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。

这项研究旨在探讨电微生物控制的可能性，这些控制与传统电场的特性完全不同，并将促进对AC电场对水中代谢和水中微生物的代谢的影响的理解。今年，我们使用纯菌株（Escherichia coli，pseudomonas铜绿菌）研究了交替电场对浮动和粘附状态（生物膜）细胞增殖的影响。在使用大肠杆菌的浮动系统测试中，当应用10-20 MHz和1 v/cm的交流电场（特定的生长速率降低20-24％）时，生长速率降低，并且证实AC电场抑制了生长，并且以频率依赖性方式发生。改变电场强度的测试还表明，生长抑制作用取决于电场强度。我们研究了这些影响是否是由于电极表面的电化学反应以及细胞电极之间的接触，因此，我们拒绝了任何可能性，提供了证据表明该作用是由给定的电场而不是电极表面引起的。有趣的是，有一种现象，当应用电场时，细胞长度会增加。这表明电场对细胞分裂有一定影响。使用流动池的固定系统测试也证实了与浮动系统测试相同的效果（减少了附着在壁上的单元数量）。在铜绿假单胞菌中也复制了这种作用。两者都是革兰氏阴性杆菌，尽管结论过早地概括，但已经提出可能会对不同的细菌物种产生共同的影响。由于评估电场对细菌细胞对壁的粘附/解吸的影响，在测试条件范围内未发现显着影响。这表明在这种情况下，观察到的附着细胞数量减少主要是由于抑制生长的作用。