Understanding Nanoscale Interactions between Minerals and Microbes: Opportunities for Green Remediation of Contaminated Sites

环境修复 生化工程 戒毒(替代医学) 纳米技术 环境科学 环境化学 化学 污染 材料科学 生态学 生物 工程类 医学 替代医学 病理
作者
Tianchi Cao,Yaqi Liu,Cheng Gao,Yuxin Yuan,Wei Chen,Tong Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (32): 14078-14087
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c05324
摘要

In situ contaminant degradation and detoxification mediated by microbes and minerals is an important element of green remediation. Improved understanding of microbe-mineral interactions on the nanoscale offers promising opportunities to further minimize the environmental and energy footprints of site remediation. In this Perspective, we describe new methodologies that take advantage of an array of multidisciplinary tools─including multiomics-based analysis, bioinformatics, machine learning, gene editing, real-time spectroscopic and microscopic analysis, and computational simulations─to identify the key microbial drivers in the real environments, and to characterize in situ the dynamic interplay between minerals and microbes with high spatiotemporal resolutions. We then reflect on how the knowledge gained can be exploited to modulate the binding, electron transfer, and metabolic activities at the microbe-mineral interfaces, to develop new in situ contaminant degradation and detoxication technologies with combined merits of high efficacy, material longevity, and low environmental impacts. Two main strategies are proposed to maximize the synergy between minerals and microbes, including using mineral nanoparticles to enhance the versatility of microorganisms (e.g., tolerance to environmental stresses, growth and metabolism, directed migration, selectivity, and electron transfer), and using microbes to synthesize and regenerate highly dispersed nanostructures with desired structural/surface properties and reactivity.
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