技术生物所发现等离子体放电可杀灭蓝藻细胞并降解毒素

中科院合肥物质科学研究院技术生物与农业工程研究所研究员黄青带领的团队近年来一直致力于荷能粒子辐射作用于生物及生物分子的机理及应用生物光谱技术研究辐射条件下生物损伤的原初物理化学变化过程研究。近期，该研究组利用等离子体技术处理水体有害微生物，发现等离子体放电可高效杀灭蓝藻细胞并降解毒素。

蓝藻水华暴发严重影响水体景观和水体功能，蓝藻细胞死亡后释放的微囊藻毒素直接威胁饮用水安全和人类健康。因此，探索杀灭蓝藻细胞和降解蓝藻毒素的新方法新技术具有重要的现实意义。等离子体放电是得到低能带电粒子的一种重要方式，其放电过程产生带正电的离子和负电的电子，能量可达上千电子伏特，它们与水分子碰撞可以产生活性氧和自由基等，并且伴有紫外线，能氧化降解水中的多种有毒有害物质，是一种高级氧化水处理技术。

现有报道的水处理研究一般只考虑杀灭蓝藻细胞或者去除蓝藻毒素，技术生物所的研究组研究表明，等离子体水处理技术具有综合优势，即在杀灭蓝藻细胞的同时又能把藻细胞释放的毒素降解去除，同时，研究阐明了其中的物理化学过程，这为等离子体水处理新技术及方法提供了实验基础和理论依据。

2012年，该课题组构建了汽-液界面放电等离子体装置并应用于实际巢湖蓝藻水华水体中，针对水体中的微囊藻毒素（铜绿微囊藻是淡水水域蓝藻水华的优势种群之一）进行处理，发现放电等离子体可有效降解微囊藻毒素。近期，该课题组研究了等离子体处理铜绿微囊藻细胞的效果和机理，张宏博士等利用三维荧光光谱技术并结合流式细胞术观测藻细胞氧化损伤过程，他们发现，放电等离子体不仅能够高效杀死蓝藻细胞，同时还能降解其释放的蓝藻毒素：课题组首先利用三维荧光光谱技术并结合流式细胞术观测藻细胞氧化损伤过程，发现等离子体放电产生的羟自由基攻击铜绿微囊藻细胞，使细胞膜受损，细胞内含物包括微囊藻毒素向水体释放，H2O2分子进入藻细胞内造成进一步损伤；随着等离子体作用时间的延长，持续产生的羟自由基、H2O2等活性物质能继续降解从受损藻细胞释放到水体中的微囊藻毒素和各种色素成分。

此项研究工作得到国家自然科学青年基金、科技部973、中科院“百人计划”项目的资助。相关研究结果已被国际环境类学术期刊Journal of Hazardous Materials接受在线发表。

论文链接

放电等离子体损伤铜绿微囊藻细胞机理研究