APQ（又名APQ納米級仿生屏障）是一種納米級過濾技術，通過模擬生物系統中微納米多尺度結構、功能及原理等，利用納米材料和生物技術等仿生學原理研製具有優異性能的新型科技。科學家利用碳分子、有機亞基分子、短桿菌肽等納米材料構建新型APQ水分子過濾通道；相比傳統RO反滲透膜，APQ具有傳輸效率高、精確調控、通量大、高選擇性等主要優勢。
基本介紹
- 外文名：APQ
- 別名：APQ納米級仿生屏障
- 主要作用：水處理、醫學、化妝品和紡織品等技術領域
- 發現者：彼得·阿格雷
- 發現日期：20世紀50年代中期
- 優勢：傳輸效率高、精確調控、通量大、高親和性、化學性穩定等
發現背景,主要功能,技術運用,
發現背景
20世紀50年代以來，人們認識到仿生技術等科技對推動人類社會發展的重要性，將納米科技、生物技術和仿生技術相結合，研究新型納米仿生屏障技術，利用生物膜透性、專一性、隔離性等專屬特性，套用在能源、環境、醫療與生命健康等領域。
早年研製的APQ水通道蛋白過濾技術面臨蛋白失活、通量受限、選擇性差的問題。為實現水通道高滲透、高選擇、低能耗特性，研究人員將納米材料及仿生科技結合。2001年Nature上首次報導了利用分子模擬的方法研究水分子在碳納米管（CNTs）內的擴散行為和傳輸原理，實現水分子的高速運輸。2005年Fei等首次通過N，N′-二醋酸溴化咪唑與鋅反應合成了基於兩親性絡合物的納米仿生水通道。X-射線衍射與固態NMR表徵發現，在通道中有單層水鏈且收縮部位的孔徑僅2.6埃（1埃=0.1納米）。
APQ納米仿生過濾以納米材料的孔徑優勢及類似於生物膜的非極性、疏水性特點，可在仿生水處理膜兩端實現水分子的高效滲透。該納米結構同時只允許水分子通過，可將水中的細菌、重金屬等有害物質隔離在仿生膜外端，同時以其單方向運輸方式阻礙水分子“逆滲透”，利用其高選擇專一性形成一道安全的仿生屏障，被研究人員稱為“水納米仿生屏障”。
主要功能
科研界對於APQ納米仿生屏障的研究，主要有以下三種類別。
1、APQ碳納米材料仿生屏障
碳納米管和石墨烯是用於仿生水通道的常見碳納米材料。碳納米管的狹窄孔徑迫使水分子快速穿過使有機高分子複合膜獲得了較高的水通量。通過在碳納米材料的內部增加胺基酸序列還可以實現對納米孔的精確調控，得到具有優異水通量和高排斥性的複合膜。
2、APQ有機仿生屏障
有機通道是由有機亞基分子自發地在分子間作用力驅動下構築成的具有管狀結構的組裝體。有機通道具有窄孔徑，其內部還存在功能性的區域，具有選擇性過濾作用，可與水分子發生作用，實現水的高效地傳輸。
3、APQ肽孔仿生屏障
短桿菌肽是從短芽孢桿菌的培養物中提取的，其分子是具有左手螺旋空間結構的二聚體，構成穿過雙螺旋膜的通道。學者們將短桿菌肽中交替胺基酸序列用肽環替代，肽環通過氫鍵穩定堆疊從而構成管狀孔通道。肽孔通道所具有窄的孔徑以及存在疏水性胺基酸具有選擇性過濾以及高效的水輸送功能。
技術運用
科學家利用APQ納米仿生屏障技術對水分子團的專一特性，對傳統水通道蛋白仿生膜進行改良。APQ納米仿生屏障技術主要是通過運用不同密度的納米絲網和多層納米纖維膜、聚碳酸酯(PC)、碳基分子上建構出新型的仿生智慧型納米孔道。以牛血清白蛋白(BSA)為模板蛋白，在蛋白質表面原位聚合一層pH回響降解的疏水性高分子膜，並在膜上偶聯選擇功能分子，控制水分子通過時，在選擇功能分子和納米孔道端電位瞬態耦合下，形成2-4個分子結構的偶性小分子團水。該孔道具有良好的生物相容性、納米級精度、高孔隙率和靈活可操控性，形成一個全方位3D多層高通量水納米仿生屏障。
APQ納米仿生屏障技術已運用在了水處理、醫學、化妝品和紡織品等技術領域。淡水資源短缺這一問題有望通過APQ納米仿生屏障這一前沿膜法水處理技術得到攻克。
APQ納米仿生膜具有傳輸效率高、精確調控、通量大、高親和性、化學性穩定等優勢，推動了膜法水處理技術的套用與進步。
