抗生素耐藥菌（ARB）及其攜帶的抗性基因（ARGs）作為新興污染物，被WHO視為21世紀全球性公共健康的兩大威脅。高級氧化技術是去除水中ARGs的重要方法，但由于細胞膜、細胞質等的氧化競争作用，導緻氧化劑利用效率低、ARB胞内i-ARGs削減難等問題突出。
廣東省環境污染與健康重點實驗室20級碩士研究生皮霜玉、陳達教授和劉海副研究員等以高效去除ARB胞内i-ARGs為目标，基于納米線避雷針效應形成的尖端強電場和電化學活性區域，開發納米線限域強電場-電化學作用協同的氧化技術。通過限域強電場誘導ARB細胞形成膜孔，強化電化學生成的氧化性物質向胞内的擴散效率，實現膜穿孔-氧化降解協同高效削減i-ARGs的策略。圍繞上述目标，本研究通過制備Co3O4塗層和納米線修飾的石墨氈電極，構建電極内過濾式反應器。通過電化學性能表征和氧化性物質檢測，發現納米線電極可在更低供電壓下生成更高濃度的氧化性物質；通過活/死菌染色和細胞形貌表征，發現氧化性物質可氧化破壞、擴大電穿孔膜孔尺寸，進而強化i-ARGs滲出胞外和活性物質滲入胞内；上述限域強電場-電化學協同作用可實現i-ARGs高效降解，其能耗比塗層修飾電極低6-9倍；最後，本研究發現該技術可顯著抑制ARGs水平轉移風險，并可有效去除自來水中ARB和i-ARGs。本研究開發的納米線限域強電場-電化學協同技術可為i-ARGs高效去除提供一種有效手段。
相關成果近期發表在ACS Nano和Chemical Engineering Journal期刊上，本研究受到國家自然科學基金項目（2220605）和廣東省自然科學基金項目（2022A1515010511）聯合資助。
Hai Liu, Wei Huang, Yang Yu, and Da Chen*, Lightning-rod effect on nanowire tips reinforces electroporation and electrochemical oxidation: An efficient strategy for eliminating intracellular antibiotic resistance genes, ACS Nano 17 (2023) 3037−3046.
Shuangyu Pi, Mingying Sun, Yuefei Zhao, Yunxiao Chong, Da Chen, Hai Liu*, Electroporation-coupled electrochemical oxidation for rapid and efficient water disinfection with Co3O4 nanowire arrays-modified graphite felt electrodes, Chemical Engineering Journal 435 (2022) 134967.
論文鍊接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c11811
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722004739
