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Exploring the potential for microbial control using alternating electric fields in water treatment processes

探索在水处理过程中使用交变电场控制微生物的潜力

基本信息

批准号：
22K18824
负责人：
飛野智宏
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、交流電場の特性を活かした従来とは全く異なる電気的微生物制御の可能性を探索することを目的とし、交流電場が水中の微生物の代謝・増殖に及ぼす影響とその原理解明を進めるものである。今年度は、純菌株（大腸菌、緑膿菌）を用いて、浮遊および付着状態（バイオフィルム）での細胞増殖に及ぼす交流電場の影響を検討した。大腸菌を用いた浮遊系試験では、10～20 MHz、1 V/cmの交流電場を与えると増殖速度が低下（比増殖速度が20-24%減少）したことから、交流電場により増殖が抑制されること、またそれが周波数依存的に生じることが確認できた。電場強度を変えた試験の結果、増殖抑制効果が電場強度に依存することも明らかとなった。これらの影響が電極表面における電気化学的反応や細胞-電極間と接触によるものであるかどうかを検証した結果、いずれの可能性も否定され、影響は電極表面ではなく与えられた電場により引き起こされているという確証が得られた。興味深いことに、電場を与えると細胞長が増大する現象がみられた。このことから、電場が細胞分裂に何らかの影響を及ぼしていることが示唆された。フローセルを用いた付着系試験においても、浮遊系試験と同様の増殖抑制効果（壁面付着細胞数の減少）が確認された。この影響は緑膿菌でも再現された。いずれもグラム陰性の桿菌であり結論の一般化は尚早だが、異なる細菌種に対しても共通する影響が生じる可能性が示唆された。電場が細菌細胞の壁面への付着／脱離に及ぼす影響を評価した結果、試した条件の範囲においては特に大きな影響は見られなかった。このことから、今回観察された付着細胞数の減少はおおむね増殖抑制効果によるものと考えられた。

This study aims to explore the characteristics of AC electric field and the possibility of microbial control of AC electric field. This year, pure strains (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) were used in the study, and the effects of AC electric field on cell proliferation and floating state were discussed. Coliform colonization was inhibited by an AC electric field of 10~20 MHz and 1 V/cm, and the rate of colonization was reduced by 20-24%. Electric field intensity test results, growth inhibition results, electric field intensity test results The effect of this on the electrochemical reaction between the electrode surface and the cell-electrode contact is confirmed by the results of the investigation and the possibility of the investigation. The electric field increases with the increase of cell length. The effect of the electric field on cell division and the effect of the electric field on cell division are discussed. The growth inhibition effect (decrease in the number of cells attached to the wall) of the suspension system was confirmed. The effect of this on Pseudomonas aeruginosa is not obvious. The generalizations of negative bacteria in the middle of the spectrum indicate the possibility of common effects among different bacterial species. The effect of electric field on the attachment/detachment of bacterial cells was evaluated. The number of cells in the cell line was reduced.