1 .主讲人: 伊藤喜光(东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业副教授/JST先驱研究员)
佐藤浩平(研究当时:东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业博士课程学生，现所属:东京工业大学生命理工学院助教)
相田卓三(理化学研究所创发物性科学研究中心副中心长/东京大学卓越教授(国际高等研究所东京学院) )
2 .发布要点: ◆用超分子聚合(注2 )开发了内壁像特氟隆(注1 )表面那样被氟紧密复盖的纳米管。 ◆这个纳米管不透水，但是以此前的目标水通道蛋白(注3 )的4500倍的速度透水。 ◆有助于开发将海水高速转化为淡水的新一代水处理膜。
3 .发布概述:
海水淡化是实现可持续发展社会不可缺少的课题，至今已开发了各种各样的水处理膜。 但是，要解决全球规模的饮用水不足，必须破例提高现在使用的水处理膜的能力。 这次，东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业的伊藤喜光副教授、佐藤浩平研究生(研究当时)、相田卓三卓越教授(本务:理化研究所创发物性科学研究中心副中心长)等研究小组，在特氟隆表面一样内壁被氟紧密覆盖的内径0.9纳米(注4 ) 这个纳米管虽然不透水，但是以迄今为止的目标水通道蛋白的4500倍的速度透过了水。 一般来说，很难同时满足高透水性和高除盐能力，但在这里，为了使紧密的氟表面切断水分子的结合，同时阻止氯离子(注5 )的侵入，实现了前所未有的盐水脱盐速度。 这一成果有望与应对全球规模饮用水不足的超高速水处理膜的开发相关。 本研究成果于2022年5月12日(美国东部夏令时间)刊登在美国科学杂志《Science》的在线版上。
4 .发布内容: 海水淡化是实现可持续发展社会不可缺少的课题，至今已开发了各种各样的水处理膜。 高速淡化海水技术的开发被列为2015年联合国峰会通过的可持续发展目标( SDGs )的第六项。 但是，要解决全球规模的饮用水不足，必须破例提高现在使用的水处理膜的能力。 在提高水处理膜能力的基础研究中，迄今为止“水通道蛋白”备受瞩目。 水通道蛋白有一个内径0.3纳米的小孔，只有一个水分子才能透过，同时具有高的水透过能力和高的除盐能力。 迄今为止，受水通道蛋白的结构和性能的启发，有报道了碳纳米管(注6 )等模仿水通道蛋白的各种纳米管，但没有报道明显超过水通道蛋白的性能。 这次，本研究小组通过用称为超分子聚合的方法将内侧紧密结合有氟原子的大环状化合物重叠成一列，得到了内壁像特氟隆一样紧密被氟覆盖的氟化纳米管。 评价该纳米管的水透过性和除盐能力，发现其水透过性是水通道蛋白的4500倍，但不通过盐。 开发的氟化纳米管(图中)具有比迄今为止开发的水透过纳米管大得多的0.9纳米这样的内径，例如NaCl看起来容易穿过，但事实并非如此。 这是因为氟化纳米管的内壁带负电，不允许同样带负电的氯离子进入。 另外，氟化纳米管的内表面具有瓦解作用于水分子之间的键(氢键，注7 )的功能。 一般作为几分子团存在的水，一旦进入纳米管内部就会变得零散，结果减少了水和管内壁之间的摩擦，实现了超高速的水透过。 迄今为止，开发水透过纳米管的指南总是基于水通道蛋白。 但是，本研究的动机与之截然不同，是出于“如果制造出具有像teflon那样内壁的纳米管来排斥水，水会呈现出怎样的透过行为呢？”的好奇心而派生出来的。 如果这次的氟化纳米管能够形成在同一方向紧密排列的膜，就不用说现有的水处理膜了，与铺有水通道蛋白的虚拟膜、铺有碳纳米管的虚拟膜相比，也期待有绝对高的水处理能力(图下)。 本研究提供了超高速水处理膜的设计指南。 本研究是在科研费“基础研究b (课题编号: 21H01903 )”、JST先驱“未来材料(课题编号: JPMJPR21Q1 )”、“基础研究s (课题编号: 18H05260 )”的支持下进行的。 5 .发表杂志: 杂志名称:《Science》(在线版: 5月12日) 论文标题: ultra fast water permeation through nano channels with a densely fluoro us interior surface . 作者: Yoshimitsu Itoh，* Shuo Chen，Ryota Hirahara，Takeshi Konda，Tsubasa Aoki，Takumi Ueda，Ichio Shimada，James J. Cannon，con Junichiro Shiomi，Kazuhito V. Tabata，Hiroyuki Noji，Kohei Sato，* and Takuzo Aida* DOI编号: 10.1126/science.abd0966 6 .研究组的组成: 伊藤喜光(东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业副教授/ JST先驱研究员) 陈硕(东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业博士课程1年) 平原良太(研究当时:东京大学研究生院工程系研究科化学生命工程专业硕士研究生) 誉田刚士(研究当时:东京大学研究生院工程系研究科化学生命工程专业硕士研究生) 青木翼(东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业博士课程3年) 上田卓见(东京大学研究生院药学系研究科药物科学专业副教授) 嶋田一夫(研究当时:东京大学研究生院药学系研究科药科学专业教授，现所属:理化研究所生命功能科学研究中心团队组长) James J. Cannon (研究当时:东京大学研究生院工学系研究科机械工学专业特任助教，现所属:九州大学机械工学部门副教授) Cheng Shao (东京大学研究生院工程系研究科机械工程专业特聘研究员) 盐见淳一郎(东京大学研究生院工学系研究科机械工学专业教授) 田端和仁(东京大学研究生院工学系研究科应用化学专业副教授) 野地博行(东京大学研究生院工学系研究科应用化学专业教授) 佐藤浩平(研究当时:东京大学研究生院工学系研究科化学生命工学专业博士课程学生，现所属:东京工业大学生命理工学院助教) 相田卓三(理化学研究所创发物性科学研究中心副中心长/东京大学卓越教授(国际高等研究所东京学院) )
7 .术语解释: (注1 )特氟隆: 聚四氟乙烯的一种，是含有大量氟原子的氟树脂。 表面具有氟原子紧密复盖的结构，具有高稳定性和高疏水性等特征，因此被用于平底锅的涂层等。 杜邦注册商标。 (注2 )超分子聚合: 在传统的聚合反应中，作为原料的小分子通过强不可逆的键连接，形成链。 一旦形成的锁链不能轻易切断。 另一方面，在超分子聚合中，由于弱引力相互作用，作为原料的小分子相互“粘接”生成链。 生成的链可以容易地切断、重建。 (注3 )水通道蛋白: 一种存在于细胞膜上的蛋白质，与细胞的水摄取有关，具有只有水分子选择性地透过内径0.3纳米的孔，而离子和其他物质不透过的性质。 1991年由彼得·阿格莱等人发现。 (注4 )纳米: 1纳米是1，000，000，000分之一米。 (注5 )氯化物离子: 是构成盐的两个离子中的一个( CL–)，具有负电荷。 另一个离子是带正电荷的钠离子( Na+ )。 (注6 )碳纳米管: 由碳的六元环网络制成的薄片(石墨烯)呈管状。 存在具有0.4〜50纳米以上的各种内径的物质。 1991年由饭岛澄男发现。 (注7 )氢键: 像氧和氮这样带负电的原子，通过电弱带正电的氢静电连接的结合。 8 .附件:
fig1图:超高速水渗透与脱盐并重的氟化纳米管
新闻稿正文: PDF文件science:https://www.science.org/doi/10.1126/science.Abd 0966
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