Paglutas ng isang Likas na Pagsala ng Tubig upang Makagawa ng Malinis na Tubig Habang Umiinom ng Mas kaunting Enerhiya

Ang mga natitiklop na channel na ito ay makakatulong magdala ng tubig habang hinaharangan ang mga hindi ginustong mga molekula tulad ng asin. Kredito: Ang Unibersidad ng Texas sa Austin / Cockrell School of Engineering

Para sa maraming mga inhinyero at siyentipiko, ang kalikasan ay ang pinakatanyag na muso sa buong mundo. Hinahangad nilang mas maunawaan ang mga natural na proseso na nagbago ng milyun-milyong taon, na ginagaya ang mga ito sa mga paraang makikinabang sa lipunan at kung minsan ay nagpapabuti pa rin sa kanila.

Ang isang internasyonal, interdisiplinang pangkat ng mga mananaliksik na may mga inhinyero mula sa The University of Austin ay nakahanap ng isang paraan upang gayahin ang isang natural na proseso na gumagalaw ng tubig sa pagitan ng mga cell, na may layunin na mapabuti kung paano namin sinasala ang asin at iba pang mga elemento at mga molekula upang makabuo ng malinis na tubig habang kumakain ng higit pa lakas.

Sa isang bagong papel na inilathala ngayon (Mayo 20, 2021) noong Kalikasan Nanotechnology, ang mga mananaliksik ay lumikha ng isang antas ng molekular na tubig na nagdadala ng daanan na maaaring magdala ng tubig sa pagitan ng mga cell habang hindi kasama ang mga proton at mga hindi ginustong molekula. Ginagaya ng mga channel na ito ang pagpapaandar ng tubig-protina ng mga protina sa ating mga katawan na kilala bilang mga aquaporins. Sa aming mga cell, ang hindi mapigil na pagdadala ng mga proton na magkatabi sa tubig ay maaaring mapanganib sapagkat mababago nila ang pH ng mga cells, na maaaring makagambala o makapatay sa kanila.

Ito ang unang halimbawa ng isang artipisyal na sukat ng nanometer na maaaring gayahin ang mahalagang mga pattern ng pagdadala ng tubig sa mga biological water channel. At pinapabuti ang kakayahan ng mga lamad na mahusay na salain ang mga hindi ginustong mga molekula at elemento, habang pinapabilis ang pagdadala ng tubig, ginagawa itong pinakamurang paraan upang makabuo ng isang malinis na suplay.

Ang Mga Fold Channel ay Matutulungan sa Pag-transport ng Tubig Habang Hinahadlangan ang mga Hindi ginustong Molecule

Ang mga natitiklop na channel na ito ay makakatulong magdala ng tubig habang hinaharangan ang mga hindi ginustong mga molekula tulad ng asin. Kredito: Ang Unibersidad ng Texas sa Austin / Cockrell School of Engineering

“Kinokopya nito ang kalikasan, ngunit ginagawa ito sa pamamagitan ng paglabag sa mga batas na itinatag ng kalikasan,” sabi ni Manish Kumar, isang katulong na propesor sa Cockrell School of Engineering’s Department of Civil, Architectural and Environmental Engineering. “Ang mga landas na ito ay ginagawang madali upang maihatid ang mga molekulang gusto mo, tulad ng tubig, at harangan ang mga hindi mo gusto, tulad ng asin.”

Ang mga artipisyal na daanan ng tubig ng pangkat ng mananaliksik ay maaaring may parehong pag-andar tulad ng mga aquaporin, na kung saan ay mahalaga sa isang mas malawak na lawak para sa pag-ubos ng lupa, paglilinis ng tubig at iba pang mga proseso para sa paghihiwalay ng mga molekula. At ginagawa nila ito habang nagdadala ng tubig ng 2.5 beses na mas mabilis kaysa sa mga aquaporin.

Ang mga artipisyal na landas ay tatlong nanometers ang lapad ng tatlong nanometers ang haba. Kung ang enerhiya ay hinihigop ng tamang dami ng lamad, ang mga channel ay maaaring makapasa tungkol sa 80 kilo ng tubig bawat segundo bawat square meter ng lamad, habang tinatanggihan ang mga asing-gamot at proton sa halagang mas mataas kaysa sa mga komersyal na lamad ngayon na walang lakas.

“Ang mga artipisyal na landas na ito ay malulutas ang mga kritikal na hamon sa teknikal na pinapayagan lamang na dumaan ang mga Molekyul ng tubig habang hindi kasama ang iba pang mga solute tulad ng asin at proton,” sabi ng propesor na si Huaqiang Zeng ng Kagawaran. Ng Chemistry sa Hainan University at Institute of Advanced Synthesis sa Northwestern Polytechnical University sa Tsina. “Ang kanilang nakakagulat na bilis ng pagdadala ng tubig at ang katunayan na ang mga landas na ito ay nagbibigay-daan sa mas simpleng paggawa ng lamad na nagpapahiwatig na maaari silang maging isang mahalagang sangkap ng mga susunod na henerasyon na lamad para sa paggawa ng malinis na tubig upang malutas ang matinding kakulangan ng tao sa daang ito.”

Napakaliit ng mga linya na nakabatay sa Aquaporin na pinapayagan lamang nila ang isang Molekyul ng tubig sa isang pagkakataon, tulad ng isang daang kalsada. Ang isang natatanging tampok sa istruktura ng mga bagong linya na ito ay isang serye ng mga tiklop ng mga kanal na lumilikha ng karagdagang “mga linya,” kung kaya’t magsalita, na pinapayagan ang mga Molekyul ng tubig na gumalaw nang mas mabilis.

“Galing ka sa isang kalsada sa bansa patungo sa isang highway sa mga tuntunin ng bilis ng pagdadala ng tubig, habang hindi mo pa nakikilala ang iba pang mga bagay sa pamamagitan ng paglalagay ng maliliit na mga paga ng kalsada,” sabi ni Aleksei Aksimentiev, isang propesor ng biyolohikal na pisika sa Unibersidad ng Illinois sa Urbana -Campaign na nakikipagtulungan sa pagsasaliksik.

Kumar ay kumuha ng isang klase na itinuro ni Aksimentiev sa pisika ng nanomachines habang nag-aaral para sa kanyang Ph.D. sa engineering sa kapaligiran sa University of Illinois. Ang kurso, aniya, ay halos tulad ng isang hamon pagdating nito, at binabalikan pa rin niya ang kanyang mga tala mula sa klase taon na ang lumipas.

Nagtulungan sila sa isang papel habang si Kumar ay estudyante pa rin. At pagkatapos niyang maging isang propesor, tinulungan siya ni Aksimentiev sa simulation na gawain sa isa pang papel. Sa loob ng maraming taon, nagtulungan sila sa pag-aaral ng mga kanal ng transportasyon ng tubig.

Nagtatampok ang interdisciplinary team sa mga nagtuturo at mananaliksik mula sa buong mundo sa pisika, engineering sa kemikal, parmakolohiya at marami pa. Ang mga mananaliksik ay nagmula sa UT Austin, University of Illinois, Harvard Medical School, Hainan University at Northwestern Polytechnical University sa China at NanoBio Lab sa Singapore.

Si Zeng ang kaukulang may-akda ng papel. Pinamunuan ni Kumar ang bahagi ng pagsubok ng proyekto at pinangunahan ng Aksimentiev ang gawaing simulation.

Mas maaga sa taong ito, nakipagtulungan si Kumar sa mga mananaliksik sa Penn State University sa isang pagtuklas na nagbibigay ng bagong ilaw sa kung paano gumagana ang tradisyonal na mga lamad ng desalination ng tubig. Natagpuan nila na ang pagkakapareho ng buong lamad ay pinabilis ang transportasyon ng tubig at pinagbuti ang proseso ng pagsala ng asin.

Ang bagong gawaing ito, ayon kay Kumar, ay kumukuha ng konseptong iyon sa ibang antas. Ang mga channel na ito ay maaaring may parehong laki upang magkasya ang nais na mga molekula ng tubig sa pamamagitan ng pag-infuse ng iba pang mga hindi ginustong mga molekula.

Magpatuloy, plano ng koponan na gamitin ang mga artipisyal na daanan ng tubig na ito upang lumikha ng mga susunod na henerasyon ng reverse-osmosis na miyembro upang gawing inuming tubig ang tubig dagat.

Sanggunian: 20 Mayo 2021, Kalikasan Nanotechnology.
DOI: 10.1038 / s41565-021-00915-2

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.