更好的污水处理?这是一个包装

赖斯针对耐药细菌的“诱捕-杀灭”策略变成了“wrap”、“trap”和“zap”

石墨烯的屏蔽层可以帮助粒子摧毁废水处理厂中的耐抗生素细菌和自由漂浮的耐抗生素基因。

由莱斯大学和上海同济大学的科学家开发的石墨烯氧化物包裹纳米球，提高了细菌亲和力和活性氧的生成，增强了废水中的抗菌失活。灭活抗生素耐药菌(ARB)在球表面光催化位点附近释放的抗生素耐药基因(eARG)有助于降解。(资料来源:阿尔瓦雷斯研究小组/莱斯大学)

可以把莱斯大学(Rice University)制定的新策略想象成“包围、陷阱和打击”。

在爱思唯尔的《水研究》杂志上，水稻环境科学家佩德罗·阿尔瓦雷斯和上海同济大学环境工程教授张亚磊的实验室介绍了包在氧化石墨烯中的微球。

自2013年首次在污水处理厂发现耐抗生素的“超级细菌”以来，Alvarez和他在水稻纳米系统工程研究中心的合作伙伴们一直致力于消除它们。

Alvarez说:“众所周知，超级细菌会在废水处理厂繁殖，当废水消毒时杀死它们，它们就会释放出细胞外的抗生素抗性基因(ARGs)。”“这些ARGs然后被排放，并可能在接收环境中转化本地细菌，成为电阻贮存体。”

他说:“我们的创新将最大限度地减少细胞外ARGs的排放，从而减缓废水处理厂耐药性的传播。”

扫描电子显微镜图像显示，层状纳米板周围有一层氧化石墨烯外壳，而纳米板构成粒子的核心，可以捕获并消灭耐抗生素细菌及其释放的耐药基因。由Rice大学和同济大学研发的包裹式球对污水处理厂二次出水的消毒效果是不含氮掺杂氧化石墨烯的球的3倍。(资料来源:李德义/同济大学)

水稻实验室在二次废水废水中展示了包裹着氮掺杂氧化石墨烯的铋、氧和碳球体
2核，
2灭活耐多药大肠杆菌和降解编码耐药基因的质粒。

与单独使用石墨烯包裹的球体相比，石墨烯包裹的球体产生的活性氧(ROS)是前者的三倍，从而杀灭污水中的有害物质。

这些球体本身是光催化剂，在暴露于光下时会产生ROS。实验室试验表明，包裹球形可降低活性氧清除剂对溶液的消毒能力。

研究人员说，在外壳中加入氮增加了它们捕获细菌的能力，使催化球体有更多时间杀死细菌。增强后的颗粒会立即捕获并降解死菌释放的耐药基因，然后再污染废水。

“包裹增强了细菌表面和外壳之间的疏水相互作用，从而提高了细菌对微球的亲合力，”该研究的共同第一作者、赖斯布朗工程学院博士后研究员俞平峰说。“这减缓了ROS的稀释和背景成分的清除，促进了释放的ARGs的立即捕获和降解。”

电子显微镜图像显示大肠杆菌被包裹的微球捕获在Rice和同济大学。该球体用于消毒污水处理厂的二次废水，是耐抗生素细菌和耐抗生素基因的滋生地。(资料来源:李德义/同济大学)

由于包裹的球体足够大，可以从已消毒的污水中过滤出来，它们可以被重复利用，余说。实验表明，该球的光催化活性相对稳定，10次循环后活性没有明显下降。这比同样的球没有包裹的循环寿命要好得多。

上海同济大学的李德义(音译)是该论文的联合第一作者。合著者是同济大学的周学飞和张学飞，以及耶鲁大学化学与环境工程教授、教授金在洪。Alvarez是George R. Brown土木与环境工程教授，化学教授，材料科学与纳米工程教授，化学与生物分子工程教授，并担任纽特大学主任。

国家自然科学基金、国家自然科学基金和国家重点研发项目资助了该研究。