塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院的一組科學(xué)家開發(fā)了一種受生物學(xué)啟發(fā)的新過濾技術(shù)，可以幫助遏制影響全球數(shù)千萬人的與飲用水有關(guān)的疾病，并有可能改善環(huán)境修復(fù)、工業(yè)和化學(xué)生產(chǎn)，以及采礦等過程。
在美國國家科學(xué)院院刊上的報告中，研究人員證明他們的新型聚合物膜可以將氟化物從氯離子和其他離子(帶電原子)中分離出來，其選擇性是其他方法報道的兩倍。他們表示，該技術(shù)的應(yīng)用可以防止水源中的氟化物毒性，因為水源中天然存在的元素含量太高，無法供人類消費。
眾所周知，在供水中添加氟化物可以降低蛀牙的發(fā)生率，包括蛀牙。鮮為人知的是，一些地下水源的天然氟化物含量如此之高，會導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題。長期接觸過量的氟化物會導(dǎo)致氟中毒，這種情況實際上會削弱牙齒，使肌腱和韌帶鈣化，并導(dǎo)致骨骼畸形。世界衛(wèi)生組織估計，飲用水中氟化物濃度過高已導(dǎo)致全球數(shù)以千萬計的氟牙癥和氟骨癥病例
使用相對便宜的過濾膜去除氟化物的能力可以保護社區(qū)免受氟中毒的影響，而無需使用高壓過濾或必須完全去除所有成分，然后使飲用水重新礦化
“離子選擇性膜減少飲用水供應(yīng)中過量氟化物的潛力非常令人鼓舞，”工程學(xué)院化學(xué)和生物工程副教授 Ayse Asatekin 說。“但這項技術(shù)的潛在用途不僅限于飲用水，還涉及其他挑戰(zhàn)。我們用來制造膜的方法很容易擴大到工業(yè)應(yīng)用。而且由于作為過濾器的實施也相對簡單、成本低且環(huán)境可持續(xù)，因此它可以廣泛應(yīng)用于改善農(nóng)業(yè)供水、清理化學(xué)廢物和提高化學(xué)品產(chǎn)量。
例如，從理論上講，該過程可以提高用于可持續(xù)鋰電池生產(chǎn)的鋰地質(zhì)儲量或核能發(fā)電所需的鈾的產(chǎn)量，Asatekin 說。
在開發(fā)合成膜的設(shè)計時，Asatekin 的團隊受到了生物學(xué)的啟發(fā)。細胞膜在允許離子進出細胞方面具有顯著的選擇性，它們甚至可以非常精確地調(diào)節(jié)離子和分子的內(nèi)部和外部濃度
生物離子通道通過用具有不同大小和電荷以及對水的不同親和力的功能性化學(xué)基團排列通道，為這些小離子的通過創(chuàng)造了更具選擇性的環(huán)境。通過的離子與這些基團之間的相互作用是由通道孔的納米尺寸所迫使的，而通過率則受相互作用的強弱影響
Asatekin 團隊創(chuàng)建的過濾膜是通過將兩性離子聚合物(一種分子基團在其表面上包含緊密連接的正負電荷的聚合物)涂覆到多孔載體上而設(shè)計的，從而形成通道比納米更窄的膜被兩者包圍防水和帶正電荷和負電荷的化學(xué)基團。與生物通道一樣，孔的尺寸非常小，迫使離子與孔中的帶電和斥水基團相互作用，從而使某些離子的通過速度比其他離子快得多。在當(dāng)前的研究中，聚合物的組成旨在針對氟化物與氯化物的選擇。研究人員說，通過改變兩性離子聚合物的組成，應(yīng)該可以針對不同離子的選擇
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