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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18824/
• 关键词: 交流電場; 微生物制御; 水処理プロセス; バイオフィルム; 増殖速度; 生物膜

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 の は, ac electric field characteristics を live か し た 従 to と は く all different な る electric 気 suppression of microbes の を the possibility in す る こ と を purpose と の microbial の が し, ac electric field water metabolism, raised colonization に and ぼ す influence と そ の original understanding Ming を into め る も の で あ る. Our は, pure strains (coliform bacteria, pseudomonas aeruginosa) を with い て, floating お よ び pay the state (バ イ オ フ ィ ル ム) で の cell に rights colonization and ぼ の す ac electric field influence を beg し 検 た. Coliform を with い た floating system test で は, 10 ~ 20 MHz, 1 V/cm を の ac electric field and え る と raised yield low speed が (20-24% to reduce speed than the good breeding が) し た こ と か ら, ac electric field に よ り raised colonization が inhibit さ れ る こ と, ま た そ れ が cycle for dependent に born じ る こ と が confirm で き た. The results of the を variation of electric field intensity in the えた experiment and the amplification inhibition effect of the が electric field intensity に depends on the する と と of the と of the ら of the ら of the となった. こ れ ら の influence が electrode surface に お け る electric 気 chemical anti 応 や と contact between cells - electrode に よ る も の で あ る か ど う か を 検 card し た results, い ず れ の possibility も negative さ れ, affect は electrode surface で は な く and え ら れ た electric field に よ り lead き up こ さ れ て い る と い う corroborate が must ら れ た. It is of great interest to explore the phenomena of <s:1> とに, electric field を and えると cell length が growth する がみられた. こ の こ と か ら, electric field が cell division に ら か の influence を and ぼ し て い る こ と が in stopping さ れ た. フ ロ ー セ ル を with い た pay the system test に お い て も, plankton test と with others in inhibition of unseen の raised colonization fruit (wall pay reduction in cell number の) が confirm さ れ た. The influence of で on the reappearance of pseudomonas aeruginosa された. い ず れ も グ ラ ム negative の coli で あ り conclusion の generalization は early だ が, different な る bacterial に し seaborne て も common す る influence が raw じ が る possibility in stopping さ れ た. Electric field が の bacterial cell wall へ の pay with/from に and ぼ す を appraisal of 価 し た results, try し た conditions の van 囲 に お い て は に especially big き な influence は see ら れ な か っ た. <s:1> と ら ら, this time the 観 examination された is based on the effect of the inhibition of proliferation caused by the <s:1> reduction of cell number による おおむね による.

项目成果

Effects of high frequency-alternating electric fields on bacterial cell growth in planktonic and biofilm modes

高频交变电场对浮游和生物膜模式下细菌细胞生长的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kunlasubpreedee;P.;T. Tobino;F. Nakajima
• 通讯作者: F. Nakajima

Effect of high-frequency alternating electric field on initial bacterial adhesion and maturation of single species biofilm

高频交变电场对单一物种生物膜初始细菌粘附和成熟的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kunlasubpreedee;P.;T. Tobino;F. Nakajima
• 通讯作者: F. Nakajima