水质监测中的切向流过滤

  • 来源:瑞普利金(上海)生物科技有限公司
  • 时间: 2017/9/1
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    使用中空纤维过滤器进行水样浓缩,高效回收水体中病原体。


    饮用水源的微生物污染是全球水源性疾病发生的主要原因,摄入污染源来源的水会导致肠道性疾病的爆发,是重大的公共卫生安全问题。即使是较低的浓度,水中的病原体对于健康人群也是有害的。所以急需开发有效的水质监测系统,以提高安全性。

    传统的病原体监测方法虽然可对水体中的污染物进行精确的评估,但通常需要较长的时间(21-48hr),这妨碍了急需使用时,对水质的快速、有效监测。一种解决方法是使用微型化系统,如基于微流的检测平台,其优势是快速、简单、便携、灵敏性高,但其限制是不能处理大体积的样品,从而不能获得“有意义”的检测结果,而这对于微生物污染的准确评估优势必需的。所以,需要开发高效的浓缩器,以降低样品体积,同时截留目标病原体至可行的浓度,以匹配微型化平台的检测要求。

    一些文献报导了使用离心、免疫磁珠分离和膜过滤等作为浓缩方法。离心进行微生物浓缩时,因为可能造成细胞结构破坏,导致检测错误。免疫磁珠分离价格较贵,操作也较复杂,不适合现场应用操作。 

    而膜技术可有效解决大体积样品的问题。膜过滤器是含有特定孔径级别的聚合物膜,其膜表面可作为物理屏障,截留比膜孔大的颗粒和微生物。这种过滤技术非常高效,可用于大多数对污染水体中病原体进行检测的传统方法。

    膜过滤的有两种过滤方式,其中,直流过滤,如针头式过滤器,可以从大体积水体中将微生物浓缩在过滤器表面,但是很难将过滤器表面的微生物再转移至基于微流的检测平台。而使用切向流过滤形式的中空纤维过滤器可有效解决这种问题,其可作为现场使用的浓缩设备,进行水质监测。

    中空纤维微滤和超滤技术自70年代起就开始广受欢迎,使用这种技术,第一次从水样中浓缩出了脊髓灰质炎I型病毒样品。超滤技术已经用于从水源中浓缩和收获多种不同的微生物。

    MicroKros 中空纤维过滤组件手动操作视频

     

    使用这种技术,实验测试了不同中空纤维在特定操作条件设置下,以注射器操作的切向流过滤模式,对水体中E.Coli的浓缩和回收效率。浓缩步骤比较使用了仕必纯两种不同的中空纤维过滤器0.2μm孔径的MicroKros聚醚砜中空纤维过滤器(C06-P20U-10-S)和MWCO 750kD的MicroKros改性聚醚砜中空纤维过滤器(C02-E750-10-N)。过滤器总表面积为41cm2。过滤器连接和实验操作步骤见下图所示。

     

    用于从水样中浓缩E.Coli时的中空纤维组件与注射器连接方式以及中空纤维的横截面示意图。(S. Dasgupta, et al., 2015)

     

    操作步骤:(A)含有水样的注射器1连接到中空纤维组件;(B)将注射器1中的样品推过中空纤维,进入注射器2,同时部分滤液收集至滤液注射器;(C)将注射器2中的样品回推,注射器1中收集更加浓缩的样品,同时滤液体积增加;(D)重复第2和3步,直到注射器2中的最终样品体积为0.5mL;(E)取下注射器1;(F)将注射器1更换为含有洗脱液的注射器;(G)用洗脱液冲洗过滤器,最终的浓缩样品收集在注射器2中。(S. Dasgupta, et al., 2015)

     

    此外,实验比较了以不同表面活性剂和化学分散剂混合液作为洗脱液,对提高回收率的影响。

    使用手持式中空纤维过滤设备,可从5mL水样中有效浓缩和回收E.Coli(浓缩10倍,回收率>90%)。除了洗脱液的选择,过滤器的各向异性和孔径是使用中空纤维过滤器进行E.Coli浓缩时,影响回收效率的主要因素。高回收率可确保准确地评估传染性污染物,经进一步的优化,这种方法可与便携式生物传感器平台整合,以便在需要用水时,进行快速、高效的水质监测。

    原文:S.Dasgupta, R. Chavali, N.S.Kumar., et al., Hollow fier concentrator for water quality monitoring: role of surfactant based elution fluids. RSC Advances, 2015,5,62439-62448.


     

     


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