研究人员利用植物启发的聚合物进行水净化

洁净饮用水是我们健康和福祉的基本需求。然而，随着全球人口的增长，让全世界所有社区都享有洁净饮用水变得越来越具有挑战性。

现在，在《自然通讯》杂志发表的一项研究中，来自 HeKKSaGOn 联盟的研究人员(该联盟由京都大学、大阪大学和海德堡大学(德国)的科学家组成)从植物中的一种蛋白质中获得灵感，创造了一种从水中去除有害重金属离子的新方法。

尽管目前的净水方法对于处理大量水是有效的，但它们通常不是专门针对重金属离子的。这意味着它们也会去除无害的离子，从而使这些方法效率降低。

植物螯合素是植物中高度保守的蛋白质，它不存在这个问题。植物螯合素能特异性地与重金属离子结合，然后将它们转移到细胞内，使它们无法造成伤害。

研究人员想知道植物螯合素是如何实现这一点的。研究小组研究了植物螯合素的基本组成部分，以确定它如何挑选并结合某些离子，在本例中是镉。“我们确定了两个基团——羧酸盐和硫醇盐——并合成了一种含有这些基团的聚合物，”大阪大学的首席作者 Masaki Nakahata 解释说。

基于 pAA–Cys5 功能化膜和颗粒的高通量一体化水处理系统。图片来源：改编自《Nature Communications》(2024 年)。DOI：10.1038/s41467-024-49869-8

通过将聚合物附着在硅珠和纤维素膜上，该团队能够将它们浓缩到极小的体积。然后，研究人员让受污染的水流过聚合物，这种聚合物非常有效地去除了样品中的镉离子，在一小时内就达到了批准饮用的水平。

事实证明，聚合物结构中同时存在羧酸盐和硫醇盐基团是其成功的关键。将其限制在极小的体积内并创建流通系统可显著提高聚合物的负载能力。

该系统对镉离子的特异性比对健康至关重要的金属离子(如镁和钙)更高。这种聚合物对汞离子的亲和力也相当高，表明它可以有效去除其他重金属。

“植物在进化过程中获得如此高度复杂的机制并不令我们感到惊讶，因为生物学不会胡说八道，”资深作者、海德堡大学和京都大学科学家 Motomu Tanaka 说道。“然而，我们很高兴地看到，我们的受植物启发的聚合物甚至超越了植物蛋白的功能。”

研究团队的成果是合成一种受植物蛋白启发的聚合物来捕获镉离子，这种聚合物很有前景，因为这种聚合物专门针对有毒重金属离子，并采用流通方式工作。这些特性有望提高水处理的效率——这对清洁水来说是一个胜利。

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