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Take Home Message
• 常見的海水淡化技術包含逆滲透、蒸餾、離子交換法等，但這些方法都需要克服高能耗、高成本、膜汙染、膜壽命等挑戰。
• 類澱粉蛋白若異常堆積在人的大腦，會造成不同的神經退化疾病。筆者團隊發現由「乙型類澱粉蛋白」形成的奈米管，能用於海水淡化。
• 類澱粉蛋白纖維材料具有容易製備、生物相容性、環保等優點，應用於生物傳感器中便可檢測特定的生物分子。

 
極端氣候已造成全球性的乾旱與缺水問題。在全球人口增長下，飲用水、工業用水、農業用水的需求都不斷增加，水資源短缺問題成為世界各國關注的民生和經濟發展核心議題。地球表面有70％被海水所覆蓋，因此有許多國家正在積極研究和發展海水淡化（desalination）技術，例如以色列、新加坡等國家都希望能找出在海水淡化上低能耗、高產量的方法。

淡化海水的方法

逆滲透、蒸餾、離子交換法，是現今經常使用的三種海水淡化技術。逆滲透法利用高壓使海水通過過濾膜並去除鹽分和雜質；蒸餾則是以高溫和高壓將水轉化為蒸氣，主要用於大型工業規模中；離子交換技術通常使用帶有陽離子或陰離子的樹脂，交換和去除鹽分。除此之外，還有電滲透、太陽能蒸餾等新興的海水淡化技術。然而，任何海水淡化技術都仍需要克服高能耗、高成本、膜汙染、膜壽命等諸多技術和經濟上的挑戰。
 
除了傳統的海水淡化技術之外，筆者團隊在近期研究中發現由「乙型類澱粉蛋白」（amyloid beta, Aβ）形成的奈米管（nanotube），具有高產量、低耗能、低碳排特性等可應用於海水淡化的機制。這種奈米管可以自動傳輸水分子，並阻絕鈉離子（Na⁺）與氯離子（Cl^-）的傳送，藉此達到脫鹽效果，使海水淡化效率達到100％。此外，此奈米管還兼具分子馬達（molecular motor）的功能，不需要外部提供任何能量就能達成海水淡化目的。
 
但Aβ究竟是什麼？Aβ形成的奈米管又為什麼具有自動傳輸水分子、淡化海水的功能？
 

阿茲海默症患者腦中的Aβ

當類澱粉蛋白（amyloid，又稱澱粉樣蛋白）不正常堆積在人的大腦中，便會造成不同的神經退化疾病，例如阿茲海默症（Alzheimer's disease）、亨丁頓舞蹈症（Huntington's disease）、帕金森氏症（Parkinson's disease）、肌萎縮性脊髓側索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS，又稱漸凍人）等。正常的蛋白質摺疊成立體結構才具有功能，一旦它的結構由於基因突變、基因表達失調或其他因素而出現錯誤，細胞分子便會自我檢查或啟動分解機制，清除結構錯誤的蛋白質。然而在某些情況下，這些結構錯誤的蛋白質無法被正常清除，就會導致大量的異常蛋白質累積。
 
過往研究發現，阿茲海默症患者的大腦神經細胞外有老化斑塊等病理特徵，且患者的神經細胞內會出現神經纖維糾結（neurofibrillary tangles），並伴隨腦神經細胞突觸喪失及神經元的死亡。這些老化斑塊的主要成分就是Aβ，它是一段包含39～43個胺基酸的胜肽鏈（圖一）。當類澱粉前驅蛋白（amyloid precursor protein, APP）經過特定的分泌酶作用，Aβ便會被釋放並聚集形成水溶性的寡聚體（oligomer），再聚集成水溶性的微纖維，最後這些微纖維互相結合後就會形成不可溶的類澱粉蛋白纖維。阿茲海默症的致病機制可能就是因Aβ的生成和清除之間出現失衡所導致。……【更多內容請閱讀科學月刊第649期】

圖一｜Aβ為一段包含39～43個胺基酸的胜肽鏈。（作者提供）