纳米线辅助电穿孔与过氧乙酸氧化协同抑制VBNC细菌形成：可逆电穿孔孔道强化过氧乙酸渗透实现细胞高效灭活

针对饮用水消毒中"活但不可培养"(VBNC)细菌导致微生物风险低估的难题，暨南大学团队创新性提出同步纳米线电穿孔(EP)与过氧乙酸(PAA)氧化的协同消毒策略。研究发现1.5V低电压下EP诱导的可逆膜孔显著促进PAA渗透，对革兰氏阴性/阳性菌实现99.999%灭活，协同效应达4-log，能耗降低5-9倍，有效抑制VBNC细胞形成与复苏，为饮用水生物安全控制提供新方案。

　　

饮用水安全一直是公共卫生领域的核心议题，但传统消毒技术面临一个棘手难题——化学消毒剂虽能杀灭细菌，却可能将其转化为具有潜在风险的"活但不可培养"(Viable but Non-Culturable, VBNC)状态。这些"僵尸细菌"保持着完整的细胞膜和代谢活性，一旦环境适宜就可能复苏，导致微生物风险被严重低估。更令人担忧的是，过氧乙酸(PAA)这种新型绿色消毒剂虽氧化能力强(氧化电位达1.96V)，但在10mg/L剂量下仍会遗留89.3%的VBNC细胞。与此同时，物理消毒技术纳米线辅助电穿孔(Electroporation, EP)虽能通过纳米级强电场(>10⁵V/m)破坏细胞膜，但1.0V低电压处理时仍有15%细菌进入VBNC状态。

针对这一双重挑战，暨南大学环境与气候学院的研究人员创新性地提出同步纳米线辅助EP与PAA氧化(EP/PAA)的协同消毒策略。他们选用化学惰性的Magnéli相钛亚氧化物纳米线(Ti₄O₇-NW)修饰电极，在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究证实：1.5V低电压下纳米线尖端产生的局域增强电场可在80nm范围内形成10⁵V/m场强，诱导38.4%细胞产生可逆膜孔、52.4%发生不可逆损伤；而同步PAA氧化则通过EP孔道渗透入细胞，对大肠杆菌(E. coli)、铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)、粪肠球菌(E. faecalis)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)等革兰氏阴性/阳性菌实现99.999%(5-log)灭活，协同效应达4-log，能耗较单独EP或PAA降低40%-80%。

研究团队采用多学科交叉技术：通过COMSOL Multiphysics模拟纳米线尖端电场分布；利用流式细胞术结合SYTO9/PI双染区分完整、VBNC和死细胞；采用扫描电镜观察细胞形态变化；通过ATP检测和培养法评估代谢活性与可培养性；并在实际自来水体系中验证长期运行稳定性。

关键研究发现包括：

1. 可逆与不可逆膜损伤特征：XRD和XPS表征证实Ti₄O₇-NW的成功制备，1.5V EP处理使72.5%细胞失活但遗留18.3% VBNC细胞。
2. 协同消毒效能：EP/PAA对四种测试菌株的灭活均呈现显著协同效应，PAA通过EP孔道破坏细胞结构，使VBNC比例降至检测限以下。
3. 作用机制解析：电镜显示EP/PAA组细胞出现明显皱缩和内容物泄漏，膜完整性检测证实氧化损伤加剧。
4. 实际应用验证：自来水连续处理实验表明，该方法可稳定维持5-log灭活效率，电极性能保持良好。

这项研究的重要意义在于：首次阐明EP诱导的可逆膜孔可作为PAA渗透的"分子通道"，通过物理-化学协同作用突破VBNC形成屏障。相比传统高剂量化学消毒或高电压物理处理，该技术以超低能耗(1.5V)实现病原菌高效灭活，为饮用水安全控制提供了兼具创新性和实用性的解决方案。特别值得注意的是，该方法对耐药性强的革兰氏阳性菌同样有效，且避免了消毒副产物生成风险，展现出广阔的工程应用前景。研究团队Wei-Zhao Yin、Jin-Xiang Xu等强调，这种"开孔-氧化"协同机制有望拓展至其他消毒剂组合，为应对微生物安全挑战提供新范式。