编辑推荐：
本文综述了废水中耐药细菌的去除方法，重点探讨了抗菌光动力灭活（aPDI）技术，特别是纳米磁体 - 卟啉杂化物（NMPH）在其中的应用。aPDI 能有效灭活耐药细菌，NMPH 具有可回收、低成本等优势，有望为废水处理带来新突破，值得关注。
废水中耐药细菌的危机与挑战
水是生命维持和众多产业运转的关键资源，然而，随着人口增长和经济发展，水资源愈发紧张，加之细菌耐药性问题日益严重，使得开发高效的水净化消毒策略迫在眉睫。在废水处理领域，耐药细菌（DRB）及其携带的抗生素抗性基因（ARGs）成为棘手难题。医院废水含有生物杀灭剂、重金属等物质，会加速细菌突变和水平基因转移（HGT），促使 DRB 产生。现有废水处理技术，如膜分离技术和氯化消毒法，存在诸多局限性。膜分离技术易受污染，导致 DRB 在污染层富集，增加抗性基因水平转移风险；氯化消毒法虽能杀菌，但细菌对其耐药性不断增强，还会促进质粒水平转移，使非耐药菌转变为耐药菌，难以实现微生物的完全根除。这些问题凸显出开发新的废水处理技术以应对 DRB 危机的紧迫性。
高级氧化原理与 aPDI 技术
面对传统废水处理技术在去除 DRB 方面的不足，高级氧化过程（AOPs）应运而生。AOPs 通过产生高活性的羟基自由基等活性氧物种（ROS），能有效灭活废水中的耐药细菌，如超声辅助芬顿（Sono - Fenton）反应可高效灭活鲍曼不动杆菌。抗菌光动力灭活（aPDI）技术与 AOPs 类似，也利用 ROS 来灭活细菌。在 aPDI 过程中，光敏剂（PS）被特定波长的光激发，从基态（S0）跃迁至单线激发态（? S1），随后通过系间窜越到达激发三线态（? T3）。在激发三线态，PS 可通过两种机制产生 ROS：I 型反应中，电子或质子从 PS 转移到细胞底物，产生的离子与氧反应生成超氧阴离子（O2? ）和羟基自由基（OH? ）；II 型反应中，能量从 PS 转移到三线态基态分子氧（(3O2) ），生成单线态氧（(1O2) ），单线态氧是 aPDI 中主要的细胞毒性底物。aPDI 技术在实验室研究中表现出对 DRB 的高效灭活能力，为废水处理提供了新的思路。
纳米磁体 - 卟啉杂化物在 aPDI 中的应用
纳米磁体 - 卟啉杂化物（NMPH）作为 aPDI 中的光敏剂，展现出诸多优势。它可以固定在惰性磁性纳米颗粒（MNPs）上，实现回收和重复利用，降低处理成本，同时对环境友好。近年来，多项研究证实了 NMPH 在废水消毒中的有效性。例如，Carvalho 等人使用新型多电荷纳米磁体 - 卟啉杂化物对 T4 样噬菌体进行消毒，发现该杂化物能有效光灭活细菌和噬菌体，且在水中稳定性良好；Alves 等人研究了 NMPH 对费氏弧菌的光灭活及回收再利用能力，结果表明在多次循环使用后，NMPH 仍能保持较高的细菌灭活效果。NMPH 基于卟啉的π?π?电子跃迁，具有较强的可见光吸收能力，能产生高量子产率的细胞毒性O2 。通过优化卟啉结构，可进一步提高其产生 ROS 的效率和稳定性。此外，金属纳米材料与卟啉的共轭能增强单线态氧生成（SOG）效率，提高光稳定性，减少光漂白现象。如 Lin 等人研究发现，镓中卟啉 IX（GaPpIX）与银纳米颗粒（AgNPs）耦合后，O2 产量显著增加，对革兰氏阳性和阴性细菌均有高效的 aPDI 作用。
纳米技术在废水消毒中的优势与机制
纳米技术在废水消毒领域具有重要意义。纳米材料相较于其块状对应物，具有高反应性、定制化结构和可调节表面特性等优势，这些特性使其在水消毒中发挥重要作用。例如，纳米尺度的金属氧化物，如 NMPH 中的铁，能增加与微生物的结合机制和微生物活性。纳米技术的成本效益也是其优势之一，在新兴经济体中，使用较低纯度的纳米颗粒可降低成本，同时保持污染物去除效果。如 Pan 等人制备的氨基富勒烯光催化剂，用富勒烯烟灰替代超纯C60 ，成本降低 90%，且抗菌光动力灭活效果良好。NMPH 纳米构建体的消毒机制多样，包括利用磁性纳米构建体增强的微生物结合亲和力，如共轭氧化铁（Fe3O4 ）磁性纳米颗粒能有效去除有害病原体和废水污染物；阳离子交换机制，通过纳米零价铁构建体实现化学还原，提高细菌去除率；以及带隙减小机制，如涉及锌和钛氧化物的纳米构建体，在可见光照射下产生 ROS，灭活微生物污染物。
结论与展望
本文详细阐述了通过 aPDI 技术利用纳米磁体 - 卟啉杂化物灭活耐药细菌的研究进展。aPDI 技术在实验室研究中取得了显著成果，对 DRB 的高效灭活能力使其有望成为废水处理的有效策略。NMPH 能产生高量子产率的单线态氧，可突破细菌的防御机制，实现从内部彻底灭活细菌，且无光复活现象。然而，目前仍需确定纳米磁体和金属杂化卟啉系统在水系统中的毒性，并进一步开展回收和再利用测试，以优化和提高 aPDI 技术的可持续性。未来，随着研究的深入，aPDI 技术有望在废水处理领域得到广泛应用，为解决全球水资源短缺和保障公众健康提供有力支持，特别是在新兴经济体中，将有助于实现安全饮用水的普及，有效解决与水传播疾病相关的健康问题。
