近日，前沿交叉研究院中国幸福河湖总体治理及未来技术创新研究院（简称“幸福河湖创新研究院”）冯玲玲教授团队取得阶段性研究进展，构建了一种新型纳米材料耦合生物酶反应器，实现了蓝藻水华抑制与藻毒素降解同步高效运行，为水环境污染控制及生态修复提供了一种高效、绿色、可持续的解决方案。相关成果“Efficient immobilization of CMlrA on mesoporous carriers for synchronized harmful Microcystis blooms suppression and microcystin degradation”在环境科学与工程领域顶级期刊《危险材料杂志》(Journal of Hazardous Materials)发表。
蓝藻水华的防控是世界级环境难题，也是水生态安全领域的关键挑战，绿色低碳生态控藻新技术可以帮助人们更科学、更高效地维护水环境健康及水生态安全。然而，传统的物理、化学除藻方法往往存在成本高、易造成二次污染或无法有效降解毒素等瓶颈。该研究采用化学生物学与材料科学交叉融合的研究范式，设计并合成了具有优异性能的新型介孔纳米材料载体，成功将藻毒素降解酶A（CMlrA）高效固定于载体中，构建出协同控藻去毒一体化酶催化反应体系。该体系充分发挥了载体材料对蓝藻细胞的絮凝抑制与固定化酶对毒素的高效降解能力，实现了“一剂双效”的治理功能，大幅提高了酶在复杂水体环境中的稳定性与催化活性。
模拟与实际水体对比实验结果显示，该系统能够在复杂环境条件内准确识别有害蓝藻，并有效促进水质改善，验证了该体系的实现应用可行性及有效性。在有害蓝藻水华控制实验中，该方法在6天内实现了叶绿素a含量降低83.03%和细胞密度抑制率超过96%，在抑藻速率、毒素降解效率及环境稳定性等方面均显著优于传统游离酶和当现有常规治理技术。同时，该体系在较宽的温度和pH范围内保持高效催化活性，经多次循环使用后仍保持高活性，斑马鱼毒性实验进一步证实了该体系良好的生物安全性，为其在水产养殖水处理及湖泊生态修复等实际应用提供了可靠依据。
该研究不仅为蓝藻水华治理提供了新材料、新思路，也展现了多学科交叉在解决环境问题中的广阔应用前景，对推动水环境治理向绿色化、精准化发展具有重要意义。
近年来，冯玲玲教授带领研究团队紧密围绕“幸福河湖建设”“减污降碳”“生物制造”等国家战略方向，聚焦化学生物学、材料科学与合成生物学前沿交叉，系统开展面向水环境治理与绿色农用品创制的创新研究。团队在靶酶化学生物学、新型纳米材料创制、AI+生物酶创制与水污染控制等方面取得系列进展，相关系列成果发表于Environmental Science & Technology、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials等环境领域顶级期刊，并积极探索“AI+合成生物学”智水新范式，为推动美丽中国特色生态文明建设与减污降碳国家战略提供科技支撑。
Journal of Hazardous Materials是由国际著名出版商Elsevier出版的环境科学与工程领域著名期刊，为中科院一区TOP期刊，最新影响因子为11.3。该期刊以推动前沿创新、解决环境污染治理与生态风险领域的重大挑战为宗旨，长期关注环境化学、污染控制工程、生态毒理学、危险物质安全处置等领域的高水平研究及高质量研究成果。
该篇论文第一作者为吴玉，通讯作者为冯玲玲教授，华中师范大学为论文唯一完成单位。研究获得了国家自然科学基金面上项目“靶向藻毒素降解酶的异烟肼类激活剂的设计合成、构效关系及激活机制的研究”及“靶向蓝藻FBP/SBPase的新型选择性杀藻剂的设计合成及作用机制研究”、中央高校基本科研业务费交叉科学研究平台重大项目、武汉市知识创新专项基础研究项目等项目资助。