上海大学「国家杰青」李辉/陈超Nature Water丨可回收淀粉样蛋白磁性纳米网主动捕获去除水中纳米塑料！

2026-04-27

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纳米塑料（NPs）作为持久性、未受监管的水生污染物，可穿透传统水处理基础设施，在饮用水、海洋生物及人体组织中广泛检出，引发严重的生殖、发育、神经毒性及基因毒性等健康风险。

然而，现有混凝-絮凝和吸附技术依赖被动重力沉降或扩散，对纳米级颗粒去除效率低，且存在金属离子残留等二次污染问题。磁驱动材料通过外部磁场实现程序化导航，可主动寻找并捕获目标污染物，显著克服被动技术的局限性。

氧化铁纳米颗粒（IONPs）虽具有超顺磁性和优异磁响应，但易发生磁偶极聚集而失效。淀粉样蛋白纤维（LAFs）作为天然蛋白质纳米材料，具有优异的机械强度和丰富功能基团，可稳定分散IONPs并防止其聚集，但单独使用难以回收。

该研究通过原位共沉淀法在溶菌酶淀粉样蛋白纤维表面生长IONPs，构建磁性生物杂化纳米网（LAF-IONPs）。

该设计整合了LAFs的三维网络结构和高吸附能力与IONPs的磁响应性，通过协同界面相互作用形成稳定结构，实现了纳米塑料的主动捕获、高效去除和材料循环利用，为新兴污染物治理提供了可持续解决方案。

近日，上海大学的陈超、李辉、苏黎世联邦理工学Raffaele Mezzenga在Nature Water发表了题为"Recyclable amyloid-based magnetic nanonets for active capture and removal of nanoplastics from water"的研究论文。

1. 设计并构建了基于溶菌酶淀粉样蛋白纤维（LAFs）和氧化铁纳米颗粒（IONPs）的可回收磁性生物杂化纳米网（LAF-IONPs），通过Fe–N和Fe–O配位作用形成稳定界面结构。

2. 利用交替磁场驱动纳米网主动运动，建立"主动狩猎-捕获"模式，相比静态条件提升60%去除效率，实现痕量纳米塑料的高效靶向捕获。

3. 该材料在宽尺寸范围（30–1000 nm）、不同聚合物类型（PS、PET、PVC、PMMA等）及复杂环境条件（pH 7–9、高盐度、共存污染物）下均表现出优异的纳米塑料去除性能（>95%）。

4. 在100次循环使用后仍保持>95%的去除效率，且铁和蛋白质泄漏可忽略不计，生命周期评估显示其环境可持续性优于传统吸附剂。

5. 体内实验证实，经LAF-IONPs处理后的水样可使小鼠肝脏中纳米塑料生物累积降低91.5%，显著减少纳米塑料经饮用水途径暴露的健康风险。

全文速览

纳米塑料（NPs）作为持久性且未受监管的水生污染物，能够逃避传统去除技术，带来严重的健康风险，迫切需要创新有效的解决方案。

该研究介绍了一种可回收的磁性生物杂化纳米网（LAF-IONPs），通过在溶菌酶淀粉样蛋白纤维（LAFs）上原位生长氧化铁纳米颗粒（IONPs）工程化构建而成。

通过协同界面相互作用稳定，LAF-IONPs能够在环境相关浓度和条件（pH 7–9、高盐度和共存污染物）下，高效捕获宽尺寸范围（30–1000 nm）和不同化学组成的纳米塑料。优异的去除效率源于磁主动运动和丰富的纤维结合位点。

值得注意的是，LAF-IONPs从各种真实水样中实现了98.0–99.9%的纳米塑料去除率，并在使用定制交替磁场系统时，在100次循环后保持>95%的效率。至关重要的是，LAF-IONPs处理使体内纳米塑料生物累积减少了91.5%。

该工作为设计可回收的生物杂化吸附剂用于主动、高效和可持续地去除纳米塑料及潜在的其他新兴污染物建立了蓝图。

图文解读

图1 | 可回收生物杂化磁性纳米网用于主动捕获和高效去除水体纳米塑料的示意图

该图展示了从蛋清中提取溶菌酶、通过纤维化形成LAFs、原位共沉淀生长IONPs制备LAF-IONPs纳米网的完整流程，以及在交替磁场作用下纳米网主动捕获纳米塑料的机制和多种相互作用力（静电作用、π–π堆积、疏水作用、范德华力）。

图2 | LAF-IONPs纳米网的制备与多尺度表征

通过透射电镜观察到纤维表面密集分布直径3–5 nm的球形IONPs，高角环形暗场扫描透射电镜元素映射证实铁分布与纤维结构完全吻合，X射线衍射证实磁铁矿晶相，振动样品磁强计显示超顺磁性特征（饱和磁化强度17.2 emu g⁻¹），傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱揭示Fe–N和Fe–O配位相互作用是稳定生物杂化结构的关键机制。