66年後,圖靈的化學理論可以解救數百萬人的生命

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英國著名數學家、密碼學家、電腦科學之父艾倫圖靈(Alan Turing) 在二戰時破解了德軍的恩尼格瑪密碼(Enigma Code)扭轉了局勢,並為電腦的發展奠定基礎,圖靈發表過一篇關於生物化學的論文。 66年後,他提出的想法正在被用來對抗缺水的問題,這能夠解救數百萬人的性命。

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圖靈的論文提出兩種化學物質,一種如何觸發反應而另一種抑制反應,從而產生復雜的結構。 這個稱為形態發生(morphogenesis)的過程解釋了斑馬為何有條紋和葉子為何纏繞莖的方式。 四年前,這理論第一次被實驗證實。 儘管形態發生在身體形態發展中的作用仍然存在爭議,但有證據表明它對於我們形成手指和腳趾是必不可少的。

中國浙江大學的一個研究小組將圖靈的理論應用於聚合物膜的生產。 這研究發表在Science裡,他們宣布透過這種方法,他們能夠生產出比現有膜還要好能夠從海水中去除鹽分的膜。

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當抑制物比激化物更容易擴散時會發生形態發生,這被描述為「局部激化和側向抑制」(local activation and lateral inhibition)的過程。 我們看到這種效果在豹的外皮上,激化物在起始點周圍產生黑髮,但抑制物將它抑制越來越遠,使其他部分變黃。

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張林教授及同事從分子哌嗪和均苯三甲酰氯製造了一種薄聚合物,但添加了限制哌嗪擴散的分子。 結果是多孔聚合物膜,其中一些具有幾十億分之一米寬的斑點圖案,而另一些是條紋圖案。 從三維角度來看,作者將激化區域描述為「泡沫或管狀」。 以這種方式生產的膜比現有膜的厚度還要薄一半。

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重要的是,這些圖靈結構的膜比逆滲透(Reverse osmosis)更容易讓水通過(同時阻斷大部分鹽)。 因此,他們比現有的膜還要更容易將鹽水淡化。 調查顯示這是由於膜內的高滲透性。

以這種膜大量生產是否實際可行,或將生產規模擴大到所需要的範圍還有待觀察。 但是,這項研究有可能為受到飲用水短缺和乾旱威脅的農民與城市提供生命線。

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隨著氣候變遷改變了降雨模式,並使一些地區高溫乾燥,更好的海水淡化方案正在出現,以滿足需求。 基於圖靈的膜是否證明是最好的選擇還有待觀察,但顯然的,我們還沒有完成完全了解他驚人貢獻的工作。

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來源: IFLSCIENCE