把病毒杀死在“摇篮”里：新技术在水净化之前就可防止病原体传播

德克萨斯 A&M 大学的研究人员现在使用精密的显微镜和计算分析验证了一种利用电力去除和灭活各种水传播病毒的水净化技术的优点。他们表示，尚未实施的水净化策略可能会加另一个威胁，以防止导致人类胃肠道疾病和其他感染的病原体。

“总是需要更好、更便宜、更有效的新技术来保护公众免受致病微生物的侵害，”扎克里土木与环境工程系教授 Shankar Chellam 说。“这项研究中研究的水净化技术是一种很有前途的策略，可以在水净化的最早阶段杀死更多病毒。”

研究人员在《环境科学与技术》杂志上详细介绍了他们的发现。

水到家之前，要经过混凝、沉淀、过滤、消毒等多重净化步骤。传统的凝结方法使用化学品来触发未经处理的水中的颗粒和微生物结块。当这些聚集体沉淀为沉积物时，它们就可以被去除。Chelam 指出，虽然有效，但用于凝结的化学品可能具有很强的酸性，这使得将它们运输到处理厂和储存是一个挑战。

研究人员调查了一种新兴的使用电力的凝固方法是否能有效去除水中的微生物，而不是基于化学物质的凝固法。特别是，他们在研究中使用了一种称为 MS2 噬菌体的无包膜病毒的替代物。他们选择微生物的动机是，MS2 噬菌体与许多无包膜病毒具有结构相似性，这些病毒在处理后可以持续存在于水中并导致人类疾病。

在他们的实验中，研究人员将铁电极插入未经处理的充满病毒的水样本中。当它们通过电流时，阳极氧化，将铁离子释放到溶液中。这些离子与溶解氧结合产生羟基自由基和富含铁的沉淀物。在这个过程中，他们发现随着铁沉淀，病毒附着在这些团块上形成更大的聚集体，可以很容易地从水中去除。

接下来，他们调查了这个过程是否也使病毒失活。但是，虽然铁聚集体有助于捕获病毒，但它们在使用电子显微镜观察失活时存在问题。

“结块带来了巨大的挑战，因为没有简单的方法可以将病毒从富含铁的聚集体中分离出来，这使得病毒损伤的可视化以及分析电凝是病毒损伤的原因还是从富含铁的聚集体中提取病毒变得困难。团块，”德克萨斯 A&M 显微镜和成像中心的研究科学家 Anindito Sen 说。

为了解决这个问题，Chellam 的研究生 Kyungho Kim 在 Sen 的指导下开发了一种新颖的计算技术，可以直接对与铁一起聚集的病毒进行成像。简而言之，他们对完整的 MS2 噬菌体的 3D 图像进行了数字化破坏。然后他们生成了损坏的 3D 模型的 2D 版本。最后，他们将这些图像与电凝后获得的病毒的2D 显微图像进行了比较。

研究人员发现，电凝病毒的损害范围从 10% 到 60% 以上。此外，通过对从常规凝固分离的噬菌体进行相同的分析，他们观察到病毒没有被灭活。

“传统的多步骤水净化过程一直在确保即使一个步骤失败，后续步骤也可以拯救你——可以说是一种多重屏障方法，”切拉姆说。“我们提出的电凝是工艺强化，在随后的净化阶段之前，将电凝和消毒结合在一个步骤中，以确保更好地防止水传播的病原体。”