近日，环境领域顶级期刊《ACSESTWater》发布了关于APQ过滤技术的新成果，主要研究成果为碳纳米材料仿生屏障、有机仿生屏障、肽孔仿生屏障三项。APQ（又名APQ纳米级仿生屏障）是一种纳米级过滤技术，通过模拟生物系统中微纳米多尺度结构、功能及原理等，利用纳米材料和生物技术等仿生学原理研制具有优异性能的新型科技。科学家利用碳分子、有机亚基分子、短杆菌肽等纳米材料构建新型水分子过滤通道；相比传统RO反渗透膜其具有传输效率高、精确调控、通量大、高选择性等主要优势。20世纪50年代以来，人们深刻认识到仿生技术等科技对推动人类社会发展的重要性，不断将纳米科技、生物技术和仿生技术相结合，研究新型纳米仿生屏障技术，利用生物膜透性、专一性、隔离性等专属特性，应用在能源、环境、医疗与生命健康等领域。早年研制的水通道蛋白过滤技术面临蛋白失活、通量受限、选择性差的问题。为实现水通道高渗透、高选择、低能耗特性，研究人员将纳米材料及仿生科技结合。年Nature上首次报道了利用分子模拟的方法研究水分子在碳纳米管（CNTs）内的扩散行为和传输原理，实现水分子的高速运输。年Fei等首次通过N，N′-二醋酸溴化咪唑与锌反应合成了基于两亲性络合物的纳米仿生水通道。X-射线衍射与固态NMR表征发现，在通道中有单层水链且收缩部位的孔径仅2.6埃（1埃=0.1纳米）。APQ纳米仿生过滤以纳米材料的孔径优势及类似于生物膜的非极性、疏水性特点，可在仿生水处理膜两端实现水分子的高效渗透。该纳米结构同时只允许水分子通过，可将水中的细菌、重金属等有害物质隔离在仿生膜外端，同时以其单方向运输方式阻碍水分子“逆渗透”，利用其高选择专一性形成一道安全的仿生屏障，被研究人员称为“水纳米仿生屏障”。技术的应用方面，近年来，国内外研究学者不断精进APQ纳米仿生屏障技术，不断挖掘纳米材料在仿生学上的技术运用。科学家利用APQ纳米仿生屏障技术对水分子团的专一特性，对传统水通道蛋白仿生膜进行改良。APQ纳米仿生屏障技术主要是通过运用不同密度的纳米丝网和多层纳米纤维膜、聚碳酸酯(PC)、碳基分子上建构出新型的仿生智能纳米孔道。以牛血清白蛋白(BSA)为模板蛋白，在蛋白质表面原位聚合一层pH响应降解的疏水性高分子膜，并在膜上偶联选择功能分子，控制水分子通过时，在选择功能分子和纳米孔道端电位瞬态耦合下，形成2-4个分子结构的偶性小分子团水。该孔道具有良好的生物相容性、纳米级精度、高孔隙率和灵活可操控性，形成一个全方位3D多层高通量水纳米仿生屏障。APQ纳米仿生屏障技术已运用在了水处理、医学、化妆品和纺织品等技术领域。淡水资源短缺这一问题有望通过APQ纳米仿生屏障这一前沿膜法水处理技术得到攻克。（陈枫林）