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在臨床上，通過高蛋白飲食結合胃腸灌洗的方式是主流腸除鉛的方案。食品中的蛋白質和多糖快速吸附鉛離子，防止消化系統吸收鉛離子，胃腸灌洗去除蛋白質/多糖-鉛離子復合物，實現體內鉛去除。這些治療可以在一定程度上防止鉛離子進入血液，但存在兩個問題。一是胃腸灌洗會給患者帶來劇烈的疼痛，二是這些方法不能應用于血液。如果血液中的鉛濃度超過安全濃度，神經和消化系統將面臨不可逆轉的損害。因此，迫切需要開發安全無毒的吸附劑，以實現滿足胃腸道和血液鉛去除的綜合策略。

近期，武漢大學陳朝吉團隊聯合鄧紅兵團隊利用釀酒酵母細胞（SCV）和纖維素等生物質廢物設計了一種負載有釀酒酵母細胞納米纖維氣凝膠（SCV-n），用于人體中腸道和血液的鉛去除。由于纖維素納米纖維支架的多孔結構，可以防止釀酒酵母細胞的脫落，并確保釀酒酵母細胞的大量吸附位點。

同時，釀酒酵母細胞上豐富的官能團表現出優異的吸附能力。該材料在水中的鉛離子的飽和吸附能力高達107 mg g−1。在腸道環境中，經過材料吸附后Pb2+濃度從 879.70 μgL−1降低到 248.53 μg L−1，在血液環境中可以使Pb2+濃度從 400μgL−1至186.29μgL−1（在安全水平內）。該工作以題為“Biosafe Saccharomyces Cerevisiae Immobilized Nanofibrous Aerogels for Integrated Lead Removal in Human Body”的文章發表于Advanced Functional Materials上

SCV-n氣凝膠的制備及吸附性能

SCV-n氣凝膠是以SCV細胞，再生纖維素納米纖維和β-幾丁質為原料制備。再生纖維素納米纖維首先通過水解工藝和靜電紡絲制備。然后將平均直徑為2.61±0.35μm的SCV細胞引入RC納米纖維分散溶液中，再以β幾丁質可以作為連接纖維和細胞的膠水。經過攪拌成均勻的混合物后，將分散液用冰箱冷凍，冷凍干燥，從而形成SCV-n氣凝膠。

文章研究了SCV-n氣凝膠對Pb2+的吸附性能。氣凝膠的在100分鐘內到達吸附平衡。當SCV比例從0.5%增加到5%時，吸附容量增加了150%到350%。最大吸附容量為103.26mg g−1（SCV-3氣凝膠）。這種極高的吸附能力得益于多孔納米纖維網絡的結構和SCV細胞的高負載率。在Cd2+，Zn2+，Ni2+和Mg2+等雜質離子的存在下，SCV-3氣凝膠對Pb2+表現出較高的選擇性. Pb2+的去除率大約是Cd2+和Ni2+的兩倍，而幾乎不吸附Zn2+和Mg2+。

SCV-n氣凝膠除鉛機理和生物應用評估

SCV-n氣凝膠的吸附性能表明，引入SCV細胞可以大大提高吸附性能。該文研究了了SCV細胞對Pb2+的吸附機理。Zeta電位值表明SCV電池具有負表面電荷，正重金屬可以通過靜電相互作用吸引。BET結果表明，吸附過程對SCV電池的表面積沒有明顯變化。

XPS光譜數據表明，吸附后C1s峰的位置沒有變化，但C-O的比例面積減小了7.05%，表明C-O絡合物的形成。N1s在399.90 cm−1和401.44cm−1處的位置沒有被移除，但峰值401.44 eV時的面積比下降。值得注意的是，吸附溶液的pH值為5.3，這意味著質子化氨基的數量減少。

然而，質子化氨基的峰面積比僅略有下降，這可以解釋為在401.44 eV附近形成了一些金屬-NH2配合物，阻止了峰面積的減少。綜上所述，SCV細胞對Pb2+的吸附機制包括靜電相互作用、Pb2+與K+之間的離子變化以及化學相互作用包括C-O-Pb、（COO）2 Pb和Pb-NH2。可以推斷，在SCV細胞與Pb2+之間的化學相互作用中，氨基（來自蛋白質）、羧基（來自糖醛酸）和C-O（來自β葡聚糖和甘露聚糖）是控制這一過程的活性基團。

文章還研究了SCV-3氣凝膠運用于生物體內的模擬實驗。如果不添加SCV-3氣凝膠，胃對鉛的生物吸收率為100%。鉛濃度隨著SCV-3氣凝膠重量的增加而降低，當加入量為0.5 g時，Pb的生物吸收率降低了約8%。雖然SCV-3氣凝膠對胃期的鉛去除影響不大，但它們能顯著降低腸內的鉛濃度。

僅僅0.2g SCV-3氣凝膠就可以使得腸內鉛離子濃度從879.70μgL−1顯著降低到248.53μgL−1。外，還設計了用于血液凈化的鉛去除裝置。測試了SCV-3氣凝膠對血清中鉛離子的動態吸附能力。當血清中鉛濃度約為700μgL−1時，鉛的去除率可以達到63.84%。最終濃度為272.67μgL−1（接近安全水平）。

小結：本文報道了一種基于純天然微生物的吸附劑用于急性鉛中毒的治療。由于SCV細胞上具有豐富的官能團和多孔納米纖維網絡的結構，實現在胃腸道和血液中去除鉛。氣凝膠的除鉛離子的機理包括離子的變化、靜電吸引和金屬配合物的形成。Pb2+的動態血清吸附試驗證實， 6個吸附循環可將高鉛中毒(700μgL−1)降低至接近安全水平(272.67μgL−1)，2個吸附循環可將中鉛中毒(400μgL−1)降低至安全水平(186.29μgL−1)。該氣凝膠具有生物安全性高、環境友好、性能優良的綜合優勢，具有廣闊的應用前景。

封面來源：圖蟲創意