消毒是控制病原微生物、阻斷水傳播疾病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)有消毒技術(shù)通過(guò)強(qiáng)氧化或紫外輻照作用殺滅微生物，面臨能耗藥耗高、有毒有害副產(chǎn)物易生成等問(wèn)題。

近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授吳乾元、楊誠(chéng)和環(huán)境學(xué)院教授胡洪營(yíng)團(tuán)隊(duì)提出了一種基于納米尖端的水力學(xué)殺菌新機(jī)制，即：平緩水流可以通過(guò)碳包覆納米尖端與細(xì)菌的色散作用有效地撕裂細(xì)菌。

此外，該研究進(jìn)一步證實(shí)，平面碳（sp2碳）與細(xì)菌細(xì)胞膜具有強(qiáng)烈的色散相互作用，使細(xì)菌在流場(chǎng)中被納米尖端捕獲，進(jìn)而在流場(chǎng)曳力的影響下對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生撕扯而破裂細(xì)菌。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

研究示意圖 研究團(tuán)隊(duì)供圖

在該研究中，研究人員利用多孔泡沫銅制備了碳包覆納米線，當(dāng)受污染的水樣流經(jīng)該材料時(shí)，即可對(duì)水中細(xì)菌造成嚴(yán)重的機(jī)械破損。通過(guò)結(jié)合流場(chǎng)計(jì)算、細(xì)菌機(jī)械強(qiáng)度測(cè)試以及細(xì)菌受力有限元模擬，研究人員證實(shí)了碳包覆納米尖端的瞬時(shí)粘附-流場(chǎng)撕扯的效應(yīng)能夠突破細(xì)菌的臨界應(yīng)力，而在水流沖擊下，細(xì)菌與納米尖端發(fā)生的碰撞作用不能破壞細(xì)菌。

據(jù)介紹，該機(jī)制可有效殺滅水中的多種典型細(xì)菌，并在一個(gè)月連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)定高效消毒。該技術(shù)利用水流動(dòng)能殺滅病原菌，無(wú)需化學(xué)試劑或額外的能量供應(yīng)，避免了二次污染問(wèn)題。該研究可為分散式水處理以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的飲用水安全管理提供新的策略，對(duì)其他領(lǐng)域的病原微生物控制也具有啟發(fā)意義。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41490-5