作者：Minwen Jiang, Jie Zheng, Yi Tang, Hai Liu, Yawen Yao, Jianfei Zhou, Wei Lin, Yuan Ma, Jin Liu, Jiajing Zhou
发表时间：02 April 2025
https://doi.org/10.1038/s41467-025-58415-z
Nature Communications 影响因子：16.6
背景介绍
抗生素污染已演变为全球性环境危机。城市污水、养殖废水和制药厂尾水中残留的抗生素，通过食物链传递，加速耐药基因扩散，被世界卫生组织列为“下一颗公共卫生定时炸弹”。传统物理、化学工艺虽可去除部分抗生素，但存在能耗高、副产物多、运行成本大等瓶颈，难以在中小城镇及发展中国家推广。
生物修复被视为绿色低碳的替代方案，其中微藻因兼具固定CO₂与降解有机污染的双重优势而备受关注。然而，游离微藻在高盐、高毒废水中活性骤降，且细胞个体小、密度低，回收率不足30%，极易随出水排入自然水体，造成外来物种入侵或生态失衡。如何“锁”住微藻活性，又便于回收，成为制约其工程化应用的核心难题。
近期，《Nature Communications》报道的可检索微藻水凝胶网络（MHN@TA）为上述瓶颈提供了新思路：一种可打印的微藻水凝胶网络（MHNs），通过将活微藻限域于双网络水凝胶中，实现>99.3%的抗生素降解效率并可循环利用。特别在MHN表面涂覆单宁酸（MHN@TA）后形成半透膜，7天内微藻泄漏率<0.7%，有效遏制潜在微生物生物危害。该生物杂化系统保护微藻生物活性，可在高达400 mg L⁻¹的抗生素浓度下完成降解。研究还制备了自支撑的MHN@TA围栏系统，以展示其实际应用潜力。本工作为微藻-材料相互作用在生物修复中的机制提供新见解，并为生物杂化系统的设计提供理论依据。
图文解读
图1| MHN@TA的制造流程及其对抗生素的降解
a，MHN@TA制备示意图
b，MHN@TA照片，展示规整的工程结构
c，MHN@TA在污水处理厂中用于抗生素降解的应用
d，MHN@TA与SM降解抗生素的比较
图2| MHN@TA系统的构建
a，粘度随剪切速率的变化
b，MHN与MHN@TA不同结构的照片
c，PEGDA，SA，MHN与MHN@TA的拉伸测试，所有水凝胶均含微藻并按相同方案制备
d，MHN@TA的循环拉伸应力-应变性能
e，MHN@TA中第0天与第14天活/死CZ细胞的分布照片及荧光图像，Chl红色荧光表示活细胞，SYTOX绿色荧光表示死细胞
f，TA涂层前后Chl a与Chl b的产量，每组n=3生物学重复，双尾Student’s t检验，p<0.05为显著
g，MHN@TA系统中第0至14天Chl含量，每组n=3生物学重复，单因素ANOVA结合Tukey HSD多重比较，p<0.05，*p<0.01，**p<0.001
h，第0天与第14天MHN@TA的显微图像
i，第14天MHN@TA中微藻的SEM图像
j，DNH@TA@Ag的表面与截面SEM图像及Mapping
k，MHN@TA单丝浸水24 h前后荧光强度变化
l，微藻在MHN与MHN@TA中逃逸示意图
m，MHN，MHN@TA与MHN@TA3上清液中微藻泄漏7天比较，数据为均值±s.d.，n=3
图3| SM，MHN与MHN@TA系统对抗生素的降解性能
a，不同TC浓度下各系统24 h去除效率，每组n=3生物学重复
b，MHN@TA系统在不同时间点对TC的去除效率，每组n=3生物学重复
c，不同条件下TC去除性能（TC=100 mg L⁻¹），每组n=3生物学重复
d，MHN@TA系统对TC的重复使用性能，每组n=3生物学重复
e，TC处理组与对照组DEGs分布趋势的火山图
f，DEGs的GO富集
g，DEGs的KEGG富集
h，TC降解过程中中间产物的质谱色谱
i，微藻中TC可能的降解途径
j，TC及其降解产物对S. aureus的毒性，每组n=3生物学重复
k，MHN@TA系统对不同浓度AMX的去除效率，每组n=3生物学重复，数据为均值±s.d.，n=3
图4| MHN@TA系统对微藻的保护及实际抗生素降解
a-c，SM（a），MHN（b），MHN@TA（c）系统在400 mg L⁻¹ TC处理前后活/死CZ细胞分布荧光图像，红色为活细胞，绿色为死细胞
d-e，SM（d）与MHN@TA（e）系统在不同TC浓度下微藻相对Chl含量，每组n=3生物学重复
f，SM，MHN与MHN@TA系统在不同TC浓度下Fv/Fm变化，每组n=4生物学重复
g，SM与MHN@TA系统中扩散动力学模拟
h，自立式柔性MHN@TA围栏系统照片（70 cm×40 cm×0.5 cm）
i，中国四川受污染池塘废水取样照片
j，MHN@TA系统对模拟含抗生素废水的去除效率，每组n=3生物学重复
k，MHN@TA与其他报道方法降解性能比较，数据为均值±s.d.，n=3
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