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在臨床上，通過高蛋白飲食結(jié)合胃腸灌洗的方式是主流腸除鉛的方案。食品中的蛋白質(zhì)和多糖快速吸附鉛離子，防止消化系統(tǒng)吸收鉛離子，胃腸灌洗去除蛋白質(zhì)/多糖-鉛離子復合物，實現(xiàn)體內(nèi)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(yīng)用于血液。如果血液中的鉛濃度超過安全濃度，神經(jīng)和消化系統(tǒng)將面臨不可逆轉(zhuǎn)的損害。因此，迫切需要開發(fā)安全無毒的吸附劑，以實現(xiàn)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(lián)合鄧紅兵團隊利用釀酒酵母細胞（SCV）和纖維素等生物質(zhì)廢物設(shè)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)出優(yōu)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(huán)境中，經(jīng)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(huán)境中可以使Pb2+濃度從 400μgL−1至186.29μgL−1（在安全水平內(nèi)）。該工作以題為“Biosafe Saccharomyces Cerevisiae Immobilized Nanofibrous Aerogels for Integrated Lead Removal in Human Body”的文章發(fā)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(zhì)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(zhì)可以作為連接纖維和細胞的膠水。經(jīng)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和SCV細胞的高負載率。在Cd2+，Zn2+，Ni2+和Mg2+等雜質(zhì)離子的存在下，SCV-3氣凝膠對Pb2+表現(xiàn)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(yīng)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(jié)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(shù)據(jù)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(luò)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(zhì)子化氨基的數(shù)量減少。

然而，質(zhì)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(zhì)）、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(nèi)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(nèi)的鉛濃度。

僅僅0.2g SCV-3氣凝膠就可以使得腸內(nèi)鉛離子濃度從879.70μgL−1顯著降低到248.53μgL−1。外，還設(shè)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(tài)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(jié)：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(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)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(tài)血清吸附試驗證實， 6個吸附循環(huán)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(huán)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(huán)境友好、性能優(yōu)良的綜合優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。

封面來源：圖蟲創(chuàng)意