Bằng cách sử dụng kính hiển vi và phân tích tính toán phức tạp, các nhà nghiên cứu của Đại học Texas A&M hiện đã xác nhận giá trị của công nghệ lọc nước sử dụng điện để loại bỏ và vô hiệu hóa một loại vi rút trong nước. Họ cho biết chiến lược lọc nước chưa được thực hiện có thể tăng thêm mức độ an toàn khác chống lại các mầm bệnh gây bệnh đường tiêu hóa và các bệnh nhiễm trùng khác ở người.
Shankar Chellam, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường Zachry cho biết: “Luôn luôn cần có những kỹ thuật mới tốt hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn trong việc bảo vệ con người chống lại các vi sinh vật gây bệnh. Kỹ thuật lọc nước được nghiên cứu trong nghiên cứu này là một chiến lược đầy hứa hẹn để tiêu diệt nhiều vi rút hơn nữa ở những giai đoạn sớm nhất của quá trình lọc nước.
Các nhà nghiên cứu đã trình bày chi tiết những phát hiện của họ trên tạp chí Khoa học & Công nghệ Môi trường .
Trước khi nước được vận chuyển đến mỗi hộ dân, nó trải qua nhiều bước lọc, cụ thể là đông tụ, lắng, lọc và khử trùng. Các phương pháp đông tụ thông thường sử dụng hóa chất để kích hoạt sự kết tụ của các hạt và vi khuẩn trong nước chưa được xử lý. Sau đó, những tập hợp này có thể được loại bỏ khi chúng lắng xuống dưới dạng trầm tích. Mặc dù hiệu quả, Chellam lưu ý rằng các hóa chất được sử dụng để đông tụ có thể có tính axit rất cao, khiến việc vận chuyển chúng đến các nhà máy xử lý và lưu trữ là một thách thức.
Thay vì đông tụ dựa trên hóa chất, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu xem một phương pháp đông tụ đang phát triển sử dụng điện có hiệu quả trong việc loại bỏ vi khuẩn khỏi nước hay không. Đặc biệt, họ đã sử dụng một chất thay thế của một loại virus chưa phát triển, được gọi là thực khuẩn thể MS2, cho nghiên cứu của họ. Sự lựa chọn vi khuẩn của họ được thúc đẩy bởi thực tế là thực khuẩn MS2 có những điểm tương đồng về cấu trúc với nhiều loại vi rút chưa phát triển có thể tồn tại trong nước sau khi xử lý và gây bệnh cho người.
Đối với các thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã chèn các điện cực sắt vào một mẫu nước chưa qua xử lý chứa đầy vi rút. Khi cho dòng điện chạy qua, cực dương bị oxi hóa, giải phóng các ion sắt vào dung dịch. Các ion này kết hợp với oxy hòa tan để tạo ra các gốc hydroxyl và cả các chất kết tủa giàu sắt. Trong quá trình này, họ phát hiện ra rằng khi sắt kết tủa, vi rút bám vào các khối này để tạo thành các khối lớn hơn, có thể dễ dàng loại bỏ khỏi nước.
Tiếp theo, họ điều tra xem liệu quá trình này có làm bất hoạt virus hay không. Nhưng trong khi các chất sắt kết tụ lại giúp bắt vi rút, họ đã đưa ra một vấn đề đối với sự bất hoạt hình ảnh bằng kính hiển vi điện tử.
Anindito Sen, một nhà khoa học nghiên cứu tại Trung tâm Hình ảnh và Kính hiển vi A&M Texas cho biết, sự đông tụ gây ra một thách thức to lớn vì không có cách nào dễ dàng để phân lập vi rút khỏi các tập hợp giàu sắt, gây khó khăn cho việc hình dung thiệt hại của vi rút và phân tích xem hiện tượng đông tụ là nguyên nhân gây ra tổn thương vi rút hay việc chiết xuất vi rút từ các khối giàu chất sắt.
Để giải quyết vấn đề này, Kyungho Kim, nghiên cứu sinh của Chellam với sự hướng dẫn của Sen đã phát triển một kỹ thuật tính toán mới để hình ảnh trực tiếp các vi rút được tập hợp cùng với sắt. Nói một cách ngắn gọn, chúng gây ra thiệt hại kỹ thuật số trên hình ảnh 3D của một thực khuẩn MS2 còn nguyên vẹn. Sau đó, họ tạo ra các phiên bản 2D của mô hình 3D bị hỏng. Cuối cùng, họ so sánh những hình ảnh này với hình ảnh hiển vi 2D của virus thu được sau quá trình đông máu.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thiệt hại ở vi rút đông máu dao động từ 10% đến hơn 60%. Hơn nữa, bằng cách thực hiện phân tích tương tự với các vi khuẩn được phân lập từ quá trình đông máu thông thường, họ quan sát thấy rằng các vi rút không bị bất hoạt.
Chellam cho biết, quy trình lọc nước truyền thống gồm nhiều bước để đảm bảo rằng ngay cả khi một bước thất bại, những bước tiếp theo có thể cứu giúp bạn – một cách tiếp cận nhiều rào cản. Những gì chúng tôi đang đề xuất với đông tụ điện là tăng cường quy trình, nơi đông tụ và khử trùng được kết hợp trong một bước duy nhất trước các giai đoạn tinh chế tiếp theo, để đảm bảo bảo vệ tốt hơn chống lại các mầm bệnh trong nước.”
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211020135848.htm
