功能化负载噬菌体磁靶向递送系统构建及对污水中耐药菌高效靶向去除作用

摘要

为构建一种基于表面活性素（Surfactin）功能化修饰的负载噬菌体磁性纳米Fe₃O₄颗粒递送系统，用于污水处理的环境友好型纳米-微生物复合材料，本研究以水热合成法制备磁性纳米Fe₃O₄（MNs），通过1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐活化得到活化的MNs（AMNs），经Surfactin功能化修饰获得功能化的MNs（FMNs），再与不同噬菌体共同孵育形成复合体系（MNs-P、AMNs-P、FMNs-P）；通过透射电子显微镜（TEM）观察纳米颗粒的形态与粒径分布；通过磁吸附试验评估FMNs的磁性；通过双层平板法测定噬菌体负载量并绘制吸附曲线；通过平板计数法评估不同修饰纳米颗粒的抗菌活性；通过结晶紫染色法检测其抑制生物被膜形成能力；通过回收试验评估其循环使用能力。结果表明：1)成功制备了平均粒径为（11.52±3.31） nm的MNs和（9.37±3.52） nm的FMNs,TEM和磁吸附试验结果显示，纳米粒子呈现分散-团聚的微观形貌。FMNs较MNs分散性显著改善，粒径略有减小，且具备优异的磁响应性。2)噬菌体负载结果显示，FMNs可负载多种宿主菌属（如大肠杆菌、沙门菌）及不同形态（肌尾、长尾）的噬菌体，其中GEP101噬菌体负载量达2.44×10～8 PFU/mL，负载率达85.12%。3)吸附曲线表明FMNs在0～2 h内负载噬菌体效率最高。4)抗菌试验和抑制生物被膜形成能力试验显示，FMNs-P（GEP101）在3 h内对大肠杆菌的杀菌率达96.82%，并且能够显著抑制生物被膜的形成。5)材料回收试验证明，经过3次循环使用后，FMNs-P仍然保持92.67%回收率和70.35%噬菌体负载率，显示出良好循环稳定性。综上，Surfactin显著提升了Fe₃O₄的分散性与噬菌体负载能力，FMNs-P兼具靶向清除耐药菌并抑制生物被膜和磁性回收能力，能有效减少试剂使用与二次污染风险。本研究为解决畜禽养殖场污水中的耐药菌污染问题提供了创新方案，有望推动纳米-微生物材料在环境修复领域的实际应用。

关键词

噬菌体 / Fe₃O₄ / 表面活性素 / 污水 / 耐药菌

基金资助

国家自然科学基金青年科学基金项目(31802226); 黑龙江省自然科学基金资助项目(LH2022C072); 黑龙江省生态环境保护科研项目(HST2024S018); 黑龙江八一农垦大学研究生创新科研项目(YJSCX2024-Y21)