碳封存新招：科學家把玉米皮合成為工業原料

 

J. S. Bach - Partita in C moll BWV 997 - Evangelina Mascardi, Liuto barocco

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【摘要2021.5.11.中時】全球暖化已是人類的生存危機，現在我們需要的不只是節能減碳，還需要把大氣中多餘的碳給收集起來，會光合作用的植物，當然可以來幫忙，只是這個效果是暫時的，當植物枯萎後，腐化作用也就會把原本封存的碳釋放回大氣。

現在科學家提出了一種更持久，甚至更有用的方式，將植物葉子經過化學作用，與矽合作為碳化矽（SiC），這是一種很有價值的工業材料，既固化了碳，又增加了工業材料，一舉多得。

新材料期刊《RSC Advances》上刊登一篇論文，加州索爾科研究所(Salk Institute for Biological Studies)的科學家，用菸草和玉米皮(玉米外面那一層穗與葉)為原料，轉化成碳化矽SiC。碳化矽也稱為金剛砂，是一種超硬材料，常用於陶瓷，砂紙，半導體和LED。他們相信這個工法在商業化之後，可以成為碳封存的一種途徑。

其實，科學家的研究靈感來自大自然，在自然界中，有一種獨特的化石稱為「矽化木」(大陸寫作硅化木)，它的外表與木材無異，但是在地底環境中，高溫高壓的晶化作用，使原本的木質結構全部被代換成矽質，變的相當堅硬。

Salk研究所的喬瑟芬‧諾爾教授(Joseph Noel)說：「我們先從種子階段時中種植菸草，為了加快實驗過程，我們選的菸草是生長期較短的品種。收獲之後，把菸葉冷凍並研磨成粉末，然後用上幾種含矽的化合物進行化合，整個過程中，會把材料加熱到1600°C。

另一位Salk研究人員-蘇珊·托馬斯（Suzanne Thomas）說：「除了菸草，我們也用玉米皮完成了實驗。現在我們能證明，在玉米皮這種農業廢料中，可以形成有效的工業材料，我們也能計算收集固化了多少碳。」

研究分析，植物從種子到收成的過程中，植物中固存的碳，達到原本重量的50,000倍(這並不奇怪，玉米種子到玉米株的體積比例，大約就是50000倍)，證明植物的碳捕捉效率，然而落葉、枯萎，與腐質作用都會使植物損失一些碳，最終只保留了約14％的碳存留在土壤中。

不過，把菸草或玉米皮製作成碳化矽相當耗費能源，研究人員計算出，用玉米皮製造1.8公克的碳化碳，整個過程需要耗費約177度電的能量，其中大部分能量（70％）用於石化步驟中的熔爐。

作者指出，解決這一困境，就是需要靠低碳發電源才能補救，只要利用潔淨電力為能源，這個新技術就可以實現有效率的碳補捉。接下來，研究小組將嘗試轉化其他植物，比如竹子，使碳捕捉更有效果。

新冠肺炎新療法：奈米粒子可捕捉病毒【摘要2021.5.11.中時】新冠肺炎COVID-19已肆虐全球一年半，仍然遲遲看不到平息的希望，需要有更多的高效療法才能挽救。現在芝加哥大學(University of Chicago)的研究人員，發明一種人工奈米粒子，它可以引誘病毒過來，加以捕捉，然後再交由人體免疫系統消滅，因此研究人員稱這是「奈米陷阱療法」(Nanotraps)。

每日科學報(Scitech Daily)報導，這項研究是由芝加哥大學-普利茲克分子工程學院(Pritzker School of Molecular Engineering)的黃軍教授(Jun Huang)領導，他說：「自大流行以來，我們的研究團隊就在設想，能否創造一種類似人造抗體的奈米粒子，從培養皿開始研究，現在證明奈米陷阱能夠有效果。我們對它們的潛力感到興奮。」

博士後研究員陳敏（Min Chen）和研究生吉爾·羅森伯格（Jill Rosenberg）先是剖析新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)與細胞結合的機制，原來病毒表面上有一種稱為ACE2受體蛋白的刺突，可以突破人體細胞的表層，進而滲透進細胞內複製 。

得知病毒的「武器」之後，他們「以其人之道，還治其人之身」，仿造出可以吸引病毒前來結合的特徵，也就是高密度的ACE2蛋白奈米顆粒，然後在同一個奈米粒上，設計吸引抗體前來的蛋白特徵。

這樣的結果是，病毒會附著在奈米粒子上，同時奈米粒子同時會呼叫抗體前來掃毒（這有點像「臥底警察」與罪犯出現在犯案現場，但「臥底警察」旋即通知其他警察前來圍捕）

奈米粒子直徑約為500奈米，這尺寸比細胞小得多。而材料是由美國食品藥物管理局(FDA)批准的聚合物、磷脂所製成，所以不會傷害人體。

研究人員已經用小鼠進行實現，未發現人造奈米物質的毒性。然後，他們先以一種弱化的偽病毒（一種失去複製能力的病毒）進行了奈米捕獲測試，發現奈米粒子真的完全阻止了偽病毒入侵細胞組織。

一旦偽病毒結合到奈米粒子上（大約需要10分鐘），奈米顆粒就會通知巨噬細胞(免疫細胞中的強力角色)前來吞噬，並降解奈米陷阱。據實驗室的表現，奈米粒子在48小時內會被清除乾淨並降解。

研究人員下一步是與阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)合作，以奈米陷阱對付活病毒，結果也獲得成功，並且效果比現有的幾種病毒抑製劑要迅速10倍。

接下來，研究人員還要繼續更貼近實際情況測試，以確定它可以對付新冠病毒。研究人員表示，納米粒子的給藥，既不是口服也不是施打，而是利用過鼻內噴霧器，直接作用在呼吸系統，這樣成效最快也最直接對付病毒。

如果這一套技術可行，或許奈米粒子治療法可以成為其他呼吸道疾病的特效藥，甚至也可以作為疫苗。該技術論文在4月27日的《物質》(Matter)雜誌上發表。