CN102235948A

CN102235948A - 环境水样快速病毒富集方法和富集装置

Info

Publication number: CN102235948A
Application number: CN2010101566244A
Authority: CN
Inventors: 王学武
Original assignee: TIANJIN OUNUO INSTRUMENT CO Ltd
Current assignee: TIANJIN OUNUO INSTRUMENT CO Ltd
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: CN102235948B

Abstract

本发明涉及一种环境水样快速病毒富集方法和富集装置，采用直流过滤结合层流分离富集技术将样本液分离成透过液和浓缩液，浓缩液被循环浓缩后，大样本水样被浓缩成小样本浓缩液样后可用于实验室检测。该装置构成包括第一、二级过滤组件、层流富集组件、蠕动泵及其PLC控制等，第二级过滤组件具有反冲洗功能。本发明还充分考虑到了内部管路的清洗问题，滤膜和滤芯均为一次性使用，可避免样本之间的交叉污染和微生物在管路中的滋生与繁殖。本发明尤其适用于现场将大样本水样浓缩成小样本浓缩液样后用于实验室检测。

Description

环境水样快速病毒富集方法和富集装置

技术领域

本发明属于生物分析测试和环境科学领域，特别是涉及一种环境水样快速病毒富集方法和富集装置。

背景技术

微生物指标的安全性问题都是威胁饮水安全的首要问题，调查结果表明，我国饮水的微生物安全性尚未得到有效保障，微生物超标现象普遍存在。从我国近几年的水源污染性疾病发病情况来看，由肠道病毒引起的无菌性脑炎、手足口病、急性出血性结膜炎和新生儿急性心肌炎等疫情呈上升趋势。病毒对常规饮用水消毒方式的抵抗能力远大于细菌，在饮用水中，即使存在一个可检出的病毒单位，也有引起人感染的可能性。世界卫生组织建议，在100～1000L饮用水中，经目前最敏感的方法检测，不应有病毒存在。水中病毒的浓度往往很低，依靠现有技术无法直接检出，因此病毒的富集是决定检测成败的关键因素。

现有的水样中病毒富集的方法主要有吸附法、过滤法、沉淀法、捕获法等几种。其中，吸附法是利用荷电材料对水体中带负电的病毒进行主动吸附的特性，对流经吸附材料表面的病毒进行捕获，然后再采用离心、洗脱等方法实现病毒和吸附材料的分离。吸附法回收率较高，但操作步骤较为繁琐，耗时较长，严重依赖手工操作。

过滤法是使水样通过超细孔径的滤膜，利用阻留的原理实现病毒和水体的分离，该方法虽然简便易用，速度较快，病毒损失小，但存在滤膜易堵塞的缺点，无法用于大体积或洁净度较低的水样处理。

沉淀法是向水中加入化学物质使之形成絮凝沉淀，利用病毒和沉淀的结合来实现富集的目的，该方法适用于少量水样中病毒的富集，对大体积水样的处理能力较差。

捕获法主要是利用抗体选择性结合病毒抗原的原理来实现病毒的分离，该方法虽具有特异性强、灵敏度高的优点，但存在耗时长、成本高、操作复杂的缺陷而限制了它的推广应用。

层流分离法是生物化工中较为有效的一种分离方法，该方法是使样本液以一定的流速按照平行于膜表面的方向在滤膜表面循环，小于膜孔径的物质透过膜流出，大于膜孔径的物质被膜截留在表面，并随液流流入收集容器，控制循环次数即可得到一定的富集比。但是上述富集方式仅适于较为洁净的液体中物质的分离，而不适用于含有较多的泥沙颗粒、腐殖质、浮游生物等大直径粒子的环境水样的病毒分离，表现在使用现有层流分离富集装置对所述大体积环境水样进行病毒分离时其滤膜将很快堵塞。

综上所述，针对较大体积(40L以上)的环境水样，目前尚无较为有效的快速病毒富集方法，更无可供使用的快速富集装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水样中病毒富集方法存在的上述不足，而公开一种环境水样快速病毒富集方法和富集装置。

本发明的对较大体积环境水样快速病毒富集的方法由以下步骤组成：

(1)将加样桶中的环境水样经孔径100μm-30μm滤膜粗滤；

(2)经粗滤的环境水样经孔径为10μm的过滤反冲膜精滤，过滤反冲膜适时反冲洗；

(3)经精滤的环境水样泵送层流富集膜组件循环进行病毒分离，病毒悬液达到目标体积停止富集循环；

(4)取出并更换粗滤滤膜、精滤反冲膜和层流富集膜组件的滤芯，更换粗滤滤膜、精滤反冲膜和层流富集膜组件的滤芯前由过氧乙酸经加样桶对环境水样流经的全部通道进行清洗。

所述过滤反冲膜的反冲洗液是洁净水。

依据前述快速病毒富集方法的快速病毒富集装置采取以下技术方案：本装置设有加样桶，其出口与第一级过滤组件入口相接，所述第一级过滤组件设有孔径100μm的第一层粗滤膜和孔径30μm的第二层粗滤膜，第一级过滤组件的出口与第1二位三通电磁换向阀P口相接，该换向阀A口与第二级过滤组件入口相接，B口与反冲废液瓶相接，所述第二级过滤组件设有孔径10μm的过滤反冲膜和位于出口的压力传感器，第二级过滤组件的出口与第2二位三通电磁换向阀P口相接，该换向阀A口与蠕动泵一端口相接，B口与样本瓶出口相接，所述蠕动泵另一端口与第3二位三通电磁换向阀P口相接，该换向阀A口与层流富集组件入口相接，B口与反冲瓶相接，所述层流富集组件出口与样本瓶入口相接，滤清液出口与废液瓶相连；本装置设有PLC程序控制器，富集装置启动、停止信号和第二级过滤组件的压力传感器表示滤膜堵塞状况的信号输入至PLC程序控制器，PLC程序控制器输出的相应控制指令对应连接于第1、第2、第3二位三通电磁换向阀和蠕动泵的驱动部件。

所述第1级过滤组件中第一层粗滤膜和第二层粗滤膜为圆片滤膜，其直径为100mm。

所述第2级过滤组件中过滤反冲膜为圆片反冲膜，其直径为30mm。

所述层流富集组件的外部尺寸为Φ50mm×386mm，截留分子量为60K～80K，内部填充的是中空纤维过滤膜，其单根滤膜内外径0.9mm/1.3mm，总表面积0.3m²。

所述层流富集组件的工作压力0.12MPa。

本发明的有益效果和优点在于：本快速病毒富集方法结合了截留式过滤、切向流分离两种技术的优点，保证了大体积、高流量水样中病毒富集较高的回收率，适时引入反冲洗环节，可有效防止杂质分离过程中的膜组件堵塞，能可靠的连续运转而体现其快速病毒富集的突出特点。应用本快速病毒富集方法的富集装置自动化程度较高，同时引入了自动压力探测反冲洗结构，具有快速病毒富集、连续运行可靠、使用方便经济的突出优点。本发明还充分考虑到了内部管路的清洗问题，滤膜和滤芯均为一次性使用，可避免样本之间的交叉污染和微生物在管路中的滋生与繁殖。本发明尤其适用于现场将大样本水样浓缩成小样本浓缩液样后用于实验室检测。

附图说明

图1是本发明病毒富集装置实施例结构示意图。

图2是图1层流富集组件的中空纤维滤膜的填充方式示意图。

图3是图1实施例的病毒富集装置工作流程框图。

图4是图1实施例的病毒富集装置清洗流程框图。

图中标号：1加样桶，2第一级过滤组件，2-1第一层粗滤膜，2-2第二层粗滤膜，3第1二位三通电磁换向阀，4第二级过滤组件，4-1过滤反冲膜，5反冲废液瓶，6压力传感器，7第2二位三通电磁换向阀，8蠕动泵，9样本瓶，10第3二位三通电磁换向阀，11反冲瓶，12废液瓶，13层流富集组件，13-1中空纤维过滤膜。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1所示，本实施例提供的水样中病毒富集装置设有加样桶1，其出口与第一级过滤组件2的入口相接，所述第一级过滤组件2设有孔径100μm的第一层粗滤膜2-1和孔径30μm的第二层粗滤膜2-2，第一层粗滤膜和第二层粗滤膜均为圆片滤膜，其直径为100mm。

第一级过滤组件2的出口与第1二位三通电磁换向阀3的P口相接，该换向阀的A口与第二级过滤组件4的入口相接，B口与反冲废液瓶5相接。

第二级过滤组件4中设有圆片形的过滤反冲膜4-1，其直径为30mm，孔径为10μm。第二级过滤组件4的出口还设置压力传感器6，同时第二级过滤组件的出口还与第2二位三通电磁换向阀7的P口相接，该换向阀的A口与蠕动泵8图示左侧端口相接，该换向阀的B口与样本瓶9的出口相接。

所述蠕动泵8图示右侧端口与第3二位三通电磁换向阀10的P口相接，该换向阀A口与层流富集组件13入口相接，该换向阀的B口与反冲瓶11相接。所述层流富集组件13的出口与样本瓶9的入口相接。层流富集组件13的滤清液出口C与废液瓶12相连。

如图2所示，层流富集组件的外部尺寸为Φ50mm×386mm，工作压力0.12MPa，截留分子量为60K～80K，内部填充的是中空纤维过滤膜，其单根滤膜内外径0.9mm/1.3mm，总表面积0.3m²。

实施例中，第2二位三通电磁换向阀7、第3二位三通电磁换向阀10与蠕动泵8相应端口的连接管路是内径为8mm的乳胶软管，其它连接管路均采用内径为5mm～8mm的硬质特氟龙管。

本装置设有PLC程序控制器(未示出)，富集装置的启动、停止信号和第二级过滤组件4的压力传感器6输出的表示过滤反冲膜4-1堵塞状况的信号输入至PLC程序控制器，PLC程序控制器输出的相应控制指令对应连接于第1、第2、第3二位三通电磁换向阀和蠕动泵的驱动部件，其工作流程如图3所示。该流程的目的在于尽量保留水样中病毒的情况下对其进行初步过滤，排除大部分杂质。病毒富集流程包括初步过滤、病毒富集两个基本步骤和反向冲洗故障排除步骤。

如图3流程图所示的初步过滤流程为：首先向环境水样加样桶中注入待富集水样，在反冲瓶中加入洁净水。然后启动本装置开关，在PLC智能程序控制下，装置关闭第1、第2和第3二位三通电磁换向阀的B口，打开第1、第2和第3二位三通电磁换向阀的A、P口，并将蠕动泵的流向设定为1-2正向流，此时，环境水样将在蠕动泵的作用下，依次经过第一级过滤组件、第二级过滤组件和层流富集组件，含有滤除杂质、含有病毒的水样流入样本瓶，滤清液进入废液瓶。

病毒富集流程为：首先关闭第1、第2二位三通电磁换向阀的P口和第3二位三通电磁换向阀的B口，同时打开第2二位三通电磁换向阀的A、P口和第3二位三通电磁换向阀的A、P口，设定蠕动泵的流向为1-2正向流，此时，经粗滤和精滤的水样将不再经过第1、二级过滤组件，仅在样本瓶和层流富集组件之间进行多次循环，每进行1次循环，均排出一定量的滤清液，直到样本瓶中的病毒悬液达到最终的目标体积，此时停止富集循环，病毒富集流程完成。

反向冲洗流程为：该流程目的为在第二级过滤组件发生堵塞的情况下排除堵塞，恢复组件的过滤能力。在第而级过滤组件的出口连接有压力传感器，当此组件的过滤反冲膜堵塞时，压力会异常升高，此异常为压力传感器所探测，此时，智能控制程序将关闭第1、第2二位三通电磁换向阀的P口和第3二位三通电磁换向阀的B口，打开第2二位三通电磁换向阀的A、B口和第3二位三通电磁换向阀的A、P口，蠕动泵流向设定为2-1反向流，此时，本装置将抽取反冲瓶中的纯净水对第二级过滤组件中的过滤反冲膜进行冲洗，冲洗废液排至反冲废液瓶，直至压力传感器测得的压力值恢复正常。

如图4所示，每次水样中病毒富集完毕后必须对整个装置进行清洗，以避免造成水样之间的交叉污染，并防止长时间贮存时微生物在管路内的滋生。该清洗流程是在装置的智能控制程序控制下自动完成。清洗流程为：首先向环境水样加样桶中注入100ppm过氧乙酸10L，取下第一、二级过滤组件的滤膜，关闭第1、第2、第3二位三通电磁换向阀的B口，打开各阀的A、P口，设定蠕动泵的流向为1-2，此时清洗液将在蠕动泵的驱动下对管路进行充分清洗。

本实施例的水样中病毒富集装置在试样中的应用效果良好，病毒回收率在40％以上，样本水样处理能力可达50L/h以上，且在使用过程中基本无管路堵塞情况出现，富集完毕后，清洗效果良好，为后续富集做好准备。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。

Claims

1.一种环境水样快速病毒富集方法，其特征在于由以下步骤组成：

(1)将加样桶中的环境水样经孔径100μm-30μm滤膜粗滤；

2.根据权利要求1所述的环境水样快速病毒富集方法，其特征在于：所述过滤反冲膜的反冲洗液是洁净水。

3.一种快速病毒富集装置，其特征在于：本装置设有加样桶，其出口与第一级过滤组件入口相接，所述第一级过滤组件设有孔径100μm的第一层粗滤膜和孔径30μm的第二层粗滤膜，第一级过滤组件的出口与第1二位三通电磁换向阀P口相接，该换向阀A口与第二级过滤组件入口相接，B口与反冲废液瓶相接，所述第二级过滤组件设有孔径10μm的过滤反冲膜和位于出口的压力传感器，第二级过滤组件的出口与第2二位三通电磁换向阀P口相接，该换向阀A口与蠕动泵一端口相接，B口与样本瓶出口相接，所述蠕动泵另一端口与第3二位三通电磁换向阀P口相接，该换向阀A口与层流富集组件入口相接，B口与反冲瓶相接，所述层流富集组件出口与样本瓶入口相接，滤清液出口与废液瓶相连；本装置设有PLC程序控制器，富集装置启动、停止信号和第二级过滤组件的压力传感器表示滤膜堵塞状况的信号输入至PLC程序控制器，PLC程序控制器输出的相应控制指令对应连接于第1、第2、第3二位三通电磁换向阀和蠕动泵的驱动部件。

4.根据权利要求3所述的快速病毒富集装置，其特征在于：所述第1级过滤组件中第一层粗滤膜和第二层粗滤膜为圆片滤膜，其直径为100mm。

5.根据权利要求3所述的快速病毒富集装置，其特征在于：所述第2级过滤组件中过滤反冲膜为圆片反冲膜，其直径为30mm。

6.根据权利要求3所述的快速病毒富集装置，其特征在于：所述层流富集组件的外部尺寸为Φ50mm×386mm，截留分子量为60K～80K，内部填充的是中空纤维过滤膜，其单根滤膜内外径0.9mm/1.3mm，总表面积0.3m²。

7.根据权利要求3所述的快速病毒富集装置，其特征在于：所述层流富集组件的工作压力0.12MPa。