阴极电化学过滤中通过亚致死氧化应激与静电排斥协同作用缓解生物污染的策略与机制研究

《Water Research》：Biofouling Mitigation in Cathodic Electrochemical Filtration via Combined Sublethal Oxidative Stress and Electrostatic Repulsion

本文系统阐述了阴极电化学过滤技术（ECMs）通过施加1-5V亚致死偏压，结合静电排斥与活性氧（ROS）介导的转录调控机制，有效抑制铜绿假单胞菌生物膜成熟的创新策略。研究通过跨膜压（TMP）监测、共聚焦显微镜（CLSM）和全转录组测序证实，该技术可下调胞外多糖（EPS）/脂多糖（LPS）合成及群体感应（Quorum-sensing）通路基因（log2FC>2，p<0.05），同时激活氧化应激解毒基因，为膜过滤系统提供了跨物种抗污染新思路。

　　

章节亮点

CNT膜制备与合成废水溶液

通过真空过滤CNT分散液制备碳纳米管（CNT）膜。在分散液制备前，采用拉曼光谱（532 nm）和高分辨率透射电镜（TEM）对原始CNT粉末进行表征。简言之，将90 mg多壁CNT加入含250 μL Nafion全氟化树脂的溶液中...

膜表征

制墨前通过TEM和拉曼光谱（图S1）验证CNT结构。TEM显微照片确认了具有中空核的石墨化同心圆壁结构，拉曼光谱显示出CNT典型的D峰（～1350 cm?1）、G峰（～1580 cm?1）和2D峰（～2700 cm?1），证实商用MWCNT符合预期结构与缺陷水平。

结论

阴极过滤通过互补机制抑制ECMs上的生物膜成熟。TMP和阻力序列（RIS）监测表明，温和阴极偏压可延长细菌初始粘附阶段并延迟生物膜形成。CLSM图像分析和EPS定量证实了生物膜结构变薄及基质减少。在分子层面，EPS/LPS生物合成相关基因的下调，以及群体感应通路的抑制...