陽明交大許世宜團隊淡化海水新解一小片過濾膜就可生產2.5噸淡水 → TBO Taiwan

2023 年 4 月 17 日，國立陽明交通大學發佈新聞稿，「生命科學系暨基因體科學研究所」許世宜教授團隊將阿茲海默症「類澱粉蛋白阻擋鹽離子」的特性用在淡化海水，發現可達百分之百脫鹽效果，一片 10×10 平方公分的過濾膜，一天可過濾生產 2.5 噸淡水，為目前淡化海水主流逆滲透法的 200 倍，研究論文獲國際學術期刊《Small》刊登。

主持這項研究的「陽明交大生命科學系暨基因體科學研究所」許世宜教授說明，類澱粉蛋白是不可溶的纖維性蛋白質，異常堆積在身體器官會造成嚴重疾病，最有名的就是阿茲海默症。醫界希望找到清除腦中類澱粉蛋白堆積的方法來治療阿茲海默症，但許世宜教授反其道而行，利用類澱粉蛋白可以阻擋鹽離子的特性，發展出海水淡化的新方法。

許世宜教授表示，逆滲透法是目前主流的海水淡化技術，透過外部加壓的方式驅使海水中的水分子通過逆滲透膜，與鹽離子分離，進而獲得淡水，需要花費大量電力與設備。

但水分子單向擴散在生物界很常見，例如蜘蛛絲、蝴蝶翅膀都可以觀察到水分子單向流動，這些流動不需要外部能量，而是透過基本的生化及物理機制來完成。

這個實驗設計原理讓科學界瞭解，分子馬達的自動傳輸機制，不需要額外加壓，就能主動傳輸水分子。類澱粉蛋白所形成的片狀結構中，親水性與疏水性胺基酸構成了兩個非對稱的棘狀位能（ratchet potential），此種棘狀位能能夠達到阻擋帶電離子（如氯離子和鈉離子）穿過，並推動水分子往單一方向移動（unidirectional motion）。

用三片類澱粉蛋白組成的奈米微管（nanotube），巧妙地利用蛋白薄膜表面上的電位差來推動水分子往單一方向移動，同時又能達到阻擋鹽離子穿過—例如鈉離子與氯離子—形成一個自帶「分子馬達」不需外部提供任何能量，就能達到海水淡化處理的效果。

許世宜教授表示，類澱粉蛋白所形成的片狀結構不僅可以自動引導水分子，只要將結構中的一個胺基酸改成帶電，增加奈米微管的親水位能，就能提高水分子與鹽離子的分離效能。實驗成果能讓科學界瞭解仿生材料的自動傳輸機制，以及一種有效且節能的淡化海水方法。

研究團隊就理論上估算，由一片 10×10 平方公分類澱粉蛋白奈米微管組合而成的過濾膜，一天可過濾生產 2.5 噸淡水，是目前已知逆滲透法的 200 倍。

陽明交大新聞稿指出，氣候變遷加劇水資源缺乏的危機，這個仿生奈米材料不僅展示水分子的單向擴散可以發生在奈米級的蛋白質表面，也對未來發展高產量、低耗能、低碳排的海水淡化機制找到一種新的候選材料及新的研究方向。

資料來源：

▍國立陽明交通大學—天空不下雨、缺水怎麼辦？陽明交大奇想：以阿茲海默症類澱粉蛋白來過濾海水

▍陽明交大生命科學系暨基因體科學研究所—許世宜教授實驗室發現低耗能高產量的海水淡化奈米新材料刊登於頂尖國際學術期刊《Small》

▍Molecular Dynamics Simulations of High-Performance, Dissipationless Desalination across Self-Assembled Amyloid Beta Nanotubes

▍中央社—阿茲海默症幫凶變身類澱粉蛋白可有效淡化海水

紀路編輯 / 王子嘉

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