综述：合成非卟啉类光敏剂在天然水系抗菌光动力消毒中的应用

本综述系统探讨了合成非卟啉类光敏剂（PS）在抗菌光动力消毒（APDD）技术中的应用前景。文章指出APDD通过光激活PS产生活性氧（ROS）灭活微生物，能有效解决水体中耐药菌（ARBs）污染问题，兼具避免耐药性产生和减少有害副产物的优势，为实现可持续发展目标6（SDG 6）和"一体健康"理念提供了创新解决方案。

　　

背景

清洁水资源的获取是维持生态系统平衡、保障人类健康及促进社会经济发展的关键要素。根据联合国可持续发展目标6（清洁饮水和卫生设施）的要求，开发能确保饮用水源微生物安全性且不破坏生态完整性的新型可持续水处理技术迫在眉睫。未经充分处理的废水（WW）携带病原微生物，不仅构成公共卫生风险，更凸显了需要既不诱发抗菌素耐药性又高效消毒技术的必要性。

抗菌光动力消毒：概述

抗菌光动力消毒（APDD）是一种非抗生素治疗模式，利用光、光敏剂（PS）和分子氧三要素组合诱导微生物死亡。该技术能有效降解耐药菌（ARBs）及其他病原微生物，对细菌、真菌、病毒和原生动物均具有广谱杀灭能力。其作用过程包含三个关键步骤：PS投加、光激活和活性氧（ROS）生成。当PS暴露于特定波长光时，被激发到单重态，继而通过系间窜越转为三重态，通过I型（电子/氢转移）或II型（能量转移）反应途径产生活性氧，其中II型反应生成的单线态氧（¹O₂）具有强效微生物灭活作用。

影响APDD效率的因素

APDD的实施效果受多重因素影响，包括PS特性与环境条件。PS的选择需综合考虑其吸收光谱、光稳定性、对微生物细胞的选择性及生物相容性。除光动力活性外，PS的可获得性与成本效益同样是规模化水处理应用可行性的关键决定因素。环境因素如水质参数（pH、浊度、有机负荷）、光照条件（波长、强度、时间）及微生物特性（种类、浓度、生物膜形成能力）也显著影响消毒效能。

合成非卟啉光敏剂在水系细菌消毒中的应用优势与挑战

亚甲基蓝（MB）、玫瑰 Bengal（RB）和 toluidine blue O（TBO）等合成染料类PS因具有可见光区强吸收、高ROS量子产率和良好光稳定性而被广泛研究。这些特性使其能在低强度可见光下高效激活，适用于大规模水处理。其通过光激活产生¹O₂和其他ROS的作用机制赋予其对多种微生物的广谱活性，且不易诱导耐药性。

然而挑战并存：染料在水中的残留可能造成二次污染，需通过固定化技术或后续去除工艺降低环境风险；天然水体的复杂成分（如溶解性有机物）可能淬灭ROS或竞争吸收光线，降低处理效率；大规模应用时需考虑光源配置（如太阳能驱动）与PS回收再利用的经济可行性。

工业化应用的挑战、局限与前景

虽然APDD基础研究已取得显著进展，但实验室研究与工业化应用间仍存在巨大差距。实际大规模应用中面临诸多不可控变量，如水质波动、能耗成本、PS环境归宿等。当前研究需从单纯机理探索转向兼顾成本、可回收性和环境影响的综合评估。

未来可通过将PS固定于固体载体材料提升回收利用率，采用太阳能作为光源降低能耗，开发新型窄带隙PS增强光能利用效率，并通过中试项目验证技术经济可行性，最终实现资源有限地区和复杂环境条件下的微生物安全供水。

战略方向与未来范围

近期研究重点集中于深化APDD介导微生物灭活的机制解析，并采用荧光成像、ROS检测、生物膜监测、细胞膜损伤评估等检测手段优化处理方案。同时应拓展PS repertoire（包括有机染料、金属配合物、纳米材料等），探索其在不同水质矩阵中的适用性。多学科合作（材料科学、光学工程、微生物学）将是推动APDD从实验室走向实际应用的关键。

结论

APDD作为传统废水处理的有前景替代方案，能显著降低水体微生物负荷。当前技术仍需在成本控制、能源效率提升和环境毒性降低方面取得突破。通过优化PS设计、开发固载化系统、利用太阳能以及开展实地验证，APDD技术有望为保障水资源微生物安全提供可持续解决方案。