【摘要】 利用通量和荧光显微镜，污垢如何进行的过程可以可视化。

生物污染降低了膜基水过滤的效率，如海水淡化，因为污染降低了流速。了解生物结垢机理对提高海水淡化的实施至关重要，但目前研究这一问题的技术很少。在Charles S. Widing等人的工作中将通量实验结合荧光膜图像，确定了常见模型蛋白牛血清白蛋白(BSA)与两种混合纤维素酯膜的生物粘结机制。

图1 2.5% F-BSA溶液通量实验后的膜表面荧光图像，A) BCE膜显示斑点状、暗/光基元，B) MFM膜显示斑点状、暗/光基元，C) BCE膜显示结构，D) MFM膜显示结构

 

当相对通量下降到初始值的1-3%后，对所有百分比标记溶液的污染膜进行成像。总的来说，观察到一个斑点状的深色/浅色基序(图1A,B)。虽然两种膜的通量曲线不同，但稳态相对通量和yo值是相似的。因此，无论存在百分比标签或膜类型如何，污垢实验结束时图像的相似性都不足为奇。斑点状的深色/浅色基序可能与膜孔结构有关:纤维如何形成孔，蛋白质如何与纤维相互作用，如未使用(清洁)膜的SEM图像所示。

图2 含5% F-BSA的BCE膜

 

利用通量和荧光显微镜，污垢如何进行的过程可以可视化。为了做到这一点，通量实验在较早的时候停止，对表面进行成像。由于污染实验的变化，显示了通量图，以表明中断的试验是通量实验期间发生的典型情况(图2)。在BCE膜上使用5% F-BSA溶液进行的通量实验运行了50秒，结果降低了40%。该膜的图像(图2B)是全通量运行的平均强度的30%(图S8B，辅助信息)。使用MFM膜，在60 s后停止2.5%的F-BSA通量实验，比完整运行低16%。膜图像(图2D)的平均强度约为完整运行的60%。

 

在实验中通过使用两种不同颜色的混合纤维素酯，亲水性膜和测试不同百分比的F-BSA，观察结构发现2.5%或5%的F-BSA溶液提供了最好的图像，并且对BSA蛋白的污垢性质几乎没有影响。检查膜图像显示，即使在25分钟的运行时间内，由于BSA沉积在膜孔内并限制了膜的流动，膜上已经开始形成饼状结构，这一点得到了SEM图像的证实。通量优化与荧光显微镜相结合，现在为理解和可视化其他生物分子如何相互作用和促进污垢打开了大门。

 

[1] C. S. Widing, N. R. Ruffle-Deignan, E. M. S. Stennett, Imaging and Identifying BSA Biofouling through the Combination of Fluorescence Microscopy and Flux Experiments. Clean – Soil, Air, Water 2021, 49, 2000326. https://doi.org/10.1002/clen.202000326

 

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