19 / 2025-03-25 21:49:46

基于电场驱动的铁基网格电极快速灭菌及耐药基因净化技术研究

快速灭菌，铁基网格电极，室内环境，耐药基因，高级氧化

自1928年青霉素的发现以来，抗生素在医学和农业领域的广泛应用，极大地提升了人类健康水平和生活质量。然而，抗生素的滥用导致了抗药性问题的加剧，全球已逐步进入“后抗生素时代”。微生物气溶胶作为公共卫生领域的重要议题，其携带的抗药性基因（ARG）和抗药性细菌（ARB）对人类健康构成严重威胁。因此，本研究立足于当前抗药性问题的严峻性，针对ARB和ARG的去除展开技术探索。

室内环境中的微生物气溶胶污染可通过通风和应用净化器等技术手段实现快速去除。然而，微生物气溶胶沉降于室内表面所形成的界面微生物污染可持续存在一段时间，具有引发二次污染的可能性。针对室内界面的微生物，尤其是ARB与ARG污染，本研究开发了一种等离子体生成平台，该平台由外加电场驱动，通过铁基网络电极实现等离子体及活性氧的有效释放。通过引入外掠气流，本平台发生的等离子体及活性氧可快速作用于界面，有望实现针对界面微生物的快速灭活，进而实现对界面ARG的催化净化。根据前期实验结果，结合外加电场和铁基网格电极，可实现放电电弧的稳定营造。在杀菌实验前，本研究通过预实验获得了典型室内表面的细菌自然衰减率，包括铜、玻璃、铁和锌等材料表面。以大肠杆菌为目标微生物，本研究初步验证了本实验平台的杀菌效果。在1L/min的外掠气流作用下，基于电场驱动的铁基网格电极可在一分钟内实现90%的界面杀菌效果，此时外接电场的电压和电流分别为~0.5 kV和1.0 mA。由于流道中仅插入相对放电的两个网格电极，流道的压降几乎为零。目前本研究正在推进对该平台ARG催化净化性能的实验探索。通过铁基网格电极的界面材料改性、延长杀菌时间等技术手段，有望实现界面杀菌和ARG催化净化效果的进一步提升，为应对抗药性挑战提供有力技术支持。同时，本研究也将为电催化杀菌技术的改进和ARGs的环境去除提供新的视角和方法。