抗生素耐药菌（ARB）及其携带的抗性基因（ARGs）作为新兴污染物，被WHO视为21世纪全球性公共健康的两大威胁。高级氧化技术是去除水中ARGs的重要方法，但由于细胞膜、细胞质等的氧化竞争作用，导致氧化剂利用效率低、ARB胞内i-ARGs削减难等问题突出。
广东省环境污染与健康重点实验室20级硕士研究生皮霜玉、陈达教授和刘海副研究员等以高效去除ARB胞内i-ARGs为目标，基于纳米线避雷针效应形成的尖端强电场和电化学活性区域，开发纳米线限域强电场-电化学作用协同的氧化技术。通过限域强电场诱导ARB细胞形成膜孔，强化电化学生成的氧化性物质向胞内的扩散效率，实现膜穿孔-氧化降解协同高效削减i-ARGs的策略。围绕上述目标，本研究通过制备Co3O4涂层和纳米线修饰的石墨毡电极，构建电极内过滤式反应器。通过电化学性能表征和氧化性物质检测，发现纳米线电极可在更低供电压下生成更高浓度的氧化性物质；通过活/死菌染色和细胞形貌表征，发现氧化性物质可氧化破坏、扩大电穿孔膜孔尺寸，进而强化i-ARGs渗出胞外和活性物质渗入胞内；上述限域强电场-电化学协同作用可实现i-ARGs高效降解，其能耗比涂层修饰电极低6-9倍；最后，本研究发现该技术可显著抑制ARGs水平转移风险，并可有效去除自来水中ARB和i-ARGs。本研究开发的纳米线限域强电场-电化学协同技术可为i-ARGs高效去除提供一种有效手段。
相关成果近期发表在ACS Nano和Chemical Engineering Journal期刊上，本研究受到国家自然科学基金项目（2220605）和广东省自然科学基金项目（2022A1515010511）联合资助。
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.
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c11811
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722004739