大阪大學和德國海德堡大學等合作，開發出了一種能大量捕捉水中有害物質的聚合體材料。研究的靈感來源於植物透過根系吸收水分時去除有害物質的機制，是一種模仿植物和動物生理機制，並將其應用於工業的「仿生技術」。研究團隊的目標是實施該技術在高效淨水系統中的實際應用。
受植物中蛋白質的功能啓發，去除水中的重金屬（供圖：大阪大學）
一些植物具備在受污染的水環境中也能生存的能力。這是因爲植物細胞中的一種名爲「植物螯合素」的蛋白質只與水中的重金屬離子結合，結合後的重金屬離子毒性會消失，並被封閉在細胞中的「廢棄物處理場」——「液泡」内。
研究團隊分析了這種蛋白質的化學結構，並開發出一種新型聚合體材料。該材料可以與對生物有害的鎘離子和汞離子結合，但與無害的鈣離子和鎂離子結合的機率只有約萬分之一。
研究團隊使用這種材料進行與工業廢水污染程度相當的水實驗後，發現水中的鎘離子濃度下降至與飲用水相同的水平。此次開發的聚合體材料與重金屬離子的結合能力約爲植物蛋白質的約1000倍。
既往的淨水系統通常使用交換樹脂來交換離子，或者使用捕捉配對分組孔徑的的多孔材料來捕捉離子。但是這類系統不僅會捕捉對人體有害的鎘離子和汞離子，也會捕捉無害物質，而新型聚合體材料可以特定去除有害離子，將有助於開發高效的淨水系統。
在金屬礦山周邊和地下水被污染的地區種植植物來改善水環境的方法被稱爲「植物修復」，這一技術已在全球範圍内得到廣泛使用。大阪大學的中畑雅樹助教表示：「我們並沒有種植植物，而是透過分析植物蛋白質的化學結構設計出了新型材料。」另外，基於相反思路的開發也在取得進展，包括透過植物回收有用金屬資源的方法等。
利用自然界生物體所具有的功能進行的技術開發被稱爲「仿生技術」。仿生技術歷史悠久，意大利的萊昂納多·達·芬奇曾經觀察鳥類的飛行方式試圖設計飛機。海德堡大學的田中求教授表示：「我們將植物視爲老師，希望在仿生的基礎上，創造出超越生物的材料。」
類似此次研究這樣利用植物功能的事例，還有目前已被廣泛使用的模仿荷葉表面微小窩凸結構的排水技術。這種現象被稱爲「蓮花效應（Lotus Effec）」，利用這一機制的耐髒外牆塗層和食品包裝材料等已在日本國内和海外得到了實際應用。
原文：《日本經濟新聞》、2024/8/20
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Communications
論文：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
