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该综述聚焦膜技术中生物污染难题，系统分析多糖、脂肪酸、酶等生物分子在抗生物污染膜中的应用，探讨其特性、优劣势及膜应用表现，指出现有研究空白，展望平衡抗菌性与膜性能的环保型材料研发方向，为优化膜性能提供思路。
抗菌生物分子在抗生物污染膜设计中的研究进展
一、膜技术面临的挑战与生物分子应用趋势
全球淡水需求激增，膜分离技术因高效低能成为解决水危机的重要手段。然而，膜污染问题显著影响其效能，其中生物污染由微生物及其分泌的胞外聚合物引发，表现为细菌不可逆黏附于膜表面并繁殖形成生物膜，导致膜通量下降、清洗频率增加。传统依赖金属纳米颗粒的抗菌改性方法存在环境风险，当前研究转向更环保的生物分子，如多糖、脂肪酸和酶，这些分子源自可再生资源，兼具抗菌活性与环境相容性。
二、抗菌生物分子的分类、特性与作用机制
多糖类
包括壳聚糖、纤维素、藻酸盐和阿拉伯胶等，通过在膜表面形成物理屏障或涂层抑制细菌黏附与生物膜形成。例如，壳聚糖因其阳离子特性可与细菌细胞膜相互作用，破坏膜完整性；藻酸盐与阿拉伯胶通过相转化法改性聚砜膜，显著减少大肠杆菌菌落形成单位（CFUs），且随添加量增加抗菌效果增强。
脂肪酸类
通过干扰细菌代谢活动抑制其在膜表面的黏附与生长，可直接掺入膜材料或作为涂层成分，破坏细菌能量代谢通路，降低生物膜形成能力。
酶类
靶向降解生物膜关键组分，如破坏细菌细胞壁或分解胞外聚合物，从而瓦解生物膜结构。例如，某些酶可降解肽聚糖或胞外多糖，削弱细菌定植能力，减少不可逆污染。
三、生物分子在膜改性中的应用与性能表现
多项研究通过相转化、涂层等方法将生物分子引入膜材料。壳聚糖改性膜对革兰氏阳性 / 阴性菌均表现出优异抗菌活性；纤维素衍生物可提升膜的亲水性与抗菌双功能性；酶改性膜在水处理中通过改变微污染物性质减少膜污染，实验显示 20 天内通量保持稳定，验证其长效性能。与合成纳米材料相比，生物分子来源广泛、可降解，更符合绿色化学理念，但需平衡其添加对膜孔径、机械强度等基础性能的影响。
四、现存挑战与未来研究方向
当前主要挑战包括：抗菌生物分子的高效负载技术，确保其均匀分布且不显著影响膜的渗透性、选择性；长期运行中生物分子的稳定性与抗菌持续性；复杂水质条件下（如高有机物负荷）生物分子的抗菌效能维持。未来研究需聚焦以下方向：
- 分子设计优化：通过化学修饰（如接枝、交联）增强生物分子与膜材料的相容性，开发多重抗菌机制协同的复合体系（如多糖 - 酶联用）。
- 绿色制备工艺：探索低能耗、少溶剂的膜改性技术，如静电纺丝、界面聚合，减少生产过程的环境负担。
- 性能平衡策略：借助分子模拟与实验验证，建立抗菌活性与膜物理化学性质的定量关系模型，指导高性价比材料设计。
- 环境安全性评估：系统研究生物分子在膜应用中的迁移风险及其对生态系统的潜在影响，推动环保型抗污染膜的实际应用。
五、结论
抗菌生物分子（尤其是多糖与酶）在提升膜抗菌性能方面展现出显著潜力，其天然来源与多重作用机制为解决生物污染提供了可持续方案。尽管仍存在改性工艺优化与性能平衡等挑战，未来通过跨学科技术创新，有望开发出兼具高效抗菌、高选择性与环境友好性的新一代抗生物污染膜，为水处理、资源回收等领域的可持续发展提供关键技术支撑。
