主题：【分享】【我们不一YOUNG】+水源性致病微生物检测水样前处理方法之过滤法

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发表于：2024/07/18 11:55:55 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

过滤技术是以压力作为推动力的一种膜分离技术,膜孔径为(<2 nm)～(>20 μm)。其分离机理主要有两种:(1)机械筛分,通过膜截留比膜孔径大或与其孔径相当的微生物颗粒;(2)吸附截留,当微生物穿过膜表面进入膜内部时,利用膜自身的物理化学性质和静电引力使微生物沉积在膜孔侧壁或膜内部基质上。根据膜孔径大小,过滤技术可被分为微滤、超滤、纳滤和反渗透,在微生物前处理过程中主要采用微滤和超滤技术。

1、微滤法

A．传统微滤法

微滤是在压力驱动下利用孔径为0.05～10 μm的微孔膜截留直径在0.1～10 μm的颗粒,多用于悬浮物、细菌及大尺寸胶体的膜分离过程。Shrestha等采用0.40 μm聚碳酸酯过滤器和qPCR检测技术相结合的方法对芝加哥8处海滩水样中的肠球菌和大肠埃希氏菌进行了检测。Haugland等用0.40 μm孔径的聚碳酸酯过滤器对美国密歇根州休闲水域水样进行过滤后,分别通过培养和qPCR技术对大肠埃希氏菌进行了检测。Wolf-Baca等用0.20 μm孔径的混合纤维素酯膜过滤器过滤水样,提取DNA后用qPCR检测到了热水中的嗜肺军团菌和大肠埃希氏菌。在过去的研究中,常用的滤膜主要包括混合纤维素酯膜、醋酸纤维素膜、硝酸纤维素膜和聚碳酸酯膜,其中混合纤维素酯膜截留效果最好。

B．改性微滤法

传统的微滤技术因为膜孔径较大,只适用于去除体积较大的致病微生物(如致病菌、原虫),不适用于去除病毒。基于吸附-洗脱原理利用电正性或电负性膜则可以通过电荷相互作用将病毒颗粒吸附到过滤介质中,然后通过调整溶液的pH将病毒洗脱下来。该方法已被广泛用于富集来自水环境的各种病毒。

(1)电正性膜过滤法

电正性膜过滤法是依赖水中病毒颗粒固有的负电荷来实现病毒的富集。电正性膜过滤器主要包括玻璃/纤维素过滤器(1MDS)和纳米氧化铝/玻璃过滤器(NanoCeram)。Soto-Beltran等分别采用NanoCeram和1MDS从处理的污水中回收脊髓灰质炎病毒,NanoCeram方法的病毒回收率为57%,1MDS方法的病毒回收率为23%。Ikner等采用NanoCeram过滤器与超滤相结合的方法对水中的埃可病毒1、柯萨奇病毒B5、脊髓灰质炎病毒1、腺病毒2和大肠埃希氏菌噬菌体MS2进行富集,回收率分别为83%、77%、66%、14%和56%。电正性过滤器的价格昂贵,其优点是操作简便,无需进行预处理,且滤芯的选择性多,在大多数情况下能够过滤大量水体(>1 000 L)而不会堵塞,浑浊度较高的水样除外。

(2)电负性膜过滤法

病毒在天然水体中通常带负电,但在阳离子如Mg2+和Al3+存在或酸性条件下,其净电荷变为正电荷时,可利用静电作用将病毒吸附在电负性膜上,随后通过洗脱获得病毒颗粒。Haramoto等开发了一种结合Al3+或Mg2+使用电负性过滤器的方法,并成功从250～500 mL 超纯水、瓶装水、自来水、河水和池塘水中富集人类诺如病毒,回收率分别为186%、167%、80%、15%和39%。Victoria等使用电负性膜过滤与qPCR检测相结合的方法,实现了在不同环境水体中对人类星状病毒和诺如病毒的富集。电负性膜过滤法的优点在于其价格低廉;然而该方法在过滤前需要对水样或过滤器进行预处理,不适用于大体积水样的过滤和常规监测。

C．超滤法

超滤是一种基于粒度排斥原理实现在大体积水样中同时富集多种致病微生物的前处理技术,主要包括死端超滤和错流超滤两种方式。该方法于20世纪70年代作为一种富集水中病毒的方法首次被提出。超滤膜的平均孔径在0.001～1.000 μm。在过去10年里,已有大量研究证明超滤是一种富集饮用水和水源水中致病微生物的强大技术。

（1）死端超滤法

死端超滤是将水置于膜的上游,在压力差的推动下使大于膜孔的致病微生物被膜截留的一种方法。Mull等利用死端超滤法对40 L平均浑浊度为18 NTU的湖水中的多种微生物进行富集,其中,大肠埃希氏菌和肠球菌的平均回收率分别为81%和85%。Inkinen等对芬兰5个不同的饮用水分配系统的108个水样采用死端超滤法浓缩后再进行核酸提取,使用PCR检测到古菌群落的存在。Pascual-Benito等采用死端超滤法对西班牙加泰罗尼亚两个供水中心的水样进行粪便指示生物(FIO)和病原体富集,平均回收率为43.8%±17.5%。死端超滤法可以对大体积水样中的致病微生物进行回收,但是随着过滤时间的延长,被截留物质将在膜表面富集,过滤阻力增加,在操作压力不变的情况下,膜的渗透速率将下降。因此,死端超滤法只能间歇进行,必须周期性地清除膜表面的污染物层或更换膜。

（2）错流超滤法

错流超滤是指在错流过滤过程中,膜表面同时受到两个力的作用,即垂直于膜表面的力与平行于膜表面的力。与死端超滤法相比,错流超滤法膜表面污染相对较轻,膜通量更稳定,可以实现过滤过程的连续运行。Gibson等为了对加纳南部农村社区饮用水源的微生物质量进行更广泛的评估,采用了错流超滤和qPCR相结合的方法对100 L地下水、饮用水和地表水样品进行测定,地下水和地表水中大肠埃希氏菌的回收率分别为34%～67%和(<1%)～(>120%)。Kahler等使用错流超滤法从地下水和地表水中富集了大肠埃希氏菌、产气荚膜梭菌、微小隐孢子虫、埃可病毒以及噬菌体,结果表明5种肠道致病微生物的平均超滤回收率为66%～95%。Ryu等采用错流超滤和qPCR相结合的方法对德克萨斯州3个匿名废水处理厂的94个水样中的细菌(总大肠菌群、粪大肠菌群和大肠杆菌)、原虫(隐孢子虫和贾第鞭毛虫)和病毒(男性特异性噬菌体、体细胞噬菌体和人腺病毒)进行检测,该方法检出限为0.004PFU/mL。

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