综述：淡水微藻介导的工程纳米颗粒：重金属修复的可持续方法

（编辑推荐）本综述聚焦淡水微藻介导的工程纳米颗粒（ENPs）在重金属（HMs）修复中的前沿应用，系统阐述其通过胞内/胞外途径（如多糖、蛋白质、还原酶等）合成铁（Fe）、银（Ag）、金（Au）等ENPs的机制，实现21-100%的Pb、Cd、Cr等去除率。突破传统方法的高能耗局限，提出优化生物合成参数、开发混合纳米材料（bio-nano-hybrids）的未来方向，为绿色技术提供可持续解决方案。

　　

微藻与纳米技术的绿色革命

Abstract
纳米技术与可持续方法的融合为水体重金属（HMs）修复开辟了新路径。淡水微藻因其金属耐受性、快速生长和代谢多样性，成为合成工程纳米颗粒（ENPs）的理想载体。本文详述了微藻通过胞内（金属离子转运-酶促还原-纳米组装）和胞外（代谢分泌物介导）途径合成ENPs的机制，重点解析了多糖、蛋白质、脂类等生物分子在纳米颗粒成核、稳定与功能化中的作用。

Introduction
重金属（Pb、Hg、Cd等，密度>5 g/cm³）通过工业废水与农业径流进入水体，破坏超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化防御系统，引发氧化应激。传统修复技术（如离子交换、化学沉淀）存在二次污染与高能耗缺陷，而微藻介导的ENPs（如FeNPs、AgNPs）展现出90-100%的去除效率，且成本仅为化学合成的1/10。

Section snippets

Mechanism of synthesis
微藻合成ENPs的“双通路模型”：

• 胞内：金属离子经转运蛋白进入细胞，在还原酶（如NADPH依赖型）作用下形成纳米晶核；
• 胞外：藻类分泌的胞外聚合物（EPS）通过硫醇基（-SH）与羧基（-COOH）螯合金属离子，诱导粒径<50 nm的均相颗粒。

Freshwater microalgae strains
优势藻种如Chlorella sp.与Scenedesmus sp.可合成CdS量子点（去除Cd²⁺效率达98%），而Nannochloropsis衍生的Fe₃O₄@C纳米复合材料通过磁分离实现Cr⁶⁺的循环利用。

Key factors

• pH（5-9）：影响金属离子水解与藻类代谢活性；
• 光照强度：调控叶绿素介导的光还原反应；
• 前驱体浓度：1 mM AgNO₃可使AgNPs产率提升3倍。

Remediation mechanisms
ENPs与HMs的“轨道级互作”：

1. 静电吸附：带正电的ZnONPs捕获AsO₄^3-；
2. 表面络合：FeO-OH与Cu²⁺形成≡Fe-O-Cu键；
3. 微生物辅助转化：藻类共生菌将Cr⁶⁺还原为低毒Cr³⁺。

Applications
案例亮点：

• Au@Chlorella生物杂化材料对Pb²⁺的吸附容量达1200 mg/g；
• TiO₂/Ag纳米片在可见光下催化降解Hg⁰为Hg²⁺。

Conclusions
尽管ENPs面临规模化生产与藻株稳定性挑战，但通过基因编辑增强微藻金属转运蛋白（如ZIP家族）表达，或与石墨烯构建三维纳米支架，有望推动该技术走向工业化。未来需聚焦藻种库拓展与生命周期评估（LCA），以平衡效率与生态安全。