根据世界卫生组织，2022 年全球仍有超过 20 亿人缺乏安全管理的饮用水服务，至少 17 亿人使用受到粪便污染的饮用水源 (World Health Organization, UNICEF, and World Health Organization, 2021)。水的微生物污染仍然是饮用水安全最关键威胁之一，导致腹泻、霍乱、痢疾、伤寒和脊髓灰质炎等疾病的传播。受污染的饮用水估计每年导致超过 50 万人死于腹泻相关疾病 (World Health Organization, United Nations Children's Fund, and World Bank, 2022)。因此，确保普遍获得安全且负担得起的饮用水已成为一项重大全球挑战，构成了可持续发展目标 6 的首要目标，旨在到 2030 年实现所有人公平获得安全饮用水 (United Nations, 2015)。
尽管对水务基础设施的投资已显著改善了饮用水服务的可及性，但微生物污染仍然是一个持续的公共卫生关注点。已经确定了一系列通过饮用水传播的水源性病原体，它们对人类健康构成重大威胁，包括弯曲杆菌属、类鼻疽Burkholderia pseudomallei、大肠杆菌、嗜肺军团菌、土拉弗朗西斯菌、分枝杆菌属、沙门氏菌属、痢疾志贺氏菌和霍乱弧菌。此外，水中常见的一些机会性或致病菌可以在水生环境中存活和繁殖，包括不动杆菌属、嗜水气单胞菌、肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、贫养藤黄微球菌和鼠疫耶尔森菌 (WHO, 2017)。
在此背景下，因广谱抗菌活性而广受认可的银离子 (Ag+) 已被广泛应用于医疗和医疗保健相关系统。它们的抗菌效力源于与关键细胞成分的多靶点相互作用 (Jung et al., 2008)。一种主要机制涉及 Ag+ 对酶和蛋白质中巯基的高亲和力，导致关键代谢途径失活。此外，银离子破坏膜完整性，证据是细胞内钾离子泄漏，并因此损害膜相关酶系统。Ag+ 还可以与核酸相互作用，优先结合 DNA 碱基，从而抑制复制和遗传过程 (Jung et al., 2008)。总之，这些效应导致细菌生长抑制、细胞分裂受阻以及细胞成分的结构损伤。
与水污染相关的另一个主要问题是合成染料污染，这对环境和健康构成了严重关注。合成染料广泛应用于众多工业部门，包括纺织制造、皮革加工、造纸生产、食品技术和化妆品 (Forgacs et al., 2004; Kumar et al., 2021)。尽管确切的全球生产量难以估计，但据信年染料产量超过 10,000 吨，在制造和应用过程中有大量染料排放到环境中。估计在生产过程中损失约 1-2% 的染料，在使用中损失 1-10% (Forgacs et al., 2004)。一旦释放到水生环境中，由于许多染料具有高化学稳定性和抗生物降解性，它们很难通过常规废水处理去除，这使得其有效消除成为一个重要的研究挑战 (Malefane et al., 2020)。合成染料可以根据其发色团基团的化学结构分为几大类，包括偶氮、三苯甲烷、偶氮苯和酚类染料 (Kumar et al., 2021)。尽管一些合成染料在低浓度下可能被认为是相对安全的，但据报道许多染料表现出毒性、致突变性、致癌性和致畸性 (Chung et al., 2006; Malefane, 2020; Tkaczyk et al., 2020)。
当前水处理技术的主要局限性之一是其选择性。最有效的饮用水消毒方法，如氯化、臭氧处理、紫外线照射或过滤，对染料去除的适用性有限 (Obayomi et al., 2024)。相反，用于去除合成染料的技术，如吸附在无机体或有机基质上、光催化脱色以及氧化、微生物或酶降解过程，通常缺乏固有的抗菌活性 (Forgacs et al., 2004)。已经开发出先进的光催化材料以扩大水处理系统的功能，能够去除不同类别的化学污染物，并在某些情况下同时灭活微生物 (Malefane, 2020; Malefane et al., 2020, 2024; Yang et al., 2024)。这些发展展示了多功能水修复方法的潜力，并支持对具有互补处理功能的简单替代材料进行持续研究。
在此背景下，越来越多的关注集中在能够将多种特性结合在单一平台中的功能聚合物材料上。在这些材料中，聚 (2-异丙烯基 -2-噁唑啉) (PiPOx) 作为一种具有亲水性和无毒性的聚合物脱颖而出，在生物医学应用方面具有相当大的潜力。其反应性侧基允许易于用含有羧基、巯基或苯基的化合物进行修饰，从而实现多样化应用。PiPOx 已用于制备荧光颗粒、温敏共聚物以及具有可调节特性和高机械强度的化学交联水凝胶。重要的是，其后修饰或交联在简单、无催化剂的条件下进行，且不形成副产物 (Kopka et al., 2022)。由于其亲水性和在常见溶剂中的溶解度，PiPOx 在材料工程方面极具前景，特别是在为水净化系统制造水凝胶方面。尽管基于聚乙烯醇、壳聚糖、藻酸盐、纤维素/纳米纤维素和 PEG 的水凝胶已被广泛描述和研究，但通常它们的制备是一个多步骤过程或需要试剂的适当官能化，这大大复杂化了合成 (Hoffman, 2012)。
本研究旨在制备基于聚 (2-异丙烯基 -2-噁唑啉) (PiPOx) 的水凝胶 - 用 HOOC-PEG-COOH 和乙二胺四乙酸二铵盐 (NH4-EDTA) 交联并用硝酸银 (AgNO3) 掺杂 - 以评估它们作为 Ag+ 离子载体的潜力。此外，还调查了它们的功能特性，以探索在水消毒和脱色中的潜在应用。
