ПЕРЕНОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РОТАВИРУСОВ И БАКТЕРИОФАГОВ ИЗ ПРИРОДНЫХ ВОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Полезная модель относится к устройствам для концентрирования и обнаружения ротавирусов и бактериофагов, находящихся в природных и иных водных средах, и может найти широкое применение в эпидемиологии, вирусологии, экологии, биологии, в частности, при проведении санитарно-вирусологического контроля воды из природных источников.
Одной из наиболее важных проблем в области борьбы с заболеваниями кишечными вирусными инфекциями, передаваемыми водным путем, является обеспечение эпидемической безопасности. Несмотря на значительные достижения зарубежного и отечественного здравоохранения, вирусные инфекции остаются в значительной степени неуправляемыми из-за отсутствия до настоящего времени мер профилактики. В связи с тем, что реальное содержание вирусов и бактериофагов в водах различного происхождения может быть минимальной (до 1 вириона на 1 л воды), эффективность санитарно-вирусологического контроля во многом зависит от выбора метода концентрирования. Поэтому прямое обнаружение вирусов и бактериофагов в питьевой воде, в воде поверхностных водоемов, очищенных и обеззараженных сточных жидкостях ставят практическую задачу по созданию установок по концентрированию ротавирусов и бактериофагов и отработке эффективных методов применения созданных установок.
Фильтрование является обязательной операцией при анализе природных вод, при этом особое внимание в современной научной литературе уделяется сорбции на мембранных фильтрах («Сорбция на мембранных фильтрах» Справочник химика 21, 2015 год, chem21. info).
Известны ультрафильтрационные мембраны из нитроцеллюлозы «Владипор» типа УПМ-СВА, применяемые, в том числе, для сорбции и концентрирования вирусов при их индикации в питьевой воде («Оценка эффективности ультрафильтрационных отечественных мембран в отношении концентрирования вирусов при их индикации в питьевой воде». Недачин А.Е., Дмитриева Р.А. и др. 4-й Международный конгресс «Вода: экология и технология», Москва, 30 мая - 2 июня, 2000; Тезисы докладов, Москва, 2000, с. 838). При содержании в питьевой воде сотен колифагов и тысяч вирусов полиомиелита 1 типа в 1 л эффективность фильтра колебалась в пределах 10-65%; при увеличении концентрации вирусов в воде на 1 порядок эффективность фильтров снижалась и составляла 9,3-55,8%. Серьезным недостатком известного решения является низкая степень извлечения вирусов и неудовлетворительная воспроизводимость результатов концентрирования.
Известна микрофильтрационная полиамидная мембрана с узким распределением пор по размерам, применяемая для вышеуказанных целей, по патенту RU 2161530, опубл. 10.01.2001 г. Однако отсутствие конструкционной разработки, предусматривающей применение известной микрофильтрационной мембраны в составе устройства, делает невозможным достижение обозначенного ниже технического результата.
Расширение областей применения обуславливает повышение требований к мембранам и материалам, применяемым для их получения. Особое место занимают так называемые «заряженные мембраны», обладающие, в частности, повышенной сорбционной способностью по отношению к вирусам и пр. («Применение мембран с положительным поверхностным зарядом для санитарно-вирусологического контроля воды», авт. Тарасов А.В. и др. опубл. в журнале «Известия Самарского научного центра Российской академии наук, вып. 1-9/том 14/2012 год; патент RU 2286842, опубл. 2006 г.). Причиной, препятствующей достижению обозначенного ниже технического результата, является также отсутствие конструкционной разработки, предусматривающей применение известной заряженной мембраны в составе установки.
В настоящее время для выявления ротавирусов и бактериофагов в водных средах различного происхождения в Российской Федерации применяют устройства для определенного типа и объемов воды. Вышеуказанные устройства включают узел фильтрации с использованием различных мембран, двухступенчатое устройство, на котором осуществляется сорбция на ионообменной смоле и осаждение с помощью сульфата аммония, устройство для двухфазного разделения с помощью флизелиновых пакетов с макропористым стеклом с дальнейшим набором для сбора и концентрирования вирусов из питьевой воды, снабженным ловушечным устройством (Методические указания №4.2-2029-05 «Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарно-вирусологический контроль водных объектов»). Недостатками указанной разработки являются низкая степень извлечения вирусов и бактериофагов, а также сложность процессов вторичного концентрирования.
Известна установка для концентрирования кишечных вирусов в воде по патенту RU 2444011, опубл. 27.02.2012 г., в которой использованы сорбент на основе магнитных микрочастиц, покрытых полимером диоксида кремния с аминопропильными группами в соотношении 1:1000-3000 от объема образцов воды, узел сбора сорбента с использованием магнита и удаления супернатанта и узел десорбции кишечных вирусов с использованием раствора 0,5М хлорида натрия и 0,05 Трис при рН, равном 10,5. Известная установка не обеспечивает высокую степень извлечения вирусов и бактериофагов и характеризуется сложностью процессов концентрирования, сорбции и десорбции.
Известна установка для проведения санитарно-бактериологических анализов по патенту RU 2198714, опубл. 20.02.2003 г. «Вакуумная станция», техническим результатом при применении которой является увеличение кпд устройства для создания вакуума. Вакуумная станция включает насос, сепаратор с линией отвода фильтрата и газа, эжектора, соединенные в контур для циркуляции рабочей жидкости с заданным положением входного патрубка для рабочей жидкости, и подключена к фильтровальному устройству, снабженному мембраной.
Известна установка, предназначенная для концентрирования энтеровирусов и бактериофагов, описанная в статье «Концентрация вирусов путем флокуляции с сульфатом аммония в Beef Extract», опубл. в Applied and Environmental Microbiology, Jan. 1986, p. 211-213, American Society for Microbiology. В соответствии с решением прототипа установка для концентрирования вирусов и бактериофагов включает патронный фильтр фирмы «Сипо» с применением фильтрующего материала Virosorb 1MDS, изготовленного из модифицированного стекловолокна и целлюлозы, узлы гидроэкстракции, ультрафильтрации и органической или неорганической флокуляции. Работу вышеуказанной установки осуществляют в две стадии путем первичного концентрирования и десорбции (элюирования) вирусов с адсорбирующего фильтра Virosorb 1 MDS с последующим вторичным концентрированием полученного элюата (жидкости для десорбции вирусов, содержащей десорбированные вирусы) многократной адсорбцией и десорбцией (элюированием) жидкостью для десорбции вирусов и бактериофагов (элюентом) при рН, равном 9, или ультрафильрацией, дальнейшей флокуляцией с использованием глицина при рН, равном 3,5, завершая процесс центрифугированием. В результате осуществления работы вышеуказанной установки удается извлечь более чем 70% вирусов. Недостатками технического решения аналога являются: низкая степень извлечения вирусов, низкая воспроизводимость результатов концентрирования при повторной работе установки, технологическая сложность и продолжительность процессов вторичного концентрирования.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является разработка ООО НПП «Технофильтр» - мембранный фильтрующий модуль МФМ-0142, представляющий собой проточный мембранный фильтрующий модуль с тангенциально-радиальным движением жидкости, предназначенный для вирусологического контроля воды (www. technofilter.ru/prod/filtry). В соответствии с решением прототипа установка для вирусологического анализа состоит из мембранного модуля с положительно заряженной полиамидной мембраной, напорной емкости и компрессора. Исследуемую воду заливают в напорную емкость, крышку которой тщательно закрывают и включают компрессор. С помощью компрессора в напорной емкости создается давление 1,0-1,5 Bar. В процессе фильтрации фильтрат поступает на слив, а концентрат вирусов остается на мембране модуля. Элюция (вымывание подходящим растворителем) вирусов с мембраны осуществляется без разборки модуля путем продавливания элюента двумя одноразовыми шприцами. Недостатком решения прототипа является низкая мобильность установки, а также продолжительность сборки в рабочее состояние при необходимости ее перемещения, что особенно важно в полевых условиях.
Суть полезной модели заключается в следующем.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка конструкционных узлов переносной установки для концентрирования ротавирусов и бактериофагов с использованием полимерных мембран для последующего анализа, преимущественно в полевых условиях.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение продолжительности сборки установки в рабочее состояние при высокой степени извлечения ротавирусов и бактериофагов из водных сред.
2
Заявленный технический результат в отношении переносной установки для концентрирования ротавирусов и бактериофагов из природных водных источников достигается за счет включения в состав установки последовательно расположенных узла для забора и подачи воды, соединительных коммуникаций, узла сорбционной фильтрации, представляющего собой аппарат плоскокамерного типа, снабженного микрофильтрационной мембраной, накопителя для смыва концентрата с микрофильтрационной мембраной для последующего анализа, при этом узел забора и подачи воды, а также микрофильтрационная мембрана выполнены с возможностью обеспечения скорости прохождения воды в пределах 10-20 мл/см⋅мин по дистиллированной воде.
При частном случае реализации полезной модели переносная установка для концентрирования ротавирусов и бактериофагов из природных водных источников дополнительно включает предварительный фильтр, расположенный в узле сорбционной фильтрации.
Переносная установка для концентрирования ротавирусов и бактериофагов представлена фиг. 1, где:
1 - узел забора и подачи воды,
2 – коммуникации,
3 - аппарат плоскокамерного типа,
4 - микрофильтрационная мембрана,
5 - накопитель для смыва концентрата с микрофильтрационной мембраны для последующего анализа.
Переносная установка для концентрирования ротавирусов и бактериофагов при частном случае реализации полезной модели представлена на фиг. 2, где:
1 - узел забора и подачи воды,
2 – коммуникации,
3 - аппарат плоскокамерного типа,
4.1 - предварительный фильтр,
4 - микрофильтрационная мембрана,
5 - накопитель для смыва концентрата с микрофильтрационной мембраны для последующего анализа.
Переносная установка для концентрирования ротавирусов и бактериофагов из природных водных источников работает следующим образом.
Пробу воды, предположительно содержащую ротавирусы и бактериофаги, подлежащую анализу, через узел забора и подачи воды 1, соединенный коммуникациями 2, подают в аппарат плоскокамерного типа 3, снабженный микрофильтрационной мембраной 4. После прохождения анализируемой воды микрофильтрационная мембрана 4, помещается в накопитель для смыва концентрата 5, куда заливается буферный раствор. Затем буферный раствор с помощью шприца наносят на планшет с индикатором, где осуществляют анализ на наличие ротавирусов и бактериофагов.
При частном случае реализации полезной модели пробу воды вначале подают на предварительный фильтр 4.1 и затем микрофильтрационную мембрану 4.
Для реализации полезной модели могут быть использованы следующие материалы, вещества и устройства.
В качестве микрофильтрационной мембраны - преимущественно нитроцеллюлозные мембраны, полиамидные мембраны, полиамидные заряженные мембраны.
В качестве буферного раствора - стандартные буферные растворы. В качестве накопителя для смыва концентрата - чашка Петри.
В качестве материала дополнительного фильтра - преимущественно картон из стекловолокна.
В составе узла забора и подачи воды: в частности, перистальтические насосы, механические насосы, ручные насосы.
Безусловным преимуществом заявляемой полезной модели является возможность ее быстрой сборки и разборки на отдельные узлы и детали.
В нерабочем состоянии установка представляет собой набор комплектующих узлов и помещается в кейс из ударопрочного материала, представляя собой полный набор современного фильтрационно-аналитического оборудования, способный к перемещениям и быстрой сборке, что особенно важно в полевых условиях. При частном случае реализации полезной модели установка позволяет осуществлять концентрирование ротавирусов и бактериофагов из особо загрязненных источников, в частности, водных сред из болот, так называемых «цветущих вод» и т.д.
Степень извлечения ротавирусов и бактериофагов из водных сред при использовании заявляемой полезной модели составляет 99%.