Новости

Jul 07, 2023

Ученые НУС разрабатывают новый класс искусственных

Эти самоорганизующиеся, точные и сложные наноструктуры могут помочь более эффективно очищать воду. Изображение Национального университета Сингапура: команда ученых из Национального университета Сингапура

Эти самоорганизующиеся, точные и сложные наноструктуры могут помочь более эффективно очищать воду.

Национальный университет Сингапура

Изображение: Группа ученых из Национального университета Сингапура, в которую входят (слева направо) профессор Пракаш Кумар, профессор Манджунатха Кини, доктор Ли Цзяньвэй и доктор Паннага Кришнамурти, разработала новый класс искусственных водных каналов для более эффективной очистки промышленной воды.посмотреть больше

Предоставлено: Национальный университет Сингапура.

Сингапур, 2 августа 2023 г. — Группа ученых из факультета биологических наук Национального университета Сингапура (NUS) в сотрудничестве с Французским центром научных исследований (CNRS) успешно синтезировала специальный белок-мимик, способный самособираться. в пористую структуру. Будучи включенными в липидную мембрану, поры обеспечивают избирательный транспорт воды через мембрану, отталкивая при этом соль (ионы). Эти белки-имитаторы, известные как «фолдамеры олигомочевины», представляют собой совершенно новый класс искусственных водных каналов (AWC), которые можно использовать для повышения энергоэффективности современных методов промышленной очистки воды.

Современные методы очистки воды предполагают использование технологий обратного осмоса и мембранной дистилляции. Однако обратный осмос является очень энергоемким процессом, поскольку для прохождения морской воды или сточных вод через ряд полупроницаемых мембран для удаления солей и других загрязняющих веществ необходимо высокое давление. В свете изменения климата и растущего спроса на пресную воду существует стимул к разработке более энергоэффективных, водоселективных мембран для крупномасштабных целей опреснения. Это изобретение представляет собой отличный вклад в эти усилия. Относительно высокая водопроницаемость пор, образованных этими фолдамерами олигомочевины, позволяет предположить, что общая потребность в энергии для очистки воды потенциально может быть снижена.

Устранение ограничений традиционных мембранных технологий

Исследования в этой области в основном сосредоточены на изготовлении мембран с аквапоринами — природными белками, содержащими поры, которые позволяют молекулам воды проходить через них в одном ряду. Они известны как «водные каналы» и могут быть обнаружены в клеточных мембранах всех живых клеток, включая микробы, клетки растений и животных. Из-за сложной структуры аквапорина синтез достаточного количества этого объемистого белка для использования в мембранах для очистки воды остается дорогостоящим и трудоемким процессом.

В статье, опубликованной в научном журнале Chem 8 мая 2023 года, группа ученых НУС под руководством профессора Пракаша Кумара описала прорыв в разработке более простого молекулярного компонента, который может самособираться с образованием трансмембранных каналоподобных структур с порой. . Эти структуры имитируют функции аквапорина, позволяя пересекать мембрану только молекулам воды, в то время как соли и другие загрязняющие вещества удаляются. Отдельные фолдамеры олигомочевины также намного меньше по размеру и содержат всего 10 аминокислотных остатков, что облегчает их модификацию, синтез и очистку по сравнению с аквапорином или другими классами AWC.

Как это работает

Фолдамеры амфифильны по своей природе, что означает, что они обладают разными зарядами, которые позволяют им собираться в более сложные структуры, подобно тому, как магниты имеют тенденцию слипаться в шар, когда они находятся в непосредственной близости друг от друга. Образующиеся в результате сложные, или четвертичные, структуры содержат пористые водные каналы, которые дополнительно стабилизируются прочными связями, известными как гидрофобные и электростатические взаимодействия.

Гидрофобные компоненты сгруппированы снаружи, что позволяет встраиваться в липидные мембраны. Внутренняя часть (просвет) поры более гидрофильна, что позволяет молекулам воды перемещаться через мембрану, препятствуя прохождению ионов. И это отвечает за избирательную проницаемость воды через липидные мембраны, наблюдаемую в лабораторных тестах. Ученые обнаружили, что фолдамеры олигомочевины по функциям схожи с природными пориноподобными структурами, что делает их жизнеспособными потенциальными кандидатами для изготовления AWC-мембран для очистки воды.