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chenhuan2007

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[交流] 纳米水泵

新华网北京１０月３０日电　据上海《文汇报》报道，世界首个纳米尺度“小水泵”设计最近在中国科学院上海应用物理研究所诞生。

这个“纳米水泵”能驱赶水分子排成一串“单人”长队，源源不断地飞快通过纳米碳管“隧道”——这可能为人类污水处理、海水净化找到更简捷易行的途径。相关的论文刊登在最近出版
的国际著名学术期刊《自然·纳米技术》上。

进入纳米世界，想让水往一定方向流，就不像在河边安个水泵抽水那么简单了。科学家一直想找到一种方法，让纳米水泵也能像河边的水泵那样，一通电就能把水往一定地方送。

水为何能有序地进出细胞膜？生命体里的蛋白质水通道，给了上海应用物理所方海平等研究人员灵感——一种蛋白质用自己氨基酸残基形成的微弱电极，“牵引”水分子挨个进入或退出细胞，井井有条。

论文第一作者、上海应用物理所在读博士研究生弓晓晶在导师的指导下，将蛋白质上的微弱电极“仿真”到纳米碳管的模型上，让水分子在电场的牵引下，列队通过细小到仅容单个水分子通过的纳米碳管。

令科学家感到意外的是，在纳米尺度下，水分子排队过“隧道”的速度异常迅速——几乎是从经典流体力学估算出的流速的１万到１０万倍。

美国肯塔基大学化学材料工程系布鲁斯·J·辛茨教授在杂志的特约评论中对“纳米水泵”的应用前景给予了高度评价：“分子动力学模拟揭示，这个纳米泵的新概念可以在嵌在高分子基质中的大面积碳管膜中得到验证。有了这一平台，与细胞内控制化学输运的相似机制将会应用到更大的人造薄膜上。这对宏观尺度下的化学分离、水的净化、传感检测以及药物输运有着重要的应用。”

1. A charge-driven molecular water pump
Xiaojing Gong, Jingyuan Li, Hangjun Lu, Rongzheng Wan, Jichen Li, Jun Hu, Haiping Fang

SUMMARY: Understanding and controlling the transport of water across nanochannels is of great importance for designing novel molecular devices, machines and sensors and has wide applications1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, including the desalination of seawater5. Nanopumps driven by electric or magnetic fields can transport ions10, 11 and magnetic quanta12, but water is charge-neutral and has no magnetic moment. On the basis of molecular dynamics simulations, we propose a design for a molecular water pump. The design uses a combination of charges positioned adjacent to a nanopore and is inspired by the structure of channels in the cellular membrane that conduct water in and out of the cell (aquaporins). The remarkable pumping ability is attributed to the charge dipole-induced ordering of water confined in the nanochannels13, 14, where water can be easily driven by external fields in a concerted fashion. These findings may provide possibilities for developing water transport devices that function without osmotic pressure or a hydrostatic pressure gradient.

Nature Nanotechnology (21 Oct 2007) Letter
[search]纳米[/search]

[ Last edited by chenhuan2007 on 2007-10-30 at 13:13 ]

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