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Jul 07, 2023

NUSの科学者が新種の人工物を開発

これらの自己組織化する精密かつ複雑なナノ構造は、水をより効率的に浄化するのに役立ちます シンガポール国立大学の画像: シンガポール国立大学の科学者チーム

これらの自己組織化する精密かつ複雑なナノ構造は、水をより効率的に浄化するのに役立ちます。

シンガポール国立大学

画像: (左から右へ) プラカシュ・クマール教授、マンジュナタ・キニ教授、リー・ジャンウェイ博士、パンナガ・クリシュナムルシー博士からなるシンガポール国立大学の科学者チームは、より効率的な工業用水の浄化のための新しい種類の人工水路を開発した。もっと見る

クレジット: シンガポール国立大学

シンガポール、2023年8月2日 -- シンガポール国立大学（NUS）生物科学部の科学者が率いるチームは、フランス科学研究センター（CNRS）と協力して、自己組織化できる特殊なタンパク質模倣体の合成に成功した。細孔構造に。 脂質膜に組み込まれると、細孔は塩（イオン）を拒否しながら、膜を横切る水の選択的な輸送を可能にします。 「オリゴ尿素フォルダーマー」として知られるこれらのタンパク質模倣物は、現在の工業用水浄化方法のエネルギー効率を向上させるために使用できる、まったく新しい種類の人工水路 (AWC) を表します。

現在の浄水方法には、逆浸透および膜蒸留技術が使用されています。 しかし、逆浸透は、海水や廃水を一連の半透膜に通過させて塩分やその他の汚染物質を除去するために高圧が必要なため、非常にエネルギーを消費するプロセスです。 気候変動と淡水需要の増大を考慮して、大規模な淡水化目的のために、よりエネルギー効率が高く、水選択性の膜の開発が推進されています。 本発明は、これらの取り組みに大きく貢献するものである。 これらのオリゴ尿素フォルダーマーによって形成される細孔の水透過性が比較的高いことは、水の浄化に必要な全体的なエネルギーを潜在的に削減できることを示唆しています。

従来の膜技術の限界に対処する

この分野の研究は主に、水分子が一列で通過できる細孔を含む天然のタンパク質であるアクアポリンを使用した膜の製造に焦点を当ててきました。 それらは「水路」として知られており、微生物、植物、動物の細胞を含むすべての生きた細胞の細胞膜に見られます。 アクアポリンは複雑な構造をしているため、浄水膜に使用するのに十分な量のこのかさばるタンパク質を合成することは、依然として高価で時間のかかるプロセスです。

2023年5月8日に科学誌Chemに掲載された論文の中で、プラカシュ・クマール教授率いるNUSの科学者チームは、自己集合して細孔を備えた膜貫通チャネル状構造を生成できる、より単純な分子コンポーネントの開発における画期的な進歩について説明した。 。 これらの構造はアクアポリンの機能を模倣し、水分子のみが膜を通過できるようにし、塩やその他の汚染物質は拒否されます。 また、個々のオリゴ尿素フォルダーマーは、サイズがわずか 10 アミノ酸残基とはるかに小さいため、アクアポリンや他のクラスの AWC と比較して、修飾、合成、精製が容易になります。

使い方

フォルダーマーは本質的に両親媒性であり、これは、磁石が互いに近接するとボール内に凝集する傾向があるのと同様に、フォルダーマーがより複雑な構造に集合することを可能にする異なる電荷を持っていることを意味します。 結果として得られる複雑な、つまり四次構造には、疎水性相互作用および静電相互作用として知られる強い結合によってさらに安定化された細孔状の水チャネルが含まれています。

疎水性成分は外側に集まっており、脂質膜への挿入が可能です。 細孔の内部 (内腔) は親水性が高いため、水分子は膜を通過して移動できますが、イオンの通過は阻止されます。 そして、これが実験室試験で観察された脂質膜を横切る選択的な水透過性の原因となっています。 研究者らは、オリゴ尿素フォルダーマーが天然のポリン様構造と機能が似ていることを発見し、このため、オリゴ尿素フォルダーマーは水浄化用のAWC膜製造の有力な候補となっている。