Environment: Wastewater. 細胞を高圧ジェットで破壊、原子間力顕微鏡で分析

生物学的廃水処理施設からの過剰な活性汚泥は、深刻な懸念の問題です。活性汚泥の主要な構成要素である細菌細胞は、オゾン処理、超音波処理、および好熱性嫌気性汚泥消化として、化学的、物理的または生物学的方法に基づいて、いくつかの技術で崩壊することができます。しかし、これらの従来技術は、特定の課題に直面しています。

化学的および物理的方法が高価であるのに対して、生物学的方法は、低い処理能力と効率性を持っています。従って、低エネルギー消費と同時に高効率汚泥削減を可能にする技術が望まれています。この課題を与えられた高圧ジェット装置(HPJD)は有望な代替汚泥削減技術です。当学科ではは、高圧ジェット装置によるバクテリア細胞破壊のメカニズムを解明しました。

それぞれ代表的なグラム陰性とグラム陽性の大腸菌と枯草菌は、落射蛍光顕微鏡と原子間力顕微鏡(AFM)で観察した損傷した細胞によりHPJD処理を受け続けていると分かりました。結果は、HPJD処理によって細胞損傷を与える程度は細胞腫の細胞壁や膜構造に依存していると証明しました。AFM及び放出ポリマー物質の分光光度測定の合成方法は、HPJDような治療の細胞破壊のメカニズムを解明するための強力なアプローチを提供し、同様に殺菌効率を向上させる必要がある食品科学、衛生工学の分野に適用することができます。

詳しくはChemical Engineering Journalをご覧ください。(文責:学部4年MI)

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Excess activated sludge from biological wastewater treatment units is an issue of serious concern.Bacterial cells that are major components of activated sludge can be disintegrated with several technologies, based on chemical, physical or biological methods, such as ozonation , ultrasonication , and thermophilic anaerobic sludge digestion .However, these conventional technologies face certain challenges: chemical and physical methods are costly, while biological methods have low throughput and efficiency.Hence, a technology that enables highly efficient sludge reduction accompanied by low energy consumption would be desirable.Given this challenge, a high-pressure jet device (HPJD) is a promising alternative sludge reduction technology. Our department elucidated the mechanism of bacterial cell disruption by high-pressure jet device. Escherichia coli and Bacillus subtilis, representative Gram-negative and Gram-positive bacteria respectively, were subjected to HPJD treatment followed by observation of the damaged cells with epifluorescence microscopy and atomic force microscopy (AFM), as well as spectrophotometric quantification of the released intracellular polymeric compounds.The results demonstrated that the degree of cell damage inflicted by HPJD treatment is dependent on the cell wall and membrane structure of the bacterial species.The combined methodology of AFM and spectrophotometric measurement of released polymeric substances provides a powerful approach for elucidating the cell disruption mechanisms of treatments such as HPJD, and may similarly be applied to the fields of food science and sanitary engineering where bactericidal efficiency needs to be improved.

Further reading:Chemical Engineering Journal