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德克薩斯 A&M 大學的研究人員現(xiàn)在使用精密的顯微鏡和計算分析驗證了一種利用電力去除和滅活各種水傳播病毒的水凈化技術的優(yōu)點。他們表示，尚未實施的水凈化策略可能會加另一個威脅，以防止導致人類胃腸道疾病和其他感染的病原體。

“總是需要更好、更便宜、更有效的新技術來保護公眾免受致病微生物的侵害，”扎克里土木與環(huán)境工程系教授 Shankar Chellam 說?！斑@項研究中研究的水凈化技術是一種很有前途的策略，可以在水凈化的最早階段殺死更多病毒?！?/span>

研究人員在《環(huán)境科學與技術》雜志上詳細介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

水到家之前，要經過混凝、沉淀、過濾、消毒等多重凈化步驟。傳統(tǒng)的凝結方法使用化學品來觸發(fā)未經處理的水中的顆粒和微生物結塊。當這些聚集體沉淀為沉積物時，它們就可以被去除。Chelam 指出，雖然有效，但用于凝結的化學品可能具有很強的酸性，這使得將它們運輸?shù)教幚韽S和儲存是一個挑戰(zhàn)。

研究人員調查了一種新興的使用電力的凝固方法是否能有效去除水中的微生物，而不是基于化學物質的凝固法。特別是，他們在研究中使用了一種稱為 MS2 噬菌體的無包膜病毒的替代物。他們選擇微生物的動機是，MS2 噬菌體與許多無包膜病毒具有結構相似性，這些病毒在處理后可以持續(xù)存在于水中并導致人類疾病。

在他們的實驗中，研究人員將鐵電極插入未經處理的充滿病毒的水樣本中。當它們通過電流時，陽極氧化，將鐵離子釋放到溶液中。這些離子與溶解氧結合產生羥基自由基和富含鐵的沉淀物。在這個過程中，他們發(fā)現(xiàn)隨著鐵沉淀，病毒附著在這些團塊上形成更大的聚集體，可以很容易地從水中去除。

接下來，他們調查了這個過程是否也使病毒失活。但是，雖然鐵聚集體有助于捕獲病毒，但它們在使用電子顯微鏡觀察失活時存在問題。

“結塊帶來了巨大的挑戰(zhàn)，因為沒有簡單的方法可以將病毒從富含鐵的聚集體中分離出來，這使得病毒損傷的可視化以及分析電凝是病毒損傷的原因還是從富含鐵的聚集體中提取病毒變得困難。團塊，”德克薩斯 A&M 顯微鏡和成像中心的研究科學家 Anindito Sen 說。

為了解決這個問題，Chellam 的研究生 Kyungho Kim 在 Sen 的指導下開發(fā)了一種新穎的計算技術，可以直接對與鐵一起聚集的病毒進行成像。簡而言之，他們對完整的 MS2 噬菌體的 3D 圖像進行了數(shù)字化破壞。然后他們生成了損壞的 3D 模型的 2D 版本。最后，他們將這些圖像與電凝后獲得的病毒的2D 顯微圖像進行了比較。

研究人員發(fā)現(xiàn)，電凝病毒的損害范圍從 10% 到 60% 以上。此外，通過對從常規(guī)凝固分離的噬菌體進行相同的分析，他們觀察到病毒沒有被滅活。

“傳統(tǒng)的多步驟水凈化過程一直在確保即使一個步驟失敗，后續(xù)步驟也可以拯救你——可以說是一種多重屏障方法，”切拉姆說。“我們提出的電凝是工藝強化，在隨后的凈化階段之前，將電凝和消毒結合在一個步驟中，以確保更好地防止水傳播的病原體?！?/span>