荷正电微孔滤膜对水中病毒的吸附分离及浓缩作用

荷正电微孔滤膜对水中病毒的吸附分离及浓缩作用 第4届全国医药行业 2007年6月 ?121?膜分离技术应用研讨会论文集 荷正电微孔滤膜对水中病毒的吸附分离及浓缩作用 朱孟府1，-，王世昌1 (1(天津大学化工学院，天津300072;2(军事医学科学院卫生装备研究 300161) 所。天津 摘要:介绍了水中病毒的基本性能及常规分离浓缩方法，综述了荷正电微孔滤膜对水中病 毒吸附分离及浓缩机理(井对膜吸附一洗脱方法在编毒浓缩分离方面的应用提出了见 解( 关键词:荷正电微孔滤膜;病毒浓缩;吸附分离 中图分类号:TQ028(8 文献标识码:A 水中病毒检测是病毒性传染病监测的重要组成 氯、臭氧和二氧化氯及其它消毒剂对水中病毒 部分，包括水样采集、水样浓缩、病毒检测及鉴定等( 也有较强的灭活作用，病毒有蛋白质外壳保护内部 一般受污染水体中病毒含量低，常常达不到直接检 的核酸，消毒剂必须进入病毒外壳破坏核酸，才能将测浓度(PCR法除外)，需要经过浓缩才能检测到， 病毒杀死(不同消毒剂对病毒的耐受情况不同，对 因此选择有效的病毒分离浓缩方法显得十分重要(Ck的耐受顺序为:人轮状病毒>f2噬菌体>柯萨奇 病毒>埃可病毒>脊髓质炎病毒>猴轮状病毒，对 1病毒及其浓缩分离方法 C102的耐受顺序:轮状病毒>柯萨奇病毒>埃可病1(1病毒的基本性能 毒>脊髓质炎病毒>f2噬菌体>猴轮2状病毒，对 病毒无细胞结构，专性寄生在活的敏感宿主体 03的耐受顺序:人轮状病毒>脊髓质炎病毒>猴轮 内，200 nm以下的超微 可通过细菌过滤器，大小为>>>f2pH 状病毒埃可病毒柯萨奇病毒噬菌体(在小微生物(病毒的基本特征有:(1)个体微小;(2)仅 值6,9范围内，常用消毒剂灭活病毒的能力为:有一种类型的核酸;(3)没有合成蛋白质的机构(不 03>a02>H(砌>Ocl->NHCl2>NHCI( 具有独立的代谢能力，必须依靠活的敏感宿主细胞 膜分离对水中病毒的去除比较彻底，其中反渗 来合成病毒的化学组成和繁殖新个体(水中常见病 透、纳滤除病毒效果最好，可以去除所有种类及数量 毒有肠病毒(包括脊髓质炎病毒、柯萨奇病毒、肠孤 的病毒(超滤除病毒效果也很好，试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，用截留 儿病毒、非特异性肠病毒和甲型肝炎病毒等)、呼肠 分子量为30 000的超滤膜处理病毒含量为30 000孤病毒、腺病毒、乳多泡病毒及小DNA病毒等( PFU,mL的污水，结果产水中病毒浓度小于 151(2病毒的分离去除 PFU,mL(常规的混凝一沉淀一过滤一消毒水处理过程对 水中病毒的去除有一定作用(据1(3病毒的浓缩 报道，利用明矾、硫 理想的病毒浓缩方法应是:(1)病毒的回收率高 酸铁或三氯化铁混凝沉淀对水中肠道病毒去除率可 且稳;(2)不受水质尤其是水浊度的影响;(3)处理水 达86(O,,99(8,，硫酸铝混凝可去除水中人工污 量大;(4)操作快，避免损伤病毒;(5)浓缩应有选择染的脊髓质炎病毒达90(O,，明矾混凝沉淀再经砂 性，尽可能不浓缩病毒以外的物质，尤其是对细胞培滤 1对水中脊髓质炎病毒、肝炎病毒和轮状病毒的 养有害的物质;(6)方法简单(去除率可大于99(7,，常规水处理工艺对一般天然 传统的病毒浓缩方法大多是利用了病毒的理化水源水中大肠杆菌噬菌体和肠道病毒的去除率分别 特性来实现的，如物理吸附、沉淀、相分离、膜过滤及 为90(63,和53(48,(其在电场下迁移等(较早的方法主要涉及到病毒外 收稿日期:2007—04—22 作者简介:朱孟府(1965一)，男，山东沂南人，硕士，副研究员， 从事膜分离水处理技术研究 2007芷122? 膜科学与技术 壳蛋白与吸附剂表面的电化学相互作用，如用多价 大多是带有负电荷的腔体粒子，所以通过改变膜的 阳离 电性能或改变水的pH值(改变病毒的电性能)及洗 毒对矿物子盐、不溶性多聚电解质沉淀浓缩病毒;利用病 脱液的pH值，达到吸附一洗脱浓缩的目的(如图2 体中的病质的吸附特性如用膨润土、滑石粉吸附水 缩病毒;电泳、电渗透、冷冻等方法也可用于浓 所示，当水透过荷正电微孔滤膜时，水中的病毒被吸 毒(这些方法处理水量有限，不适于含高浓度悬 附到膜孔表面上(a)，通过调节洗脱液的pH值，使 浮物或高有机质的水体(目前，较好的水体病毒浓缩 膜由正电性转变为负电性，从而把已吸附到膜上的 方法 病毒通过洗脱液洗脱下来(b)( 为使用荷正电微孔滤膜的膜吸附一洗脱法( 2荷电滤膜的吸附分离及浓缩机理 21 (基本性能 荷电微孔膜是指在膜面具有固定电荷的分离 膜(当高分子膜中导人大量荷电基团时，则对溶液 与膜具有同性电荷的物质有强烈的排斥作用，而对 溶液中带有与膜异性电荷的离子或其它物质中 (a) 附作用(用于水中病毒吸附分离的多为荷正电微孔 滤膜，带有活性基团的高分子具有吸 聚合物膜材料与荷电 图2膜吸附一洗脱病毒浓缩原理不意图剂通过浸涂法、相转化法、接枝共聚法等可制备出荷 常用作洗脱液的物质有甘氨酸、甘氨酸一小牛正电微孔滤膜，常用的荷电剂多为含季胺基的高分 血清、甘氨酸一EDTA一牛肉浸膏或牛血清及尿素子聚合物，如聚乙烯吡啶、聚酰胺一亚酰胺、聚乙烯 一精氨酸磷酸缓冲液( 亚胺一表氯醇等( 3荷正电微孔滤膜分离浓缩病毒 2(2吸附分离机理 截留比膜普通微孔滤膜对粒子的截留主要通过筛分作用 近年来有许多关于用荷正电微孔滤膜通过吸附 孔径大或与其孔径相当的粒子，截留效果作用从大容量水中浓缩、分离、回收或去除病毒的报 取决于膜的孔孔数和叠加的微泡 径和微泡大小的分布、微泡壁上的开道，肯定了荷正电微孔滤膜在病毒分离浓缩方面的 层数(荷电微孔滤膜除具有筛分效果(Sobsey采用正电性双层膜滤器从自来水中浓 作用外，还具有吸附作相互作用吸附分离比膜 用，可以通过正负电荷之间的缩脊髓灰质炎病毒、人肠道细胞变孤病毒及呼肠孤 1 所示，当水中病毒、内毒索孔径小的荷电物质(如图病毒等肠道病毒的性能，结果显示，该滤器可直接从 等通过荷正电微孔滤膜 pH值为7(5以下的水中有效吸附病毒，性能稳定， 时，带负电荷的病毒、内毒素 到膜的微孔表面上(吸附分离的等负电物质就会被吸附无需调节pH值及添加多价金属离子。吸附在膜表 能的大小，电性能越强，吸附分离效果 效果取央于膜电性面的病毒，可在4?条件下较长时间内保持活性( 就越好( Ma等采用市售的MK及I加=)s两种正电性膜滤器 2 3洗脱浓缩机理 从自来水中回收肠道病毒的性能，结果表明，在多种 膜吸附一洗脱浓缩法的主要机理是病毒为腔体 条件下，两种滤器均能从自来水中分离脊髓灰质炎亲水颗粒，它能与膜固体表面相互作用，并依据水的 病毒及柯萨奇病毒( pH值变化而带不同的电荷(一般情况下，水中病毒 传统的水处理方法一直被认为能充分灭活病 毒，但饮水中病毒的检出，提醒人们传统的氯消毒剂 带负电荷的病 并不能充分灭活病毒(这是因为病毒对氯的耐受性 比细菌强，如脊髓灰质炎病毒在水中余氯超过1 内毒素 mg,L的情况下仍能存活(Kawabata研制了一种 联聚(N一苯甲基一4一乙烯基吡啶盐酸盐)荷电交 微孔滤膜，孔径为20 tanT4 ，当水中噬菌体浓度为 l下转第126页)图1荷正电微孔滤膜吸附作用示意图 ?126 2007在 膜科学与技术 续表3 品名 规 格 品名 规 格 10tan 10,an TnLrT正 10,500 1 1(52 0 9,100 10,500mL 1(6 1(4 5,500mL 10,5(10mL 0 6 5,500mL 0 mL 0(9,500mL 0 6 5,500 0(1 0(9,500mL 0(6 5,500mL 2(0 HlL 0(9,500mL 0(2 025,500 ( 0(3 0，9,500mL0 75,500mL 0，20，9,500mLO 510,250mL 葡萄糖袋 葡萄糖袋 (O(1 O 5,500mLO(9,100札 5 rr山 0(3 09 0(9,100mL5,500 ( 0(9,100 atL 0(1 O(8 5,500mL O(9,100mL O(3 5,500mL 3(2 rIlL 0(9,500 1 0 310,100mL 0 0(9,500mL 0 3 5,500 nlL 0(7 1 0(2 0(9,500mL 0 5,500mL 0(9,100 nrL 2(6 注:批号省略 从以上的实际应用效果得知，虽然国内的微滤 的消毒级滤器，可以有效地替代进口产品，为制药企 技术起步较晚，但经过近几十年来科研人员的努力， 业降低生产成本提供有力的支持( 我国已经完全有 能力生产使用在制药行业过滤终端 (上接第122页) 107,105 PFU,mL、流速为34(2 cm,h时，该膜对病 机盐或可溶性有机物质水样的病毒浓缩还存在一些 毒去除率可达99(96,-99 9995,( 问题(例如，水中悬浮固体易于堵塞膜，造成流量衰 我们以壳聚糖为荷电剂，研制出孔径为0(2, 减，操作时问延长，处理水量减少(另外，如果水中存 3，0 tan荷正电微孔滤膜，该膜对水中及药液中的细 在可溶性高分子有机物，还会同病毒竞争滤膜上的 菌 战制液吸附位点而减少病毒的实际回收率，同时对于初始 内毒素及病毒有很好的吸附分离作用，已用于野 装备( 洗脱液的进一步浓缩也有影响( 另外，Preston、Toranzos，Shields及Farrah等人 都对荷荷电微孔滤膜属于新型分离膜，其主要特征是 iL滤膜吸附分离浓缩病毒进行了研 究，并取得具有电性能，通过膜与介质之间正负电荷的相互作 正电微 了较理想的结果( 用吸附分离及浓缩病毒(随着性能优异的荷电微孔 滤膜的研制成功，必将预示着其在医药、食品及水处 4结语 理领域中的病毒吸附分离及浓缩方面有着广阔的应 膜吸附一洗脱方法对含有较高浓度悬浮物、无 用前景(