图灵结构示例。(图片来源:L. Yang 和 I.R. Epstein/Youtube) 水,毫无疑问,非常重要。它是生命繁衍的关键要素,也是化学上重要的“万能溶剂”,能够促进许多熟悉的化学反应。而且,我们必须饮用水,否则就会死亡。这正日益成为一个令人担忧的问题。南非的开普敦勉强推迟了其水龙头将完全干涸的“零日”,推迟到 2019 年。美国西南部也面临着同样干旱的未来。然而,地球却相当湿润——71%的表面都被水覆盖。但正如塞缪尔·泰勒·柯勒律治提醒我们的那样,“到处都是水,却没有一滴可饮。”其中大部分水是咸的,而我们人类的消化系统根本无法忍受。因此,除非进化能够以惊人的速度进行,否则我们最好的办法就是提高从海水中提取盐的能力,这个过程被称为海水淡化。而现在,得益于几十年前首次提出的新颖生产技术,中国研究人员的一支团队可能让我们离这个解渴的目标更近了一步。
工程自然
1952 年,计算机科学先驱艾伦·图灵发表了他唯一的化学论文,《形态发生化学基础》。他基本上提出了一种解释自然界中斑点和条纹等图案形成方式的方法,结果表明它也为科学家们提供了可以有目的地实现这一目标的方法。多么贴切,图灵竟然提出了一个方法来工程化自然反应以产生期望的输出。其工作原理如下:如果你有能够激活和抑制反应的化学物质——基本上,有些东西会阻止正在发生的事情,而另一些则会促进它——那么这些停止和启动就会产生图灵所说的能够形成停滞的自然图案:斑点、条纹,甚至是螺旋。
膜分离
中国研究人员创造了其中一种“图灵结构”,在分子水平上形成了图案,从而形成了一种能够有效过滤海水中的盐分的膜。该团队的膜由一种称为聚砜的聚合物制成,与传统的纳滤膜相比,它在分离水和盐方面效果更好。而且,更好的是,它似乎没有传统过滤器那种典型的权衡取舍——要么获得更大的水流量,要么获得良好的水盐分离。这种新物质在这两方面都表现出色。研究结果今天发表在《科学》杂志上。 因此,我们不仅有了一种将图灵的最后想法付诸实践的酷新方法——让科学家在构建和操纵材料时能够更好地控制——而且他们实际上在制造过程中还创造了一种有用的材料。当然,我们还没有达到膜能够真正解任何人喉咙的程度,但任何能让我们走向更安全饮用水的道路的进步都是积极的一步。














