综述：有害藻华（HAB）的检测与修复：电化学家的机遇？

这篇综述探讨了电化学技术在有害藻华（HAB）监测与修复中的前沿应用。作者系统梳理了基于荧光-电化学（fluoro-electrochemical）联用的单细胞分类技术、安培生物传感器（amperometric biosensors）对藻类DNA/毒素的检测，以及电絮凝（electrocoagulation）去除藻类的机制与成本效益。文章强调人工智能（AI）辅助的传感器可实现对HAB物种>94%的分类准确率，而电化学驱动的局部絮凝策略（如Al3+/Fe3+生成）为藻类清除提供了环境友好方案。

　　

To Bloom or Not to Bloom
浮游植物（phytoplankton）作为水生食物链的基石，贡献了全球50%的初级生产力。然而农业径流和污水排放导致氮磷过量，引发藻类暴发性增殖。如英国温德米尔湖的蓝藻水华（图1b）不仅造成鱼类大规模死亡（图1c），还通过产毒（如麻痹性贝毒PSP）威胁公共卫生。藻密度与生物多样性的负相关（图1d）及对旅游、水产养殖的多维冲击（图1e），凸显了HAB治理的紧迫性。

Electrochemical classification of algae
传统显微计数法对<5μm的"微微型浮游生物"（picoplankton）鉴别力不足。新兴的荧光-电化学联用技术通过原位电生氧化物种（如ROS）触发叶绿素（chl）荧光淬灭，实现了单细胞分类（图2a）。该技术不依赖图像分辨率，2023年英国普利茅斯实地测试中，对颗石藻（coccolithophore）水华的监测结果与流式细胞术高度吻合（图2b）。结合1D Inception神经网络，对29个藻株的分类准确率达95%，而针对特定物种（如赫氏圆石藻E. huxleyi）的"是/非"判别准确率更达94%（图2c）。

Amperometric Biosensors for HAB-specific Biomarkers
DNA检测
安培生物传感器通过功能化电极（如聚苯胺-石墨烯纳米复合物）捕获藻类DNA，借助二茂铁探针电流变化实现检测。Chuong等开发的微分脉冲伏安法（DPV）传感器可检测10¹-10⁷ cells L^-1的微小亚历山大藻（A. minutum），线性范围跨越7个数量级（图3b）。牛津纳米孔（Oxford Nanopore）基于库尔特原理的DNA测序（图2d）能在3小时内完成藻类属级鉴定，但便携式设备MinION的样品前处理时间限制了其实时监测应用。

藻毒素
针对HAB毒素的化学电阻传感器（chemiresistive sensor）采用Ti₃C₂T_x-适体复合膜，对微囊藻毒素-LR的检测限达6 ng L^-1（图2e）。智能手机控制的CTX传感器（图2f）通过TMB介导的电流信号实现毒素定量（图3c），但需有机溶剂提取鱼体毒素，实用性受限。

Bioremediation of harmful algae blooms
藻细胞表面羧基（-COOH）在pH>5时带负电（ζ=-10~-36 mV），通过DLVO理论可解释其胶体稳定性。电絮凝-气浮（ECF）在10V电压下30分钟内可清除98.7%的小球藻（Chlorella vulgaris）（图4c），其机制为阳极溶解的Al³⁺形成Al(OH)₃絮体中和表面电荷（图4d），而阴极析氢助推浮选。相比离心（能耗2.5 kWh m^-3）和壳聚糖（成本850/吨），ECF处理奥运泳池规模（2500m³）藻水的电费仅1.8（图4e），但大规模应用仍受电极损耗限制。

Conclusions and perspectives
AI增强的荧光-电化学技术为区域特异性HAB预警提供了高精度方案，而电絮凝在封闭系统（如藻类生物精炼厂）中展现成本优势。未来需开发更耐用的电极材料，并探索电化学与其他技术（如膜过滤）的联用策略，以应对开放水域的HAB挑战。