饮用水中生物检测方案

o 安全的饮用水是公共环境健康保护的基本要求，而无病原性细菌是其中一个重要指标，对其进行有效监测是环境毒理学、公共卫生学等研究领域的一个热热。为保护公共健康，水处理系统必需能监测水源水和出厂水，但其中的细菌污染物通常浓度极低，必需有可信且具有代表性的富集方法进行高效浓缩，以达到现有检测技术的阈值。 已有研究使用死端过滤系统进行原生动物(如隐孢子虫和梨形鞭毛虫)的浓缩，但是系统不能实现自动化，且回收率降低(一一为20-50%)，而微生物回收的高效和可重复性是后续计算及鉴定的基本要求。中空纤维切向流过滤可实现高回收率，结合使用自动化过滤系统，可使工艺更方便，并保持良好的重重性。 使用切向流微滤直接快速浓缩水体细菌，省去了繁琐的增菌步骤，可在较短的时间(15min)内处理至少10L的水样，浓缩因子达到100以上，并获得90%以上的高回收率。 操作步骤 实验采用野生型大肠杆菌和常规自来水，调整细菌浓度为100-0.01cells/mL。富集系统包括 MiniKros Sampler改性聚醚砜中空纤维微滤组件(膜表面积365cm²、孔径0.5m， 纤维内径0.5mm、纤维数190)、可编程式蠕动泵、软管、限流阀、压力传感器(组件进/出端口及滤液出口)、用于跨膜压(TMP)控制的自动背压阀(TMP 范围设定为35-180 mbar)、滤液流量计(流速控制为200-1000ml/min)。系统设置如图所示，同时使用 KF Comm 进行工艺参数监测。 新组件首次使用时，先用纯水冲洗润湿，去除空气和保护剂。每次实验后，用0.5%的碱性溶液循环清洗30min， 再用超纯水循环清洗，直至组件恢复其正常水通量。 进行富集操作时，打开滤液阀和循环阀，随着样品过滤的进行，细菌在循环回路中被富集。富集的时间取决于 TMP 和组件的渗透性能。 理论上，富集的细菌可直接回流至样品容器，但为防止细菌粘度在管路或组件内壁上，运行结束后，通过改变蠕动泵运转方向，进行了正/反向冲洗洗脱操作。 计算细菌回收率：回收率=[体积(浓缩液)×浓度(浓缩液)]/[体积(原液)×浓度(原液)] 结果和讨论 实验使用以下公式研究了微滤组件在有无细菌条件下的渗透性(P)： P=J/(A×TMP)。o一般情况下，滤液流速会随着跨膜压的增加而线性增加。但当压力到达或接近临界值时，颗粒滤饼层被压实，通量增加趋缓并达到恒定值，称为极限通量。实际操作时，一般要求在临界值以下进行。测试可得，组件的纯水渗透率为 P=13，400 L/m²hbar。同时测试了组件对 E.coli 浓度为 2.5 ×106cells/mL的纯水及自来水的渗透率，在该测试过程中滤液和回流液都回流至进样容器，以维持细菌浓度，约10min 后，达到稳定状态。分析可知，两者滤液流速均随 TMP增加而升高，且两者都没有达到组件的标准极限压力，说明使用表面积 365cm²的组件时，没有明显的孔径堵塞或额外的滤液阻力形成。 o 实验检测了富集过程中回流液内的E.coli 浓度和活性，两者均受 TMP 的影响。TMP<40 mbar 时， E.coli 浓度快速降低75%以上，原因可能是细胞被快速吸附到膜内表面，形成起始凝胶层。理论上，此时滤液通量应降低，但在实验中被没有发现，可能是组件的代偿作用抵消了这一部分变化。当TMP 为 40-90 mbar 时，细菌浓度的降低只有15%。细胞活性分析显示，其活性在过滤过程中并没有显著降低，说明微滤组件中一定范围内的高流速不会导致细胞损坏。 对产物最终回收率的分析显示，当TMP 为50-75mbar时，回收率稳定在90%以上， 而 TMP 低于 40 mbar 时，E.coli 回收率降低(<75%)，可能原因是在此条件下，细菌在管路或组件内表面的吸附较强，造成样品损失。 最终实验得出，当TMP=75 mbar 时， 700mL/min 的流速进行 15min 的富集操作，回收率的变异最小，结合一定的冲洗步骤，即可在最短的时间内达到最高的浓缩因子(接近200)，回收率为 90±3%。 此外，实验比较了系统对不同 E.coli 浓度自来水富集效果的重复性，显示其对于0.01-100 cfu/mL的水样具有一致的高效富集能力，这对于该方法在饮用水上的应用非常重要。 MiniKros Sampler中空纤维切向流过滤组件 实验使用中空纤维切向流组件实现了大体积水样中微生物的高效富集，系统可在 15min 内以700ml/min 的流速将 10L 自来水浓缩至 50mL， 在75mbar 条件下， E.coli 活菌的回收率为90±3%。可见，该系统可作为水样细菌污染物快速富集的实用型设备，也可将其与其它分离技术(如免疫磁珠分离)或生物分析检测方法(如FCM、PCR 或免疫分析微阵列)结合使用，以获得更全面的结果。 ( 参考文献： ) ( Peskoller ， C . ， Niessner， R.， Seidel ， M.， C ross flow m icrofiltration system f or r apid enrichment of bacteria in wate r . Anal Bioanal Chem， 2009. ) Spectrum Laboratories， INC. Spectrum Laboratories， INC.For Use of Spectrum and Authorized Distributor.