可以仿造细胞膜上的主动运输进行海水淡化吗？

发布时间：2021-04-28

　　摘要：简要回顾了海水淡化和人工细胞领域的发展现状及其重要性.根据生物膜在离子浓度改变上具有绿色高效、可重复利用等特点，提出了仿造生物细胞膜进行海水淡化的构想.

　　关键词：海水淡化;仿生学

　　淡水资源紧缺已成为世界性问题.已有海水淡化方法包括多级闪蒸、反渗透等，但在能耗、装置上的问题限制了其应用.与此同时，多功能超滤膜作为集超滤和附加功能于一体的废水处理新策略，已有一些好的制备方式和应用.同时，仿造生物细胞的“细胞模拟物”作为人工细胞(ArtificialCell)的一个子领域正高速发展着.已有研究表明，可以仿造生物细胞的一些表面特征、形状、功能甚至形态，那么，可否仿造细胞膜上的主动运输进行海水淡化呢?生物膜在离子浓度改变上具有绿色高效、可重复利用等特点，通过仿生膜进行的海水淡化同时兼具绿色和可重复性这两大特点，有望成为海水淡化的有效手段，缓解淡水资源的紧缺.

　　1核心思想

　　尝试仿造细胞膜上的主动运输进行海水淡化，既可以仿照生物功能在用于海水淡化的膜上修饰有功能的生物材料分子以实施特定的离子进出功能，也可以对已有生物体进行改造，使其具有富集钠离子或氯离子的作用.

　　2科学价值

　　世界淡水资源严重不足，预计到2050年，将有超过20亿人生活在水资源严重短缺的国家，约40亿人每年至少有一个月的时间遭受严重缺水的困扰，且将会有22个国家面临严重的水压力风险[1].因此，除节约和保护现有的淡水资源外，转化占地球总水量高达97%的海水便具有重要的意义.目前工艺已趋于成熟的几种方法包括蒸馏法和反渗透法等.蒸馏法即通过蒸馏对海水进行淡化，为降低成本，常利用工业余热加热海水以节省燃料，但是热能作为一种质量较低的能量，其转化效率也是极低的，因而通过蒸馏法进行海水淡化耗能极大.反渗透法即通过不断加压使海水通过半透膜变为淡水，但是对于设备和半透膜的要求较高，成本也较高[2].通过仿生膜(膜上类主动运输等)进行的海水淡化，则兼具耗能较少、绿色环保的优点，可以高效低耗能地进行海水淡化，对于改善世界水环境具有重要意义.

　　相关期刊推荐：《上海交通大学学报》(月刊)创刊于1956年，是上海交通大学主办的自然科学与工程技术期刊。本刊设科研论文、工程技术报告、研究简讯、综述、学术讨论等，内容涉及船舶及海洋工程、材料工程、动力机械工程、工程力学、生物工程、机械工程、能源工程、电力工程、电子信息工程、塑性成形工程、计算机科学和自动化等方面。

　　同时，人工细胞作为近年来新崛起的领域，对于生命的起源和未来生物技术的应用的意义十分巨大.人工细胞的构建可以划分为典型细胞的构建和非典型细胞的构建：典型细胞的构建强调活体生物细胞一些关键特征的表现，如进化、自我繁殖和代谢;非典型细胞的构建主要体现在细胞部分功能、形态或结构的模拟.主动运输作为一种在载体蛋白和能量的作用下将物质运进或运出细胞的过程，涉及有膜结构的细胞器，并且能够逆浓度梯度或电化学梯度进行，是细胞功能的重要体现[3].已有研究表明[4]，细胞形状、形态、结构和生理功能可以被模拟，这预示着可能可以通过仿生膜或膜上的类主动运输进行海水淡化.而关于这类仿生膜和和膜上主动运输的研究，可以为人工细胞构建提供基本理论依据和实例，对于人工细胞构建和生命的理解具有重要意义.

　　3结语

　　希望海水淡化的工艺能够进一步成熟壮大，人类的淡水问题可以得到解决;人工细胞的构建可以得到进一步的发展，人们对生命的理解可以更加深刻而真实.——论文作者：李凌云