پروتئین در بدن، غشا‌های حفره‌داری به ابعاد سه نانومتر ساختند که قادر است با سرعت بالا آب را تصفیه کند.

کد خبر: ۹۳۷۴۹۹

پنجشنبه - ۰۶ خرداد ۱۴۰۰ / May 27, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو،پژوهشگران با الهام از نوعی پروتئین در بدن، غشا‌های حفره‌داری به ابعاد سه نانومتر ساختند که قادر است با سرعت بالا آب را تصفیه کند.

از نظر بسیاری از مهندسان و دانشمندان، طبیعت بهترین معلم و راهنما است. آن‌ها به دنبال درک بهتر فرایند‌های طبیعی هستند که طی میلیون‌ها سال تکامل یافته‌اند، تا با تقلید از این فرآیند‌ها بتوانند مشکلات جوامع بشری را حل کنند.

یک گروه تحقیقات و بین رشته‌ای از محققان دانشگاه آستین، راهی برای تکرار یک روند طبیعی یافتند، فرآیندی که در آن آب بین سلول‌ها حرکت کرده و راه خود را پیدا می‌کند. نتایج این یافته‌ها به بهبود فیلتراسیون و نمک‌زدایی از آب با مصرف انرژی کمتر کمک خواهد کرد.

در مقاله‌ای که این گروه در نشریه Nature Nanotechnology منتشر نموده‌اند، محققان کانال انتقال آب به اندازه یک مولکول ایجاد کردند که می‌تواند آب را بین سلول‌ها حمل کند در حالی که مولکول‌های نامطلوب و پروتون‌ها را حذف می‌کند.

این کانال‌ها به تقلید از عملکرد انتقال آب پروتئین‌ها در بدن ما ساخته شده است، پروتئین‌هایی که به‌عنوان آکواپورین شناخته می‌شوند. در سلول‌های ما، حمل و نقل کنترل نشده پروتون‌ها در کنار آب می‌تواند مضر باشد، زیرا این جابه‌جایی ناخواسته پروتون می‌تواند pH سلول‌ها را تغییر داده و عملکرد سلول را مختل یا آن‌ها از بین ببرد.

این اولین نمونه از یک کانال مصنوعی با ابعاد نانومتری است که می‌تواند از ویژگی‌های اصلی انتقال آب این کانال‌های زیستی آب تقلید کند. چنین غشا‌هایی توانایی فیلتر کردن موثر مولکول‌ها و عناصر ناخواسته را بهبود می‌بخشد، در حالی که انتقال آب را تسریع کرده و ایجاد منبع پاک را ارزان‌تر می‌کند.

مانیش کومار، استادیار گروه مهندسی عمران، معماری و محیط‌زیست دانشگاه کوکرل می‌گوید: «این پروژه از طبیعت الهام می‌گیرد و در عین حال قوانینی که طبیعت وضع کرده است را نقض می‌کند. این کانال‌ها انتقال سریع مولکول‌های مورد نظر شما مانند آب را تسهیل می‌کنند و ذراتی مانند نمک را که نمی‌خواهید، مسدود می‌کنند.»

کانال‌های آب مصنوعی این تیم تحقیقاتی می‌توانند همان عملکرد‌های آکواپورین را انجام دهند که در سطح بالاتری برای نمک‌زدایی، تصفیه آب و سایر فرایند‌های جداسازی مولکول‌ها بسیار مهم است.

طول و عرض این کانال‌های مصنوعی سه نانومتر است. اگر این کانال‌ها به‌صورت متراکم در غشائی با اندازه صحیح قرار گیرد، می‌توانند تقریباً ۸۰ کیلوگرم آب در هر ثانیه را از هر متر مربع غشا عبور دهند، در حالی که نمک‌ها و پروتون‌ها را با سرعت بسیار بالاتر از توانایی غشا‌های نمک‌زدایی تجاری فعلی تصفیه می‌کند.