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采用DNA分子印跡結(jié)合光催化技術(shù)

“37倍!”在模擬污染物和實(shí)際污水中，南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院袁青彬老師驚喜地發(fā)現(xiàn)，利用DNA分子印跡負(fù)載到氮化碳光催化材料表面，比沒(méi)有使用DNA分子印跡的氮化碳，能夠更好地降解抗性基因。

針對(duì)水污染中大量存在的抗性細(xì)菌及抗性基因，袁青彬和萊斯大學(xué)的研究人員合作，利用分子印跡能夠選擇性識(shí)別污染物的特征，開(kāi)發(fā)了基于DNA分子印跡的抗性基因選擇性光降解技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了99.9%的抗性基因降解效率。研究成果已被環(huán)境科學(xué)類(lèi)環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》接收，于近日在線(xiàn)刊出。

DNA分子印跡：

精準(zhǔn)捕獲抗性基因

袁青彬和團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)中打破了傳統(tǒng)污染物降解中的“既定程序”，在對(duì)污染物進(jìn)行降解之前，開(kāi)發(fā)了一種選擇性識(shí)別污染物的DNA分子印跡技術(shù)，通過(guò)先找到水中的抗生基因，后進(jìn)行精準(zhǔn)降解，來(lái)提高降解效率。

作為一種新興污染物，抗性細(xì)菌及抗性基因已經(jīng)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。氯和紫外線(xiàn)等水處理消毒技術(shù)雖然能夠較為有效地殺滅抗性細(xì)菌，但并沒(méi)有從根本上消除抗藥性風(fēng)險(xiǎn)，抗性基因仍然保持活性。與此同時(shí)，氯和紫外等傳統(tǒng)消毒技術(shù)很容易受水中污染物干擾，不能有效去除抗性基因。

分子印跡技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，主要用于一些物質(zhì)的檢測(cè)，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域則較局限于對(duì)化學(xué)污染物的吸附?！拔覀冞@次要用它識(shí)別并去除生物性污染物——抗性基因。”據(jù)袁青彬介紹，人們常把抗生素作為添加劑注入病人和家禽家畜體內(nèi)，久而久之，細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生抗體，在DNA層面，細(xì)菌已經(jīng)擁有這種抗性基因，而要捕捉到抗性基因這種生物大分子，必須找到一個(gè)通用結(jié)構(gòu)。

基于DNA分子是由核苷酸組成，而核苷酸里面的堿基鳥(niǎo)嘌吟是最容易被氧化的一個(gè)堿基，又能夠識(shí)別所有帶堿基的分子，于是課題組成員便用鳥(niǎo)嘌呤作為制成分子印跡的模板。

光催化技術(shù)：

進(jìn)行片段化降解

選擇、合成、邊緣氧化，另一邊，袁青彬和團(tuán)隊(duì)又開(kāi)始了對(duì)高級(jí)氧化技術(shù)中催化劑的選擇和提取，DNA分子印跡結(jié)合高級(jí)氧化技術(shù)，實(shí)驗(yàn)走向了降解的過(guò)程。

據(jù)袁青彬介紹，光催化技術(shù)是一種高級(jí)氧化技術(shù)，它是通過(guò)輸入紫外或可見(jiàn)光，產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的自由基，以此來(lái)破壞水中的污染物。光催化技術(shù)關(guān)鍵在于催化劑的選擇與合成?！敖饘俅呋瘎┰谒袝?huì)溶解成金屬離子，形成新的污染物，所以我們引入非金屬材料氮化碳作為催化劑。它的光吸收效率比較高，自然成為我們的首選?！痹啾蚪榻B說(shuō)。

萊斯大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室里，持續(xù)了6個(gè)月的實(shí)驗(yàn)開(kāi)始進(jìn)行驗(yàn)證階段。為了檢測(cè)DNA分子印跡的選擇性識(shí)別效應(yīng)，袁青彬進(jìn)行了兩組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：把負(fù)載鳥(niǎo)嘌吟印跡的氮化碳，與沒(méi)有負(fù)載鳥(niǎo)嘌吟印跡的氮化碳，分別放入加入抗性基因和其他污染物的水中，經(jīng)過(guò)紫外光降解30分鐘，負(fù)載鳥(niǎo)嘌呤的氮化碳降解性能是99.9%，前者降解效率是后者的37倍。

另一組實(shí)驗(yàn)則對(duì)比了負(fù)載鳥(niǎo)嘌呤的氮化碳與單純的光催化技術(shù)的降解效率，袁青彬用了光催化技術(shù)中最好、最成熟的材料二氧化鈦進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，前者是后者的1.7倍，后者受到水中其他污染物的干擾較大。

“降解”“捕獲”兩手抓：

城市污水處理新思路

“既要抓降解，也要抓捕獲”，2018年12月，14位環(huán)境光催化領(lǐng)域的頂級(jí)專(zhuān)家在同樣的期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上，開(kāi)展了一場(chǎng)關(guān)于光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的大討論，光催化的選擇性問(wèn)題引起專(zhuān)家的關(guān)注;而在這之前的2018年11月，袁青彬團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始了DNA分子印跡選擇并降解抗性基因的實(shí)驗(yàn)。

“城市污水處理技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)環(huán)境中抗性基因控制技術(shù)的深入。”袁青彬表示，他一直致力于抗性基因行為和控制技術(shù)的研究，每一點(diǎn)對(duì)于應(yīng)用效率的提高都能為解決水污染提供新的參考。他們團(tuán)隊(duì)做過(guò)紫外光去除抗性基因的項(xiàng)目，也做過(guò)光催化材料優(yōu)化的項(xiàng)目，能否在污染物的降解程序上有所突破呢?具有“選擇性識(shí)別”特征的分子印跡一下子吸引了袁青彬和團(tuán)隊(duì)成員的注意。

“目前我們正在對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)，以進(jìn)一步提高DNA分子印跡的選擇性。”袁青彬介紹，他們團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)研究如何讓DNA分子印跡技術(shù)更好地應(yīng)用到生活污水之外的工業(yè)污水和養(yǎng)殖污水中，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期降解能力的增強(qiáng)。（朱琳）

《中國(guó)化工報(bào)》2020年4月10日第二版  http://ipaper.ccin.com.cn/papers/ccin/2020-04-10/page_2B/news_9f5676c3c2b74d851a493224d791bd84.html

《中化新網(wǎng)》2020年4月10日  http://www.ccin.com.cn/detail/0651b91830302beefb76f3532588d109/news