纳米枝晶电穿孔与纳米限域氯化协同策略高效消除抗生素抗性基因

本文创新性地提出"分工协作策略"(DCS)，通过纳米枝晶电穿孔(EP)产生细胞渗透孔与纳米限域Cl2的协同作用，突破细胞屏障实现胞内抗生素抗性基因(i-ARGs)的高效降解。该策略利用枝晶纳米尖端局域增强电场（>107 V m-1）和三个数量级的氯富集效应，使i-ARGs去除率达99.997%（4.5-log），速率提升6倍，能耗降低两个数量级，为饮用水安全提供突破性解决方案。

　　

亮点

我们开发了一种纳米枝晶电穿孔与纳米限域氯化分工协作的策略，用于抗生素抗性细菌(ARB)灭活和胞内抗生素抗性基因(i-ARGs)降解。通过利用纳米枝晶的"避雷针效应"在低电压下触发局部增强电场和消毒剂密度，中空纳米尖端的纳米限域效应得到显著增强，从而大幅提升电穿孔和氯化作用对细胞损伤、氯渗透/基因释放和i-ARGs降解的效率。

化学试剂与材料

所有化学试剂包括钛酸四丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、盐酸(HCl)、硼酸(H₃BO₃)、氟钛酸铵((NH₄)₂TiF₆)、次氯酸钠(0.1 M NaClO)和二氧化氯(1000 mg L^-1 ClO₂)均为分析纯。石墨毡购自辽宁金谷碳材料有限公司，切割成特定尺寸后经预处理作为电极基底。

纳米线与纳米枝晶的表征

选择典型半导体二氧化钛(TiO₂)制备纳米线(NWs)和异质结构纳米枝晶(NDs)，因其低成本、无毒性和高电化学稳定性。多孔石墨毡作为流通电极基底，为NWs和NDs生长提供高比表面积。通过水热合成在石墨纤维上生长金红石型TiO₂ NWs，随后在其表面分支生长具有介孔结构的锐钛矿型纳米棒，形成异质结构NDs。

结论

我们开发的纳米枝晶电穿孔与纳米限域氯化分工协作策略，通过纳米枝晶避雷针效应在低电压下触发局部增强电场和消毒剂密度，显著增强了中空纳米尖端的纳米限域效应，从而大幅提升电穿孔和氯化作用对细胞损伤、氯渗透/基因释放和ARGs降解的效率。