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      研究方向 李健
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      深圳國際研究生院吳乾元、楊誠和環境學院胡洪營團隊開發出水處理新型消毒技術
      清華大學新聞網 / 時間:2023-09-26 09:48:41

      清華大學新聞網921日電:消毒是控制病原微生物、阻斷水傳播疾病的關鍵環節。然而,現有消毒技術通過強氧化或紫外輻照作用殺滅微生物,面臨能耗藥耗高、有毒有害副產物易生成等問題。

      近日,清華大學深圳國際研究生院吳乾元、楊誠和環境學院胡洪營團隊報道了一種基于納米尖端的水力學殺菌新機制,即平緩水流可以通過碳包覆納米尖端與細菌的色散作用有效地撕裂細菌。結合理論計算進一步證實,sp2碳與細菌細胞膜具有強烈的色散相互作用,使細菌在流場中被納米尖端捕獲,進而在流場曳力影響下對細菌產生撕扯而破裂細菌(圖1)。

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      圖1.納米尖端水力學殺菌機制原理解析

      研究人員利用多孔泡沫銅制備了碳包覆納米線,當受污染水樣流經該材料時,即可對水中細菌造成嚴重的機械破損(圖2)。結合流場計算、細菌機械強度測試以及細菌受力有限元模擬,證實碳包覆納米尖端的瞬時粘附-流場撕扯效應能夠突破細菌的臨界應力,而水流沖擊下細菌與納米尖端發生的碰撞作用不能破壞細菌。

      該機制可有效殺滅水中的多種典型細菌,并在一個月連續運行過程中保持穩定高效消毒。該技術利用水流動能殺滅病原菌,無需化學試劑或額外的能量供應,避免了二次污染問題。研究成果可為分散式水處理以及偏遠地區的飲用水安全管理提供新的策略,對其他領域的病原微生物控制也將具有啟發意義。

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      圖2. 碳包覆納米線制備及殺菌性能

      相關研究成果近日以“納米尖端水流撕裂殺菌機制助力綠色高效消毒”(Hydrodynamic tearing of bacteria on nanotips for sustainable water disinfection)為題發表在國際知名期刊《自然·通訊》(Nature Communications)上。

      本文通訊作者為清華大學深圳國際研究生院吳乾元副教授、楊誠副教授以及環境學院胡洪營教授,第一作者為清華大學深圳國際研究生院2018級博士生彭露(現為博士后)以及2020級博士生朱浩杰,論文作者還包括清華大學環境學院2019級博士生王浩彬以及清華大學深圳國際研究生院博士后郭鎮斌(現為深圳大學助理教授)。該研究得到國家自然科學基金項目、深圳市自然科學基金項目及清華大學深圳國際研究生院抗疫專項等的資助。

      論文鏈接:

      https://doi.org/10.1038/s41467-023-41490-5

       


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