我国科学家成功研制首张图灵结构清水膜

　　早在60多年前，英国科学家图灵就猜测：某些重复的天然斑图可能是由两种特定物质（分子、细胞等）彼此反响或效果产生的。经过一个被他称为“反响-分散”的进程，这两种组分将会自发地自组织成斑纹、条纹、环纹、螺旋或是斑斓的斑驳等结构。后来的科学家证明了这个猜测，并将这类结构称为“图灵结构”。

　　长期从事膜科学研讨的浙江大学化学工程与生物工程学院张林教授团队把图灵结构与膜研讨结合起来，榜首次在薄膜上制作出了纳米标准的图灵结构。这项初次面向应用范畴构建图灵结构的研讨成果，于5月4日宣布在世界尖端期刊《科学》上。

　　（图灵结构产生的示意图。左面是指在反响-分散进程中两个反响物——活化剂和按捺剂的彼此效果；右边是该进程中产生的两种典型图灵结构。）

　　界面聚合制备超薄别离膜技能从上个世纪80年代面世沿用至今，现已适当老练，但同是界面聚合制备的纳滤膜和反渗透膜尽管制备工艺和反响机理完全一致，但两者的外表结构却差异很大：纳滤膜外表非常润滑，而反渗透膜外表呈峰谷结构，较为粗糙。

　　为什么会有如此显着的不同？张林团队决议对这个被“忽视”的问题进行深入研讨。在深究差异原因时，他们发现界面聚合进程归于典型的“反响-分散”系统。这个令人兴奋的发现，让他们很快联想到了图灵结构的构成条件。“咱们在剖析差异原因的进程中就在想，有没有可能把纳滤膜做成图灵结构？”

　　经过仔细剖析和评论，研讨团队提出在分散系数小的反响物水溶液中参加阻止反响物分散的亲水大分子。在很多的试验中，科研人员测验增加各种亲水大分子，使溶于水的反响物向油中分散的速率降下来，并在水与油的触摸面上，与油中的反响物产生反响构成具有周期性改变的图灵结构的新式纳滤膜。

　　在长期的不断试验后，科研人员发现聚乙烯醇作为按捺反响物分散的亲水大分子的效果最好。

　　有了聚乙烯醇对反响物分散的“阻止”效果，本来平坦润滑的膜外表真的就“长”出了图灵结构。张林教授介绍，纳滤是当时最先进的水处理技能之一，下降处理本钱将在工业水回用、饮用水安全保证、雨水资源化使用以及西部苦咸水处理等范畴发挥积极效果。

　　在试验上成功研制出具有图灵结构的新式膜后，还要从理论上加以证明。判别是否为图灵结构的标准是图画或结构出现周期性改变，而且反响进程中两个反响物的分散之差到达一个数量级以上。图画的周期性改变，科研团队能够经过调查和方程求解得到理论认证，但丈量分散极差一度成为整个验证的难点。

　　纳滤膜的界面聚合制备，往往只需要不到一分钟的时刻就完成了，而参加亲水大分子后分散速率的改变传统的测验办法简直失灵。终究科研人员经过核磁共振进行表征，测定了参加亲水高分子后两个反响物分散速率差，验证了试验的确成功制备了一种具有图灵结构的新式别离膜。

　　关于这项研讨，三位论文评定专家都给出了很高的点评。其间一位评定专家觉得，这是一种很风趣的新式脱盐薄膜，“据我所知，这是初次测验在薄膜上制作纳米标准图灵结构的报导”。

　　浙江大学化学工程与生物工程学院2014级博士生谭喆为本文的榜首作者，张林教授为本文的通讯作者。化学工程与生物工程学院陈圣福教授、化学工程与生物工程学院兼职教授高从堦院士和浙江大学材料科学与工程学院彭重生教授协作参加了课题研讨。本研讨得到了国家天然科学基金和国家基础研讨方案的支撑。