消毒是控制病原微生物、阻斷水傳播疾病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，現(xiàn)有消毒技術(shù)通過強氧化或紫外輻照作用殺滅微生物，面臨能耗藥耗高、有毒有害副產(chǎn)物易生成等問題。

近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授吳乾元、楊誠和環(huán)境學(xué)院教授胡洪營團隊提出了一種基于納米尖端的水力學(xué)殺菌新機制，即：平緩水流可以通過碳包覆納米尖端與細菌的色散作用有效地撕裂細菌。

此外，該研究進一步證實，平面碳（sp2碳）與細菌細胞膜具有強烈的色散相互作用，使細菌在流場中被納米尖端捕獲，進而在流場曳力的影響下對細菌產(chǎn)生撕扯而破裂細菌。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。

研究示意圖 研究團隊供圖

在該研究中，研究人員利用多孔泡沫銅制備了碳包覆納米線，當(dāng)受污染的水樣流經(jīng)該材料時，即可對水中細菌造成嚴(yán)重的機械破損。通過結(jié)合流場計算、細菌機械強度測試以及細菌受力有限元模擬，研究人員證實了碳包覆納米尖端的瞬時粘附-流場撕扯的效應(yīng)能夠突破細菌的臨界應(yīng)力，而在水流沖擊下，細菌與納米尖端發(fā)生的碰撞作用不能破壞細菌。

據(jù)介紹，該機制可有效殺滅水中的多種典型細菌，并在一個月連續(xù)運行過程中保持穩(wěn)定高效消毒。該技術(shù)利用水流動能殺滅病原菌，無需化學(xué)試劑或額外的能量供應(yīng)，避免了二次污染問題。該研究可為分散式水處理以及偏遠地區(qū)的飲用水安全管理提供新的策略，對其他領(lǐng)域的病原微生物控制也具有啟發(fā)意義。

相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41490-5