大阪大学和德国海德堡大学等合作，开发出了一种能大量捕捉水中有害物质的高分子材料。研究的灵感来源于植物通过根系吸收水分时去除有害物质的机制，是一种模仿植物和动物生理机制，并将其应用于工业的“仿生技术”。研究团队的目标是实现该技术在高效净水系统中的实际应用。
受植物中蛋白质的功能启发，去除水中的重金属（供图：大阪大学）
一些植物具备在受污染的水环境中也能生存的能力。这是因为植物细胞中的一种名为“植物螯合素”的蛋白质只与水中的重金属离子结合，结合后的重金属离子毒性会消失，并被封闭在细胞中的“垃圾处理场”——“液泡”内。
研究团队分析了这种蛋白质的化学结构，并开发出一种新型高分子材料。该材料可以与对生物有害的镉离子和汞离子结合，但与无害的钙离子和镁离子结合的概率只有约万分之一。
研究团队使用这种材料进行与工业废水污染程度相当的水实验后，发现水中的镉离子浓度下降至与饮用水相同的水平。此次开发的高分子材料与重金属离子的结合能力约为植物蛋白质的约1000倍。
既往的净水系统通常使用离子交换树脂来交换离子，或者使用捕捉匹配孔径的的多孔材料来捕捉离子。但是这类系统不仅会捕捉对人体有害的镉离子和汞离子，也会捕捉无害物质，而新型高分子材料可以特定去除有害离子，将有助于开发高效的净水系统。
在金属矿山周边和地下水被污染的地区种植植物来改善水环境的方法被称为“植物修复”，这一技术已在全球范围内得到广泛使用。大阪大学的中畑雅树助教表示：“我们并没有种植植物，而是通过分析植物蛋白质的化学结构设计出了新型材料。”另外，基于相反思路的开发也在取得进展，包括通过植物回收有用金属资源的方法等。
利用自然界生物体所具有的功能进行的技术开发被称为“仿生技术”。仿生技术历史悠久，意大利的莱昂纳多·达·芬奇曾经观察鸟类的飞行方式试图设计飞机。海德堡大学的田中求教授表示：“我们将植物视为老师，希望在仿生的基础上，创造出超越生物的材料。”
类似此次研究这样利用植物功能的事例，还有目前已被广泛使用的模仿荷叶表面微小凹凸结构的排水技术。这种现象被称为“莲花效应（Lotus Effec）”，利用这一机制的耐脏外墙涂料和食品包装材料等已在日本国内和海外得到了实际应用。
原文：《日本经济新闻》、2024/8/20
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Communications
论文：Hyperconfined Bio-Inspired Polymers in Integrative Flow-Through Systems for Highly Selective Removal of Heavy Metal Ions
DOI：doi.org/10.1038/s41467-024-49869-8
