世界首個納米尺度“小水泵”設計最近在中國科學院上海應用物理研究所誕生。
這個“納米水泵”能驅(qū)趕水分子排成一串“單人”長隊，源源不斷地飛快通過納米碳管“隧道”——這可能為人類污水處理、海水凈化找到更簡捷易行的途徑。相關的論文刊登在最近出版的國際著名學術期刊《自然?納米技術》上。
進入納米世界，想讓水往一定方向流，就不像在河邊安個水泵抽水那么簡單了。科學家一直想找到一種方法，讓納米水泵也能像河邊的水泵那樣，一通電就能把水往一定地方送。
水為何能有序地進出細胞膜？生命體里的蛋白質(zhì)水通道，給了上海應用物理所方海平等研究人員靈感——一種蛋白質(zhì)用自己氨基酸殘基形成的微弱電極，“牽引”水分子挨個進入或退出細胞，井井有條。
論文第一作者、上海應用物理所在讀博士研究生弓曉晶在導師的指導下，將蛋白質(zhì)上的微弱電極“仿真”到納米碳管的模型上，讓水分子在電場的牽引下，列隊通過細小到僅容單個水分子通過的納米碳管。
令科學家感到意外的是，在納米尺度下，水分子排隊過“隧道”的速度異常迅速——幾乎是從經(jīng)典流體力學估算出的流速的1萬到10萬倍。
美國肯塔基大學化學材料工程系布魯斯?J?辛茨教授在雜志的特約評論中對“納米水泵”的應用前景給予了高度評價：“分子動力學模擬揭示，這個納米泵的新概念可以在嵌在高分子基質(zhì)中的大面積碳管膜中得到驗證。有了這一平臺，與細胞內(nèi)控制化學輸運的相似機制將會應用到更大的人造薄膜上。這對宏觀尺度下的化學分離、水的凈化、傳感檢測以及藥物輸運有著重要的應用。”
