一、研究背景

静电纺丝技术是合成高分子纤维和微纳米材料的一种经典而高效的方法。ES技术最早出现于1887年，而CV。男孩们描述了一种仅靠自然力生产纤维细丝的方法，而不需要任何接触。从1902年到1990年，由于纳米级电子显微镜的发展，陆续公布了几项发明专利，同时出现了集成式静电纺丝装置。在此期间，对ES力学原理和数学模型的研究促进了该技术的进步。自1964年以来，Geoffrey Taylor通过数学模型描述了高压静电场下聚合物溶液或熔滴从球形到锥形的外观变化。当电场强度超过液滴表面张力的临界水平时，球形液滴喷射并演化成锥形（泰勒锥）。他们的研究给ES技术带来了新的生命。

在另一种意义上，新生命也以21世纪初基于活细胞材料悬浮液处理的ES技术的出现为标志。在生物医学、药物输送、食品和环境领域，对静电纺生物杂化材料的研究兴趣正在上升，因为它们具有在微观到纳米尺度上生产具有可控表面积的生物相容性和生物杂化材料的潜力。

生物杂化材料由生物分子、细胞或生物组织等生物组分和聚合物、陶瓷、金属或金属氧化物等其他组分组成。在环境保护中的生物修复方面，利用细菌、真菌和藻类作为生物吸附剂处理环境污染已在实际的水和土壤修复工程中得到应用。近年来，利用ES技术作为微生物修复重金属或有机废水的固定底物在环境修复中逐渐受到研究者的关注。生物相容性聚合物已被用于包裹工业细菌如大肠杆菌、白色葡萄球菌、假单胞菌和实验室微生物如酵母、不动杆菌、微藻等，通过ES技术制备纤维细丝或网状物，用于去除水中重金属和有机污染物。

在准备这篇综述的过程中，我们的目的是对静电纺生物杂化技术在废水处理领域的应用进行深入的探索。近年来，大量发表的文章清楚地显示了静电纺纳米纤维在废水处理领域的重要地位。虽然有很多关于静电纺丝膜用于废水处理的综述，但静电纺丝生物杂化技术在废水处理中的原理和应用尚未见报道。静电纺丝生物杂化膜结合了静电纺丝技术和微生物生物技术的优点。与传统膜相比，这些膜提供了更大的表面积和吸附位点，提高了污染物去除效率。静电纺生物杂交膜中的固定化微生物可以选择性地降解特定污染物，为废水中的污染物提供针对性的处理能力。生物杂化膜可以再生和重复使用多次，而不会显著损失性能，有助于成本效益和资源节约。在生物杂交膜中使用固定化微生物，通过利用自然生物过程去除污染物，促进可持续的处理方法。这减少了对化学添加剂的依赖，并将对环境的影响降至最低。

本文首先探讨了静电纺丝的原理和常规程序。随后，我们分析了静电纺丝过程控制对材料形成和生物活性的影响。进一步，我们根据讨论的主题，从不同领域选出具有代表性或独特的研究，从材料选择、研究方法、污染物降解效率等角度进行分析和评论。在综述的基础上，展望了静电纺丝生物杂化技术的优缺点，并对该技术在不同领域的规模化生产和产业化应用提出了一些看法。

二、摘要

随着纳米技术和增材制造技术的迅速发展，静电纺丝制备高性能纳米纤维越来越受到人们的关注。生物混合环境修复技术的快速发展，催生了针对不同污染物和应用场景的可持续水处理材料。生物杂化材料与静电纺丝技术的耦合进一步解决了传统生物材料活性低、扩散差、丧失生物活性等潜在缺陷。近年来，利用微生物细胞（细菌、藻类、酵母等），通过纤维包埋、微管包埋、共静电纺丝等方法，实现了构建生物杂化纤维的先进技术。本文首先介绍了静电纺丝技术的基本原理和影响纺丝过程的参数。然后系统分析了静电纺丝生物杂化技术在不同污染物水处理工艺中的微生物选择、材料合成路线和降解效率，并对每种情况下的应用前景和不足进行了评估。最后，总结和展望了静电纺丝生物杂化技术的技术特点、存在的问题及产业前景。

三、结论

近年来，静电纺丝生物杂化复合材料在环境和能源领域的应用显示出该技术的独特优势。静电纺丝纳米纤维膜由于其高比表面积、高孔隙率、易于制备和可扩展性等优点，已成为制备纳米纤维膜最常用的方法之一。微生物技术的高效和选择性可以有效地解决城市、化工和能源领域面临的污染问题。

静电纺生物杂化复合材料的出现为高活性菌株的持续生化活性提供了化学和热稳定的载体，并确保了多次连续使用的可重复性。这两种技术的结合通常分为两类：一类是使用静电纺丝封装活细胞，另一类是将静电纺丝材料应用于生物反应器中。使用静电纺丝封装活细胞的优点是能够在一个步骤中将活性微生物与静电纺丝纤维组装在一起，从而创建特定功能的生物杂交复合材料，可以直接应用于反应器中，也可以在简单激活后应用。纤维壁的保护使微生物细胞保持高活性，并使被封装的细胞免受环境波动和周围微生物的干扰，使它们能够在相对孤立的环境中执行生化功能。电纺纤维膜在生物反应器中的应用在MBR和MFC等领域得到了广泛的探索。静电纺纤维均匀可控的三维网络结构为过滤、传质和电子传递提供了必要的途径。当面临不同的反应条件和微生物种群结构时，多种材料的选择允许更有针对性的制造路线和修饰策略。

图1.静电纺丝装置示意图。

图2.静电纺丝生物杂化技术的制备方法及应用领域。