近日，吉林大学新能源与环境学院吕聪教授在高级氧化水消毒机制研究中取得重要进展，系统阐明了不同结构病毒对多种活性氧物种（ROS）的敏感性差异机制，揭示了病毒衣壳组成、基因组类型及包膜特性对灭活抗性的影响规律，为高效绿色光催化消毒技术的开发提供了理论依据。研究成果以“Heterogeneity in Susceptibility of Viruses with Different Structures to Various Reactive Oxygen Species: Kinetics and Biological Mechanisms”为题，发表在Eco-Environment & Health期刊上。

全球水资源安全形势日趋严峻，水传播病原体引发的公共卫生危机持续加剧，对人类健康构成巨大威胁。高级氧化工艺（AOPs）因其具有绿色清洁、反应速率快、无二次污染、氧化能力强、适应范围广等特点，在水消毒领域展现出良好的应用潜力。目前，多数研究聚焦于高效催化剂开发与病毒灭活效能优化，然而，关于不同结构病毒对多种活性氧物种（ROS）的敏感性差异机制缺乏系统解析。因此，本研究探明了不同结构病毒的光催化灭活效能差异，明确了其灭活动力学及二级速率常数；揭示了不同结构病毒对多种ROS敏感性差异的内在生物学机制；评估了多种ROS灭活不同结构病毒的抗环境干扰能力。本研究阐明了四种不同结构病毒对多种活性氧物种的敏感性差异机制，为高级氧化工艺在水消毒领域的应用提供重要理论依据。

研究选取四种典型结构的噬菌体（MS2、phi6、phix174和T4）作为指示病毒，四种病毒在光催化体系中的灭活抗性依次为 T4 > phix174 > MS2 > phi6。结合病毒灭活动力学，计算得出四种病毒被羟基自由基（·OH）、单线态氧（¹O₂）和超氧阴离子（·O₂⁻）灭活的二级速率常数分别在10⁹~10¹⁰、10⁷~10⁸和~10⁵ M^-1 s^-1范围。四种病毒对活性氧物种的敏感性呈现显著差异，敏感性顺序为：φ6 > MS2 > φix174 > T4。病毒衣壳的组成、形态与稳定性均影响其对ROS的敏感性，蛋白结构越复杂，抗性越强；RNA病毒较DNA病毒更易受损，单链基因组更脆弱，敏感性顺序依次为 ssRNA > dsRNA > ssDNA > dsDNA。包膜病毒因脂质富含不饱和脂肪酸，易发生ROS诱导的过氧化，故而更易失活。此外，不同ROS的氧化能力影响其对病毒组分的破坏效率。·OH主要攻击基因组，可广谱性破坏RNA与DNA病毒；·O₂⁻可有效降解RNA病毒基因组，但对DNA病毒影响较弱；¹O₂对病毒蛋白的反应性远高于基因组，能实现对病毒蛋白的精准高效破坏。此外，不同ROS在实际水体中灭活不同结构病毒的抗环境干扰能力存在显著差异（¹O₂ > ·O₂^- > ·OH），与·OH 和·O₂^-相比，¹O₂具有寿命长、pH耐受性宽、抗环境介质干扰能力强等优点，更适合实际水环境中的病毒消毒。本研究通过探索病毒灭活的动力学和生物学机制，深化了对于结构不同的病毒对不同ROS敏感性差异机制的理解。

文章第一作者为吉林大学新能源与环境学院付紫涵硕士研究生，通讯作者为吉林大学新能源与环境学院吕聪教授。该研究得到吉林省科技厅自然科学基金项目（No. 20220101214JC）的资助。

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https://doi.org/10.1016/j.eehl.2025.100178