CN117203317A - 过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法 - Google Patents

过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法 Download PDF

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井上健太郎
田口朋之
片山浩之
松井康弘
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Abstract

过滤部件(110)具有微生物能够通过的孔径的孔,在施加电压的状态下带正电荷或负电荷。

Description

过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法
关联申请的相互参照
本申请要求2021年3月26日在日本提出的专利申请特愿2021-054192号的优先权,在此并入该在先申请的全部公开以供参照。
技术领域
本公开涉及过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法。
背景技术
一直以来,作为检测水中的病毒时的处理方法,已知有阴电荷膜法。例如,专利文献1中记载了从河川水、湖沼水、海水、雨水等环境水;井水、自来水、瓶装水等饮用水;下水、排水、水池水、农业用水、工业用水、制冷剂水等工业用水等样品液制备精制病毒液,并利用阴电荷膜法等浓缩所制备的精制病毒液,提取核酸以检测病毒的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2015-195756号公报
发明内容
发明要解决的课题
在阴电荷膜法中,为了保证试样水的过滤性能,每次进行过滤时都需要更换阴电荷膜。然而,由于阴电荷膜的更换需要手动进行,因此需要工夫和时间。另外,还需要购买用于更换的阴电荷膜的成本和从购买到获得的时间。
本公开的目的在于提供能够提高利用阴电荷膜法进行处理的便利性的过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法。
用于解决课题的手段
一些实施方式涉及的过滤部件具有微生物能够通过的孔径的孔,在施加电压的状态下带正电荷或负电荷。由此,在对过滤部件施加电压而使其带电的状态下,通过向过滤部件供给试样水,使带电的病毒被过滤部件捕捉,通过停止对过滤部件施加电压从而从过滤部件脱离,在该状态下,通过向过滤部件供给引出水,病毒与引出水一起从过滤部件流出并被回收。因此,能够可靠地从过滤部件引出并除去病毒,因此能够在不更换过滤部件的情况下反复利用。因此,能够削减更换过滤部件的工夫和时间,并且也能够削减购买用于更换的阴电荷膜的成本和从购买到获得的时间,因此便利性提高。
在一个实施方式中,具有形成所述孔的金属制的网状结构或冲孔(punching)结构。由此,能够实现在对过滤部件施加电压而使其带电的状态下捕捉病毒,在停止对过滤部件施加电压的状态下使病毒从过滤部件脱离的过滤部件。
在一个实施方式中,通过在具有形成所述孔的网状结构或冲孔结构的结构体上涂布导电性涂料或金属膜而形成。由此,能够实现在对过滤部件施加电压而使其带电的状态下捕捉病毒,在停止对过滤部件施加电压的状态下使病毒从过滤部件脱离的过滤部件。
在一个实施方式中,通过将多个形成所述孔的金属管捆扎而形成。由此,能够实现在对过滤部件施加电压而使其带电的状态下捕捉病毒,在停止对过滤部件施加电压的状态下使病毒从过滤部件脱离的过滤部件。
一些实施方式涉及的浓缩装置具备:上述过滤部件、对所述过滤部件施加电压的电源装置、配置在所述过滤部件的上游侧并供给试样水的试样水供给部、在所述过滤部件的上游侧与所述试样水供给部并列配置并供给引出水的引出水供给部、与配置在所述过滤部件的上游侧的上游侧配管连接并且用于从所述试样水供给部向所述过滤部件供给所述试样水的试样水供给配管、与所述上游侧配管分支连接并且用于向所述过滤部件供给所述引出水的引出水供给配管、配置在所述过滤部件的下游侧并且将流体排出到外部的排出口、以及在所述过滤部件的下游侧与所述排出口并列配置并且回收流体的回收容器。由此,在对过滤部件施加电压而使其带电的状态下,通过向过滤部件供给试样水,使带电的病毒被过滤部件捕捉,通过停止对过滤部件施加电压而从过滤部件脱离,在该状态下,通过向过滤部件供给引出水,病毒与引出水一起从过滤部件流出并被回收。因此,能够可靠地从过滤部件引出并除去病毒,因此能够在不更换过滤部件的情况下反复利用。因此,能够削减更换过滤部件的工夫和时间,并且也能够削减购买用于更换的阴电荷膜的成本和从购买到获得的时间,因此便利性提高。
一些实施方式涉及的浓缩方法是浓缩装置执行的浓缩方法,所述浓缩装置具备:具有微生物能够通过的孔径的孔并且在施加电压的状态下带正电荷或负电荷的过滤部件、对所述过滤部件施加电压的电源装置、配置在所述过滤部件的上游侧并且供给试样水的试样水供给部、在所述过滤部件的上游侧与所述试样水供给部并列配置并且供给引出水的引出水供给部、与配置在所述过滤部件的上游侧的上游侧配管连接并且用于从所述试样水供给部向所述过滤部件供给所述试样水的试样水供给配管、与所述上游侧配管分支连接并且用于向所述过滤部件供给所述引出水的引出水供给配管、配置在所述过滤部件的下游侧并且将流体排出到外部的排出口、以及在所述过滤部件的下游侧与所述排出口并列配置并且回收流体的回收容器,所述浓缩方法包括:第1步骤,其中,在通过所述电源装置对所述过滤部件施加了电压的状态下,通过从所述试样水供给部向所述过滤部件供给所述试样水,从而进行所述试样水的过滤;和第2步骤,其中,在停止从所述电源装置对所述过滤部件施加电压的状态下,通过从所述引出水供给部向所述过滤部件供给所述引出水,从而回收被所述过滤部件捕捉到的微生物的浓缩液。由此,在第1步骤中,在对过滤部件施加电压而使其带电的状态下,通过向过滤部件供给试样水,使带电的病毒被过滤部件捕捉,在第2步骤中,通过停止对过滤部件施加电压而从过滤部件脱离,在该状态下,通过向过滤部件供给引出水,病毒与引出水一起从过滤部件流出并被回收。因此,能够可靠地从过滤部件引出并除去病毒,因此能够在不更换过滤部件的情况下反复利用。因此,能够削减更换过滤部件的工夫和时间,并且也能够削减购买用于更换的阴电荷膜的成本和从购买到获得的时间,因此便利性提高。
发明的效果
根据本公开,可以提供能够提高利用阴电荷膜法进行处理的便利性的过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法。
附图说明
[图1]是从试样水中回收病毒粒子的浓缩液的比较例涉及的浓缩设备的示意性构成图。
[图2]是用于说明由图1的设备执行的阴电荷膜法的处理顺序的示意图。
[图3]是用于说明由图1的设备执行的阴电荷膜法的处理顺序的示意图。
[图4]是用于说明由图1的设备执行的阴电荷膜法的处理顺序的示意图。
[图5]是本公开的一个实施方式涉及的浓缩装置的示意性构成图。
[图6]是用于说明由图5的浓缩装置执行的阴电荷膜法的处理的第1步骤的示意图。
[图7]是用于说明由图5的浓缩装置执行的阴电荷膜法的处理的第2步骤的示意图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
首先,对通过阴电荷膜法回收包含细菌或病毒等微生物的浓缩液的设备的比较例进行说明。阴电荷膜法是以从试样水中回收通过浓缩病毒而使病毒浓度增加了的浓缩液为目的而进行的工序的一个例子。包含细菌或病毒等的微生物在中性至碱性的水域中具有带负电荷的性质。由于利用阴电荷膜法执行处理的试样水是从中性至碱性的,因此这些微生物在试样水中带负电荷。
在本说明书中,作为一个例子,对回收病毒的浓缩液的情况进行了说明,但是对于细菌等其他微粒,也可以应用同样的设备和方法。病毒可以是任意公知的病毒。病毒例如可以包括:双链DNA病毒、单链DNA病毒、双链RNA病毒、单链RNA病毒、单链RNA逆转录病毒、或双链DNA逆转录病毒。
图1为用于说明能够执行阴电荷膜法处理的设备的比较例的示意性构成图。如图1所示,比较例涉及的设备1具备:阴电荷膜2、吸引器(aspirator)3、以及吸引容器(bin)4。在图1中,将各构成要素连接起来的实线表示流体流动的配管。
阴电荷膜2是带有负电荷的膜,例如可以使用Millipore公司制的混合纤维素膜(以下,也简称为“HA膜”)。混合纤维素膜例如是硝基纤维素系和醋酸纤维素系的混合膜。在阴电荷膜2上设置有病毒能够通过、且能够透过水分子等构成流体的分子的孔。阴电荷膜2的孔的孔径可以适当地确定。
在阴电荷膜2的上游侧设置有用于供给流体的配管5。在图1所示的比较例中,在配管5中,通过按照各自的顺序手动地改变连接3根不同的配管5a、5b及5c,从而将各自不同的流体经由配管5而供给到阴电荷膜2。也可以通过改变投入到配管5中的溶液来代替在配管5中改变连接配管5a、5b及5c,从而将各自不同的流体经由配管5而供给到阴电荷膜2。
3根配管5a、5b及5c当中第1配管5a是连接配管5和试样水供给口6的配管。从试样水供给口6向第1配管5a供给可含有病毒的试样水。需要说明的是,可以从试样水供给口6供给在从水处理基础设施采集的试样水中混合预定溶液而得的溶液。预定溶液例如可以为氯化镁溶液。通过供给氯化镁溶液,在试样水中所含的病毒上吸附镁的阳离子,形成病毒与镁离子的复合体,从而病毒容易被阴电荷膜2捕捉。对于预定溶液,可以根据试样水的性质使用适当的溶液。另外,根据试样水的性质,也可以不使用预定溶液。
3根配管5a、5b及5c当中第2配管5b是连接配管5和贮存有酸性水溶液的酸性溶液贮存箱7的配管。从酸性溶液贮存箱7向第2配管5b供给酸性水溶液。在本说明书中,对于酸性水溶液,以硫酸溶液作为一个例子进行说明,但是不限于此。
3根配管5a、5b及5c当中第3配管5c是连接配管5和贮存有碱性水溶液的碱性溶液贮存箱8的配管。从碱性溶液贮存箱8向第3配管5c供给碱性水溶液。在本说明书中,对于碱性水溶液,以氢氧化钠水溶液作为一个例子进行说明,但是不限于此。
从按照各顺序连接后的3根配管5a、5b及5c的每一个经由配管5向阴电荷膜2供给流体。在同一时刻向阴电荷膜2仅供给试样水、酸性水溶液以及碱性水溶液中的任一者。即,以在同一时刻不供给试样水、酸性水溶液以及碱性水溶液中的2者以上的方式,按照各自的顺序手动地改变连接配管5a、5b及5c。
吸引器3相对于阴电荷膜2而配置在下游侧。吸引器3通过产生减压状态而引入供给到阴电荷膜2的流体。在图1所示的比较例中,在将试样水和酸性水溶液供给到阴电荷膜2的情况下,驱动吸引器3,流体被引入到吸引器3侧而排出到外部。
吸引容器4相对于阴电荷膜2而配置在下游,并且与吸引器3并列配置。吸引容器4通过产生减压状态而引入供给到阴电荷膜2的流体,并将流体回收到设置在内部的浓缩液回收容器10中。在图1所示的比较例中,在将碱性水溶液供给到阴电荷膜2的情况下,流体被引入到吸引容器4中,并被回收到浓缩液回收容器10中。
接下来,对使用图1的比较例涉及的设备进行的利用阴电荷膜法的处理方法进行说明。图2至图4为用于说明由图1的设备1执行的阴电荷膜法的处理顺序的示意图。图2至图4中的粗线表示流体的流动。这里,对过滤的试样水例如为2升以下的小容量的情况进行说明。在这种情况下,作为阴电荷膜2,可以使用平膜。
首先,通过将第1配管5a与配管5连接,并驱动吸引器3,从而如图2所示,将试样水从试样水供给口6经由第1配管5a供给到阴电荷膜2。试样水中包含在带负电荷的病毒上吸附有阳离子而成的复合体。当试样水通过阴电荷膜2时,试样水中所含的病毒和阳离子的复合体在通过阴电荷膜2时被带负电荷的阴电荷膜2吸附而被捕捉。作为阴电荷膜2,此时使用病毒能够通过的膜。例如,作为阴电荷膜2,可以使用孔径0.45μm、口径13-90mm的HA膜。捕捉了阳离子和病毒后的试样水在吸引器3作用下经由配置在阴电荷膜2的下游的配管11和11a被排出。
接着,通过将第2配管5b代替第1配管5a而与配管5连接,并驱动吸引器3,从而如图3所示,从酸性溶液贮存箱7通过第2配管5b向阴电荷膜2供给硫酸溶液。由此,进行阴电荷膜2的酸清洗。即,通过将硫酸溶液供给到阴电荷膜2,并利用吸引器3向下游流动,从而被阴电荷膜2捕捉到的阳离子从阴电荷膜2上溶出而与硫酸溶液一起经由配管11和11a被排出。另外,通过供给硫酸溶液,被阴电荷膜2捕捉到的病毒的表面带正电荷。硫酸溶液可以是能够进行酸清洗的任意溶液,例如可以使用pH3.0、0.5mM的硫酸溶液。另外,硫酸溶液可以供给适当的量,例如可以供给所供给的试样水的十分之一以下的容量。通过酸清洗,成为病毒附着并残留在阴电荷膜2上的状态。
然后,将第3配管5c代替第2配管5b而与配管5连接,从而如图4所示,从碱性溶液贮存箱8通过第3配管5c向阴电荷膜2供给氢氧化钠水溶液。由此,被阴电荷膜2捕捉到的病毒的表面再次带负电荷,并从阴电荷膜2上溶出而与氢氧化钠水溶液一起经由配管11和11b流入吸引容器4中,被回收到浓缩液回收容器10中。氢氧化钠水溶液可以是能够回收病毒的任意溶液,例如可以使用pH10.5-10.8、1.0mM的氢氧化钠水溶液。另外,氢氧化钠水溶液可以供给适当的量,例如可以供给1-10ml。供给的氢氧化钠水溶液越少量,病毒的浓缩效果越高,因此优选。
需要说明的是,在浓缩液回收容器10中,优选预先放入用于中和回收病毒后的氢氧化钠水溶液的溶液。例如,在浓缩液回收容器10中,优选预先放入5-50μl的0.2N硫酸溶液和10-100μl的pH8.0的缓冲液。
如此,通过参照图2至图4说明的处理以在设备1中进行阴电荷膜法,从而能够将试样水中的病毒回收到浓缩液回收容器10中。
在上述的阴电荷膜法中,通过依赖于pH的质子(例如在上述的例子中为Mg2+)的吸附和脱离来改变病毒的表面电荷,从而控制胶体的分散稳定性。
在专利文献1所记载的例子中,粒子(A)带正电荷作为表面电荷。因此,带负电荷作为表面电荷的病毒、腐殖酸以及粒子(B)被粒子(A)吸附。此时,由于病毒可以带正电荷作为表面电荷,因此与腐殖酸和粒子(B)相比,相对难以被吸附。结果,病毒没有被粒子(A)吸附,而腐殖酸和粒子(B)被粒子(A)吸附。然后,在吸附了腐殖酸或粒子(B)的状态下、即粒径变大的状态下,将粒子(A)从样品液中分离。由此,吸附在粒子(A)上的腐殖酸和粒子(B)也与粒子(A)一起从样品液中分离。由此,可以得到除去了腐殖酸的精制病毒液。
然而,在现有的阴电荷膜法中,为了防止试样的污染,并且为了保证过滤性能,使用一次性的阴电荷膜2,该阴电荷膜2在每次实施过滤时更换。但是,由于阴电荷膜2的更换需要手动地进行,因此需要工夫和时间。另外,还需要购买用于更换的阴电荷膜2的成本、以及从购买到获得的时间。
另外,在阴电荷膜2由平膜构成的情况下,由于平膜容易损伤,因此在阴电荷膜2的更换作业中,要求进行作业以使平膜免受损伤的慎重性。也有使用筒式过滤器作为阴电荷膜2的情况,但是由于筒式过滤器价格高,因此成本变高。
以下,对能够解决上述问题的过滤部件、浓缩装置以及浓缩方法进行说明。
图5是本公开的一个实施方式涉及的浓缩装置100的示意性构成图。如图5所示,本实施方式涉及的浓缩装置100具备:过滤部件110、第1泵111、第2泵112、电源装置113、浓缩液回收容器114。在图5中,将各构成要素连接起来的实线表示流体流动的配管。另外,在图5中,将各构成要素连接起来的虚线表示能够供给电力的布线。
过滤部件110是对从上游侧供给的流体进行过滤的部件。过滤部件110具有包含病毒的微生物能够通过的孔径的孔。例如,过滤部件110具有网状结构或冲孔结构。在这种情况下,过滤部件110捕捉带电的微生物,并且通过由网状结构或冲孔结构形成的孔使从微生物分离后的水等流体向下游侧通过。由网状结构或冲孔结构形成的孔的孔径例如可以为0.1~30μm。需要说明的是,冲孔结构是在片状或板状的材料上冲切孔或样式而成的结构。
过滤部件110与电源装置113电连接,构成为从电源装置113施加电压。过滤部件110由在从电源装置113施加电压的状态下带正电荷或负电荷的部件构成。例如,过滤部件110是金属制的。即,过滤部件110可以具有金属制的网状结构或冲孔结构。例如,过滤部件110可以是能够控制带电性的不锈钢制。过滤部件110带正电荷还是带负电荷由从电源装置113供给的电力来控制。在没有从电源装置113施加电压的情况下,过滤部件110成为无电荷。
过滤部件110优选由耐酸性的材料构成。例如,过滤部件110优选由能够耐受pH 2以下的耐酸性的材料构成。由此,在利用浓缩装置100进行浓缩后,可以用强酸溶液清洗过滤部件110。在过滤部件110由耐酸性的材料构成的情况下,即使用强酸溶液清洗,也难以受到强酸溶液的侵蚀,带电性不会劣化。
在本实施方式中,过滤部件110在从电源装置113施加电压而带电的状态下过滤从上游侧供给的试样水。
电源装置113向过滤部件110供给电力。电源装置113在开关接通的状态下向过滤部件110供给电力,在开关断开的状态下不向过滤部件110供给电力。电源装置113例如可以通过控制浓缩装置100整体的控制部来控制开关的接通和断开,例如也可以通过操作电源装置113的人来控制开关的接通和断开。
在过滤部件110的上游侧设置有用于供给流体的上游侧配管101。在上游侧配管101上连接有向上游侧分支的2根配管。即,在上游侧配管101上连接有试样水供给配管102和引出水供给配管103这2根配管。在试样水供给配管102的上游侧配置有供给试样水的试样水供给部106。从试样水供给部106向试样水供给配管102供给可包含病毒的试样水。从试样水供给部106向试样水供给配管102供给的试样水经由上游侧配管101向过滤部件110供给。与比较例中说明的情况同样地,也可以从试样水供给部106供给在从水处理基础设施采集的试样水中混合了预定溶液而得的溶液。预定溶液是能够供给阳离子的溶液。例如,预定溶液是氯化镁溶液或氯化铝溶液。但是,预定溶液不限于氯化镁溶液或氯化铝溶液。通过混合氯化镁溶液,由试样水中所含的病毒和阳离子形成复合体,通过其作用,更容易被带负电荷的过滤部件110捕捉。在试样水供给配管102上设置有第1阀109a。通过第1阀109a的开闭,从而对来自试样水供给配管102的试样水的供给进行控制。
在试样水供给配管102上设置有第1泵111。第1泵111设置在第1阀109a的上游侧。第1泵111从试样水供给部106向下游侧输送试样水。第1泵111可以是送液泵或加压式泵。例如,由于试样水中的浊质或不溶性物质浓度高,因此在过滤对过滤部件110而言负荷高的试样水的情况下,优选使用加压式泵作为第1泵111。通过使用加压式泵,以更强的压力供给试样水,容易防止浊质或不溶性物质在配管中的沉淀。
在过滤部件110的上游侧配置有供给引出水的引出水供给部107。引出水供给部107例如可以构成为从能够供给引出水的特定装置经由软管或管等而供给引出水的机构,也可以构成为对引出水进行蓄水的水箱。引出水供给部107与试样水供给部106并列配置。引出水是为了将由过滤部件110捕捉到的病毒从过滤部件110引出来并向下游侧流动而供给到过滤部件110的流体。引出水例如可以是水。但是,也可以使用其他液体作为引出水。如图5所示,引出水从引出水供给部107通过引出水供给配管103向过滤部件110供给。具体而言,引出水供给配管103以在第1阀109a的下游侧与上游侧配管101合流的方式与上游侧配管101连接。即,引出水供给配管103与上游侧配管101分支连接。在引出水供给配管103上设置有第2阀109b。通过第2阀109b的开闭,从而对来自引出水供给配管103的引出水的供给进行控制。
在引出水供给配管103上设置有第2泵112。第2泵112设置在第2阀109b的上游侧。第2泵112从引出水供给部107向下游侧输送引出水。第2泵112可以是送液泵。
在过滤部件110的下游侧设置有用于排出通过过滤部件110的流体的下游侧配管105。在下游侧配管105上分支连接有2根不同的配管105a和105b。
下游侧第1配管105a与排出口125连通,从排出口125向外部排出流体。在下游侧第1配管105a上设置有第3阀109c。通过第3阀109c的开闭,从而对来自下游侧第1配管105a的流体的排出进行控制。
下游侧第2配管105b是连接下游侧配管105与浓缩液回收容器114的配管。浓缩液回收容器114在过滤部件110的下游侧与排出口125并列排出。浓缩液回收容器114是回收病毒的浓缩液的容器。具体而言,通过在过滤部件110中引出病毒,浓缩液回收容器114回收包含病毒的引出水。在下游侧第2配管105b上设置有第4阀109d。通过第4阀109d的开闭,从而对浓缩液从下游侧第2配管105b向浓缩液回收容器114的送液进行控制。
接下来,参照图6和图7对利用图5所示的浓缩装置100进行的阴电荷膜法的处理顺序进行说明。图6和图7是用于说明由浓缩装置100执行的阴电荷膜法处理的各步骤的示意图。在图6和图7中,为了容易理解要点,仅图示了过滤部件110、与过滤部件110连接的上游侧配管101及下游侧配管105的一部分。在浓缩装置100中,在第1步骤和第2步骤中进行利用阴电荷膜法的病毒粒子的浓缩液的回收。
需要说明的是,第1步骤和第2步骤可以通过能够自动控制浓缩装置100所具备的各功能部的控制部按照预先设定的程序进行控制而自动地执行,也可以通过人的操作来执行。这里,将第1步骤和第2步骤设定为自动控制。
图6是用于说明由图5的浓缩装置100执行的阴电荷膜法处理的第1步骤的示意图。在第1步骤中,在通过电源装置113对过滤部件110施加电压的状态下,通过从试样水供给部106向过滤部件110供给试样水,从而进行试样水的过滤。
具体而言,在第1步骤中,第1阀109a和第3阀109c处于打开的状态,第2阀109b和第4阀109d处于关闭的状态。另外,电源装置113的开关处于接通的状态,通过向过滤部件110供给电力,使过滤部件110带电。这里,设定过滤部件110带正电荷。
在该状态下,通过驱动第1泵111,将可包含病毒的试样水从试样水供给部106经由试样水供给配管102向过滤部件110供给。供给到过滤部件110的试样水被过滤部件110过滤。此时,由于试样水中的病毒带负电荷,过滤部件110带正电荷,因此如图6示意性地所示那样,带负电荷的病毒被过滤部件110捕捉。除去了病毒的试样水从下游侧配管105经由下游侧第1配管105a从排出口125排出。
如图6所示,在向过滤部件110供给试样水的期间,施加到过滤部件110的电压可以根据作为捕捉对象的病毒的性质、试样水的性质等适当确定。例如,为了防止试样水发生电解,施加到过滤部件110的电压可以设定在1mV至1.23V之间。但是,根据试样水的流速和电解速度,在认为电解的影响小的情况下,施加到过滤部件110的电压也可以设定为高于1.23V。
图7是用于说明由图5的浓缩装置100执行的阴电荷膜法处理的第2步骤的示意图。在第2步骤中,在停止从电源装置113对过滤部件110施加电压的状态下,通过从引出水供给部107向过滤部件110供给引出水,从而回收被过滤部件110捕捉到的微生物的浓缩液。
具体而言,在第2步骤中,第1阀109a和第3阀109c处于关闭的状态,第2阀109b和第4阀109d处于打开的状态。另外,电源装置113的开关处于断开的状态,处于不向过滤部件110供给电力的状态。即,过滤部件110成为不带电的状态。
在该状态下,通过驱动第2泵112,从引出水供给部107经由引出水供给配管103向过滤部件110供给引出水。此时,由于过滤部件110不带电,因此病毒处于脱离过滤部件110的网状结构或冲孔结构的状态。因此,如图7示意性地所示,引出水将病毒从过滤部件110引出并流向下游侧。包含病毒的引出水从下游侧第2配管105b流入浓缩液回收容器114,从而被回收到浓缩液回收容器114。
在浓缩完成了的情况下,通过清洗过滤部件110,可以再次使用。即,在浓缩装置100中,即使不更换过滤部件110而进行再利用,也难以产生污染的问题。这是因为,通过在本实施方式涉及的浓缩方法的第2步骤中停止对过滤部件110施加电压,病毒从过滤部件110脱离,并通过引出水从过滤部件110流下,因此病毒难以残留在过滤部件110中。
在过滤部件110由耐酸性的材料构成的情况下,在浓缩完成后,可以用强酸溶液清洗过滤部件110。通过用强酸溶液清洗过滤部件110,可以在过滤部件110中残留有病毒的情况下溶解该病毒的RNA(核糖核酸)和DNA(脱氧核糖核酸)等核酸。由此,清洗了过滤部件110,因此即使在下一次处理中使用相同的过滤部件110,也不会对下一次处理中使用的试样产生污染等影响。
如此,本实施方式涉及的浓缩装置100具备在施加了电压的状态下带电的过滤部件110。在对过滤部件110施加电压而使其带电的状态下,通过向过滤部件110供给试样水,带电的病毒被过滤部件110捕捉。通过停止对过滤部件110施加电压,捕捉到的病毒从过滤部件110脱离,在该状态下,通过向过滤部件110供给引出水,病毒与引出水一起从过滤部件110流出并被回收。通过使用这样的浓缩方法,能够可靠地从过滤部件110引出并除去病毒,因此能够在不更换过滤部件110的情况下反复利用。因此,能够削减更换过滤部件110的工夫和时间,并且也能够削减购买用于更换的阴电荷膜的成本和从购买到获得的时间,因此便利性提高。
在上述实施方式涉及的浓缩装置100中,在将引出水设为水的情况下,能够在不对目标病毒赋予由酸或碱等引起的压力的情况下进行回收。即,能够减轻对病毒造成的伤害。
但是,在上述实施方式涉及的浓缩方法的第2步骤中,也可以进行酸清洗或碱引出。即,如比较例中说明的那样,通过向过滤部件110供给硫酸溶液等酸性水溶液和氢氧化钠水溶液等碱性水溶液来代替引出水,也能够回收被过滤部件110捕捉到的病毒。
在上述实施方式中,说明了试样水和引出水分别由配置在过滤部件110的上游侧的第1泵111和第2泵112送液而向下游侧供给。然而,浓缩装置100也可以在过滤部件110的下游侧具备引入流体的泵来代替第1泵111和第2泵112,并通过该泵将流体(即试样水和引出水)从上游侧向下游侧引入。
在上述实施方式中,说明了过滤部件110具有金属制的网状结构或冲孔结构。然而,过滤部件110不一定必需具有金属制的网状结构或冲孔结构。过滤部件110只要能够通过施加电压而带电、且能够过滤试样水即可。
例如,过滤部件110可以通过在具有形成孔的网状结构或冲孔结构的结构体上涂布导电性涂料或金属膜而形成。即使在这种情况下,过滤部件110也与上述实施方式中说明的过滤部件110同样地发挥功能。
另外,例如,过滤部件110也可以通过将多个形成孔的金属管捆扎而形成。金属管被配置成沿着试样水流动的方向形成孔的中空部分延伸开来。在这种情况下,当对过滤部件110施加电压时,形成过滤部件110的金属管带电,病毒被捕捉(吸附)到该金属管的内壁。在将多个金属管捆扎形成过滤部件110的情况下,成为目标的病毒与构成金属管的孔的内壁面的距离越近,金属管对病毒的捕捉效率越高。因此,金属管的内径优选越小越好。金属管的内径例如可以设为20μm。
在上述实施方式涉及的浓缩装置100中,施加到过滤部件110的电压可以根据作为浓缩对象的微生物来适当地确定。例如,包含诺瓦克病毒或大肠杆菌噬菌体等的各种病毒的表面电荷根据包含该病毒的液体的pH而变动。因此,通过改变该液体的pH或盐浓度,可以将病毒吸附机构的电荷切换为正电荷或负电荷。利用该性质,通过向过滤部件110赋予吸引带电的病毒的电荷,能够回收成为目标的特定病毒。
具体而言,通过切换或调整对过滤部件110施加的电压的正负或有无施加电压,能够选择性地回收特定的病毒。例如,在pH 7的条件下,肠道系的小核糖核酸病毒(Picornavirus)科、植物中感染的芜菁黄花叶病毒(Tymovirus)科等的外壳蛋白具有带正电的性质,成为胃肠炎等原因的杯状病毒(Calicivirus)科具有带负电的性质。假设,在试样水中混有这些病毒的情况下,通过使过滤部件110带正电,能够选择性地捕捉例如属于杯状病毒科的诺瓦克病毒。由此,能够在浓缩液中不包含目标外的病毒的同时回收目标病毒的浓缩液。
在上述实施方式中,对浓缩装置100回收包含细菌或病毒等微生物的浓缩液的情况的例子进行了说明,但是浓缩装置100也可同样适用于在液体中带电而浮游的微粒或胶体分散系。
上述浓缩装置100可用于多种领域和用途。例如,上述浓缩装置100可以用于掌握净水场、污水处理场、水再生设施或海水淡化设施等水处理基础设施的水质管理和处理性能。另外,上述浓缩装置100例如可以用于河川、海洋、亲水区、水池或浴场等水域中的环境动态调查。另外,上述浓缩装置100例如可以用于微粒、胶体分散系或微生物等的水质检查,以掌握遍布水域或环境基础设施的城市的微生物感染风险。另外,以饮用或加工食品的制造中使用的液体的质量风险、安全把握或品质管理为目的,上述浓缩装置100可以用于将风险定量化、或者与能够判定为安全的阈值进行比较验证。另外,上述浓缩装置100可以用于工业用水、灌溉/农业用水等的水质检查。另外,上述浓缩装置100例如可以用于进行喷雾、加湿装置或洒水等温湿度管理中使用的液体的质量风险、安全把握或品质管理。另外,上述浓缩装置100可以用于医药品制造或人工透析疗法等与医疗相关的水的品质管理检查。
另外,如上所述,上述浓缩装置100能够选择性地回收病毒,因此例如在自来水、食品、饮用水或其他领域中,能够用于以带电状态不同的粒子为对象进行回收的方法。进一步,通过不使用酸性溶液或碱性溶液作为引出水,不会对病毒赋予由酸或碱等引起的压力,因此能够执行病毒回收后的培养操作。
本公开不限于在上述实施方式中特定的构成,在不脱离权利要求书中记载的公开要旨的范围内可以进行各种变形。例如,各构成部、各步骤等中包含的功能等能够以逻辑上不矛盾的方式进行重新构成,能够将多个构成部或步骤等组合成1个或进行分割。
符号的说明
1 设备
2 阴电荷膜
3 吸引器
4 吸引容器
5、11、11a、11b配管
5a第1配管
5b第2配管
5c第3配管
6 试样水供给口
7 酸性溶液贮存箱
8 碱性溶液贮存箱
10 浓缩液回收容器
100 浓缩装置
101 上游侧配管
102 试样水供给配管
103 引出水供给配管
105 下游侧配管
105a下游侧第1配管
105b下游侧第2配管
106 试样水供给部
107 引出水供给部
109a第1阀
109b第2阀
109c第3阀
109d第4阀
110过滤部件
111第1泵
112第2泵
113 电源装置
114 浓缩液回收容器
125 排出口

Claims (6)

1.一种过滤部件,具有微生物能够通过的孔径的孔,在施加电压的状态下带正电荷或负电荷。
2.根据权利要求1所述的过滤部件,具有形成所述孔的金属制的网状结构或冲孔结构。
3.根据权利要求1所述的过滤部件,其是通过在具有形成所述孔的网状结构或冲孔结构的结构体上涂布导电性涂料或金属膜而形成的。
4.根据权利要求1所述的过滤部件,其是通过将多个形成所述孔的金属管捆扎而形成的。
5.一种浓缩装置,具备:
权利要求1至4中任一项所述的过滤部件、
对所述过滤部件施加电压的电源装置、
配置在所述过滤部件的上游侧并且供给试样水的试样水供给部、在所述过滤部件的上游侧与所述试样水供给部并列配置并且供给引出水的引出水供给部、
与配置在所述过滤部件的上游侧的上游侧配管连接并且用于从所述试样水供给部向所述过滤部件供给所述试样水的试样水供给配管、
与所述上游侧配管分支连接并且用于向所述过滤部件供给所述引出水的引出水供给配管、
配置在所述过滤部件的下游侧并且将流体排出到外部的排出口、以及
在所述过滤部件的下游侧与所述排出口并列配置并且回收流体的回收容器。
6.一种浓缩方法,其是浓缩装置执行的浓缩方法,
所述浓缩装置具备:
具有微生物能够通过的孔径的孔并且在施加电压的状态下带正电荷或负电荷的过滤部件、
对所述过滤部件施加电压的电源装置、
配置在所述过滤部件的上游侧并且供给试样水的试样水供给部、在所述过滤部件的上游侧与所述试样水供给部并列配置并且供给引出水的引出水供给部、
与配置在所述过滤部件的上游侧的上游侧配管连接并且用于从所述试样水供给部向所述过滤部件供给所述试样水的试样水供给配管、
与所述上游侧配管分支连接并且用于向所述过滤部件供给所述引出水的引出水供给配管、
配置在所述过滤部件的下游侧并且将流体排出到外部的排出口、以及
在所述过滤部件的下游侧与所述排出口并列配置并且回收流体的回收容器,
所述浓缩方法包括:
第1步骤,其中,在通过所述电源装置对所述过滤部件施加了电压的状态下,通过从所述试样水供给部向所述过滤部件供给所述试样水,从而进行所述试样水的过滤;和
第2步骤,其中,在停止从所述电源装置对所述过滤部件施加电压的状态下,通过从所述引出水供给部向所述过滤部件供给所述引出水,从而回收被所述过滤部件捕捉到的微生物的浓缩液。
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