圖為活性氧生成、電荷轉移動力學及藻類級聯失活途徑的機理闡釋。(大理大學 供圖)
傳統的化學除藻方法極易導致細胞破裂及胞內毒素大量釋放,從而引發嚴重的二次污染。針對這一治理困境,大理大學農學與生物科學學院特聘教授吳明燦團隊與藥學院教授戚克振團隊合作開展深入研究,構建了新型光催化體系,實現滅藻與解毒的同步進行。日前,該成果發表于生物工程與環境科學領域國際頂級期刊《Bioresource Technology》。
研究團隊通過乙醇輔助界面工程策略,成功構建了一種新型的p-p型S型異質結光催化劑。研究利用原位XPS和KPFM等先進技術,在原子水平證實了內建電場驅動的強效S型電荷定向轉移機制。在評估滅藻及解毒機制時,研究系統監測了銅綠微囊藻的細胞密度、光合色素、抗氧化酶及核酸泄漏量等生理生化指標,更關鍵的是結合了高效液相色譜與液質聯用技術,對同步釋放的MC-LR進行了精準定量和產物分析。
結果顯示,在模擬太陽光照射下,該優化復合材料表現出卓越的雙功能性能:在180分鐘內不僅實現了對銅綠微囊藻71%的高效滅活,還同步實現了釋放的微囊藻毒素MC-LR59%的降解。機制研究揭示了完整的“吸附-氧化-裂解”級聯路徑,即從最初的氧化應激反應和光合系統崩潰(葉綠素a減少67%),最終導致不可逆的細胞膜破裂。此外,質譜分析證實,該體系能靶向氧化裂解MC-LR的肝毒性Adda側鏈,實現真正的毒素解毒。
在將該新型光催化體系應用于洱海湖水樣品的驗證測試中,該體系依然保持了極具競爭力的滅活效率。這一成果為前沿材料技術在湖泊治理中的應用奠定了有力的科技基礎,為富營養化水體的安全修復提供了科學依據和堅實的技術支撐。
大理大學農學與生物科學學院為論文第一完成單位,2023級生態學碩士研究生張杰與2023級藥學碩士研究生陸俊宇為論文共同第一作者。農學與生物科學學院特聘教授吳明燦、藥學院特聘副教授林樹及教授戚克振為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金(22268003)和云南省基礎研究計劃項目(202305AF150116)的資助。