Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp một loại polyme lấy cảm hứng từ sinh học để lọc nước. Polyme này được thiết kế để mô phỏng phytochelatin, một protein thực vật có khả năng bắt giữ và trung hòa các ion kim loại nặng có hại một cách chọn lọc. Sự bắt giữ siêu chặt của polyme này cho phép dòng nước chảy qua hệ thống và loại bỏ hiệu quả các ion cadmium khỏi nước bị ô nhiễm, tạo nước uống an toàn. Hệ thống này có khả năng chọn lọc kim loại nặng và cung cấp một cách mới để loại bỏ các chất gây ô nhiễm cụ thể khỏi nước.

Nước uống sạch là nhu cầu cơ bản đối với sức khỏe của chúng ta. Tuy nhiên, khi dân số toàn cầu tăng lên, việc đạt được điều này cho tất cả các cộng đồng trên toàn thế giới trở nên khó khăn hơn.

Hiện tại, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu từ Liên minh HeKKSaGOn - có sự tham gia của các nhà khoa học từ Đại học Kyoto, Đại học Osaka và Đại học Heidelberg (Đức) - đã lấy cảm hứng từ một loại protein có trong thực vật, tạo ra một cách mới để loại bỏ các ion kim loại nặng có hại khỏi nước.

Mặc dù các phương pháp lọc nước hiện tại có hiệu quả đối với khối lượng nước lớn, nhưng nhìn chung chúng không chuyên biệt cho các ion kim loại nặng. Điều này có nghĩa là chúng cũng loại bỏ các ion không gây hại, khiến các phương pháp này kém hiệu quả. Phytochelatin, một loại protein được bảo tồn cao trong thực vật, không gặp phải vấn đề này.

Phytochelatin liên kết chuyên biệt với các ion kim loại nặng và sau đó di chuyển chúng đến không bào nơi chúng không thể gây hại. Các nhà nghiên cứu muốn biết cách phytochelatin đạt được điều này như thế nào. Nhóm nghiên cứu đã xem xét các cấu trúc cơ bản của phytochelatin để xác định cách nó phân biệt và liên kết với một số ion nhất định, trong trường hợp này là cadmium.
  Masaki Nakahata, tác giả chính từ Đại học Osaka giải thích: "Chúng tôi đã xác định được hai nhóm -- carboxylate và thiolate -- và tổng hợp một loại polyme chứa các nhóm này". Bằng cách gắn polyme vào các hạt silica và màng cellulose, nhóm nghiên cứu có thể cô đặc chúng trở thành một thể tích cực nhỏ. Sau đó, các nhà nghiên cứu cho nước bị ô nhiễm chảy qua polyme, các ion cadmium được loại bỏ rất hiệu quả, thu được nước uống đạt chuẩn trong một giờ.

Việc có cả nhóm carboxylate và thiolate trong cấu trúc polyme đã được chứng minh là chìa khóa thành công của polyme tổng hợp. Việc giới hạn polymer này ở một thể tích cực nhỏ và tạo ra một hệ thống dòng chảy đã đẩy mạnh đáng kể khả năng tải của nó. Hệ thống có độ đặc hiệu cao đối với các ion cadmium so với các ion kim loại cần thiết cho sức khỏe, chẳng hạn như magiê và canxi. Polyme này cũng có thể có ái lực tương đối cao đối với các ion thủy ngân, cho thấy nó có thể có hiệu quả trong việc loại bỏ các kim loại nặng khác.

Motomu Tanaka, tác giả chính và là nhà khoa học tại cả hai Đại học Heidelberg và Đại học Kyoto cho biết thêm,"Chúng tôi không ngạc nhiên khi thực vật có được một bộ máy cực kỳ tinh vi như vậy trong quá trình tiến hóa, bởi vì sinh học không làm ra điều vô nghĩa. Tuy nhiên, chúng tôi rất vui mừng khi thấy polyme lấy cảm hứng từ thực vật của chúng tôi thậm chí còn vượt qua được những gì protein thực vật có thể làm".

Thành tựu của nhóm nghiên cứu, tổng hợp một loại polyme lấy cảm hứng từ protein thực vật để thu giữ các ion cadmium, rất hứa hẹn vì polyme này đặc hiệu với các ion kim loại nặng độc hại và hoạt động theo phương pháp dòng chảy. Những đặc điểm này được kỳ vọng sẽ cải thiện hiệu quả xử lý nước - một chiến thắng cho nước sạch.

Nguồn: Sciencedaily.com