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Jul 07, 2023

NUS 과학자들은 새로운 종류의 인공물을 개발합니다.

이러한 자가 조립식의 정밀하고 복잡한 나노 구조는 물을 보다 효율적으로 정화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 싱가포르 국립 대학교 이미지: 싱가포르 국립 대학교의 과학자 팀

이러한 자가 조립식의 정확하고 복잡한 나노구조는 물을 보다 효율적으로 정화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

싱가포르 국립대학교

이미지: (왼쪽에서 오른쪽으로) Prakash Kumar 교수, Manjunatha Kini 교수, Li Jianwei 박사, Pannaga Krishnamurthy 박사로 구성된 싱가포르 국립 대학교의 과학자 팀이 보다 효율적인 산업용 정수를 위한 새로운 종류의 인공 수로를 개발했습니다.더보기

크레딧: 싱가포르 국립대학교

싱가포르, 2023년 8월 2일 -- 싱가포르 국립대학교(NUS) 생명과학과 과학자들이 프랑스 과학연구센터(CNRS)와 협력하여 이끄는 팀이 자가 조립할 수 있는 특수 단백질 모방체를 성공적으로 합성했습니다. 기공 구조로 되어있습니다. 지질막에 통합되면 기공은 염(이온)을 거부하면서 막을 가로질러 물을 선택적으로 운반할 수 있습니다. '올리고우레아 폴다머'로 알려진 이러한 단백질 모방체는 현재 산업 정수 방법의 에너지 효율성을 향상시키는 데 사용할 수 있는 완전히 새로운 종류의 인공 물 채널(AWC)을 나타냅니다.

현재의 정수 방법에는 역삼투압 및 막 증류 기술이 사용됩니다. 그러나 역삼투압은 염분과 기타 오염물질을 제거하기 위해 일련의 반투막을 통해 바닷물이나 폐수를 통과시키려면 높은 압력이 필요하기 때문에 매우 에너지 집약적인 공정입니다. 기후 변화와 담수에 대한 수요 증가로 인해 대규모 담수화 목적을 위해 보다 에너지 효율적이고 물 선택적인 막을 개발하려는 추진력이 있습니다. 본 발명은 이러한 노력에 대한 탁월한 기여를 나타냅니다. 이러한 올리고우레아 폴더머에 의해 형성된 기공의 상대적으로 높은 투수성은 정수에 필요한 전체 에너지 요구량이 잠재적으로 감소될 수 있음을 시사합니다.

기존 분리막 기술의 한계 해결

이 분야의 연구는 물 분자가 단일 파일로 통과할 수 있도록 하는 기공을 포함하는 자연 발생 단백질인 아쿠아포린을 사용하여 막을 제조하는 데 주로 중점을 두었습니다. 이는 '물 채널'로 알려져 있으며 미생물, 식물 및 동물 세포를 포함한 모든 살아있는 세포의 세포막에서 찾을 수 있습니다. 아쿠아포린의 복잡한 구조로 인해 정수막에 사용하기 위해 이 부피가 큰 단백질을 충분한 양으로 합성하는 데는 비용과 시간이 많이 소요됩니다.

2023년 5월 8일 과학 저널 Chem에 발표된 논문에서 Prakash Kumar 교수가 이끄는 NUS 과학자 팀은 자가 조립하여 기공이 있는 막횡단 채널형 구조를 생성할 수 있는 더 간단한 분자 구성 요소 개발의 획기적인 발전을 설명했습니다. . 이러한 구조는 아쿠아포린의 기능을 모방하여 물 분자만 막을 통과하고 염분 및 기타 오염물질은 거부됩니다. 또한 개별 올리고우레아 폴다머는 크기가 훨씬 작아서 아미노산 잔기 길이가 10개에 불과하므로 아쿠아포린이나 다른 종류의 AWC에 비해 변형, 합성 및 정제가 더 쉽습니다.

작동 원리

폴다머는 본질적으로 양친매성입니다. 즉, 자석이 서로 가까이 있을 때 공 안에 뭉치는 경향이 있는 것과 유사하게 서로 다른 전하를 소유하여 더 복잡한 구조로 조립할 수 있습니다. 생성된 복합체 또는 4차 구조는 소수성 및 정전기적 상호작용으로 알려진 강한 결합에 의해 더욱 안정화되는 기공과 같은 물 채널을 포함합니다.

소수성 성분은 지질막에 삽입될 수 있도록 외부에 클러스터되어 있습니다. 기공의 내부(루멘)는 더 친수성이어서 물 분자가 막을 가로질러 이동할 수 있게 하고 이온이 통과하는 것을 거부합니다. 그리고 이는 실험실 테스트에서 관찰된 지질막을 통한 선택적 물 투과성을 담당합니다. 과학자들은 올리고우레아 폴다머가 천연 포린 유사 구조와 기능면에서 유사하다는 사실을 발견했으며, 이는 정수용 AWC 막 제조에 유력한 후보가 될 수 있음을 의미합니다.