饮用水生物安全问题备受人们关注，消毒是饮用水处理工艺中杀灭病原微生物、防止流行疾病传播的关键环节。氯消毒（Cl2）具有杀菌能力强、成本低和持续消毒能力等特点，是我国最常用的消毒技术。然而，氯消毒本质上是对耐氯性细菌的筛选过程，此类“耐氯菌”主要通过表面紧密粘附的胞外聚合物（EPS）、细胞壁/膜中的特异性蛋白和多糖等有机物消耗氯、形成疏水层等屏障作用，防止氯消毒剂渗入胞内、破坏细菌结构和代谢系统。因此，消毒后残留的耐氯菌会在输水管道内生长和繁殖，对水质安全造成严重威胁，如何高效去除耐氯菌成为当前水处理消毒领域关注的重要问题。
暨南大学环境学院暨广东省环境污染与健康重点实验室21级硕士研究生鹿英文、刘海副研究员及其合作者等构建了纳米线电穿孔-氯耦合技术（EP/Cl2），通过低电压驱动下（1.5 V）纳米线尖端限域强电场诱导耐氯菌细胞孔道的形成（细胞EPS/壁/膜），破坏耐氯菌对Cl2的渗入屏障作用，为Cl2氯渗入耐氯菌胞内提供通道，进而实现耐氯菌的高效灭活。EP/Cl2耦合技术在1.5 V-EP和0.9 mg/L-Cl2下，可实现>6 log的耐氯菌灭活（无可培养细菌检出），远高于单独的EP（1.11 log）和Cl2（1.13 log）消毒技术。EP/Cl2技术对耐氯/氯敏感菌和革兰氏阴/阳性细菌在内的广谱细菌，均具有协同强化灭活效果。基于细胞完整性、胞内游离氯水平和细胞形态分析，揭示了EP可有效破坏耐氯菌的细胞EPS/壁/膜，Cl2在渗入胞内过程中可进一步氧化、破坏细菌结构，实现耐氯菌发生膜结构破坏的强化灭活。此外，本研究表明，EP/Cl2在复杂水质条件下（自来水和湖水），仍具有优异的协同消毒性能，这也表明该技术具有良好的应用潜力。
图纳米线电穿孔-氯耦合技术（EP/Cl2）及强化耐氯菌（G+为例）灭活机制
相关成果近期发表于Water Research杂志，本研究受到国家自然科学基金（22206058）和广东省自然科学基金项目（2022A1515010511）联合资助。
Ying-Wen Lu, Xiang-Xing Liang, Chen-Yang Wang, Da Chen, Hai Liu*, Synergistic nanowire-assisted electroporation and chlorination for inactivation of chlorine-resistant bacteria in drinking water systems via inducing cell pores for chlorine permeation. Water Research, 2023, 229: 119399.
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135422013446