水滅菌裝置和其用圖
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)案要求2012年4月2日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/619, 343號(hào)的權(quán)益， 該案的揭示內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明大體上涉及流體的滅菌。更具體說來，本發(fā)明涉及水滅菌裝置和其用途。
【背景技術(shù)】
[0004] 從水中去除細(xì)菌和其它病原體不僅對(duì)于飲用和衛(wèi)生，而且在工業(yè)上都是重要的過 程，因?yàn)樯锝Y(jié)垢是一個(gè)老生常談的嚴(yán)重問題。用于水滅菌的常規(guī)方法包括氯化和基于膜 的方法。不幸的是，這些類型的方法均存在某些缺陷。
[0005] 氯化典型地是一個(gè)緩慢的過程，涉及培育時(shí)間直到1小時(shí)或更久以使Cr離子適 當(dāng)?shù)卦诖幚淼乃猩㈤_。另外，氯化可產(chǎn)生有害的氧化副產(chǎn)物，包括致癌物質(zhì)，且從部署 和維護(hù)的觀點(diǎn)來看，氯化設(shè)備均可為資本密集的。
[0006] 常規(guī)的基于膜的方法典型地基于細(xì)菌的尺寸排阻來操作，其可涉及跨膜的高壓降 和所述膜的堵塞。此外，常規(guī)的基于膜的方法可為能量密集的，且可經(jīng)受跨膜的低流動(dòng)速 率。
[0007] 針對(duì)這一背景，需要開發(fā)本文所述的水滅菌裝置以及相關(guān)方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個(gè)方面涉及水滅菌裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置包括：（1)導(dǎo)管； (2)容納在所述導(dǎo)管中的第一多孔電極；（3)容納在所述導(dǎo)管中且鄰近于所述第一多孔電 極安置的第二多孔電極；和（4)耦合于所述第一多孔電極和所述第二多孔電極以在所述第 一多孔電極與所述第二多孔電極之間施加電壓差的電源。所述導(dǎo)管經(jīng)配置以提供流體流通 過所述第一多孔電極和所述第二多孔電極的通道，且病原體在所述流體流中的滅活效率為 至少約99%，例如至少約99. 9%或至少約99. 95%。
[0009] 在另一實(shí)施例中，所述裝置包括：（1)導(dǎo)管，包括提供未處理的水的進(jìn)入的入口和 提供處理過的水的離開的出口；（2)容納在所述導(dǎo)管中且安置在所述入口與所述出口之間 的多孔電極，所述多孔電極包括導(dǎo)電網(wǎng)和至少部分地覆蓋所述導(dǎo)電網(wǎng)的涂層；和（3)耦合 于所述多孔電極的電源。
[0010] 也涵蓋本發(fā)明的其它方面和實(shí)施例。前述
【發(fā)明內(nèi)容】
和以下實(shí)施方式不打算將本發(fā) 明限制于任何特定實(shí)施例，而僅打算描述本發(fā)明的一些實(shí)施例。
【附圖說明】
[0011] 為了更好地理解本發(fā)明的一些實(shí)施例的性質(zhì)和目標(biāo)，應(yīng)提及結(jié)合附圖的以下詳細(xì) 描述。
[0012] 圖1說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施的水滅菌裝置。
[0013] 圖2說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施的水過濾系統(tǒng)。
[0014] 圖3說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例實(shí)施的水滅菌裝置。
[0015] 圖4說明根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例實(shí)施的水滅菌裝置。
[0016] 圖5說明一維銀納米線（"AgNW"）輔助的電穿孔的示意圖。A)不具有納米線結(jié) 構(gòu)的導(dǎo)電電極，具有間隔開的反電極。較小的箭頭指示電場(chǎng)。B)具有AgNW的導(dǎo)電電極。較 大的箭頭指示由AgNW增強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度。C)在AgNW附近的水流中的細(xì)菌。D)細(xì)菌由于強(qiáng) 電場(chǎng)而經(jīng)電穿孔且滅活。
[0017] 圖6說明基于海綿的多孔結(jié)構(gòu)的示意圖和圖像。A)水滅菌裝置操作示意圖。B)涂 布前的聚氨酯海綿。C)用碳納米管（" CNT "）涂布后的聚氨酯海綿。D)用CNT和AgNW涂 布后的聚氨酯海綿。E)顯示涂布前的聚氨酯海綿的多孔構(gòu)架的掃描電子顯微術(shù)（"SEM"） 圖像。F)顯示用CNT均勻涂布的聚氨酯海綿的SEM圖像。插圖是顯示用CNT涂布后的聚氨 酯海綿的表面的SEM圖像。G)顯示用CNT涂布后用AgNW均勻涂布的聚氨酯海綿的SEM圖 像。插圖是顯示海綿表面上的AgNW的SEM圖像。
[0018] 圖7說明細(xì)菌消毒性能。A)革蘭氏陽性與革蘭氏陰性細(xì)菌之間的膜結(jié)構(gòu)差異的比 較。B)細(xì)菌存活率評(píng)估程序的示意圖。C)到F)在五種不同電壓下大腸桿菌、鼠傷寒沙門 氏菌、枯草桿菌和糞腸球菌的消毒效率。誤差棒表示細(xì)胞濃度的三個(gè)重復(fù)測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏 差。
[0019] 圖8說明噬菌體MS2消毒性能。A)由雙層斑塊分析執(zhí)行的病毒存活率評(píng)估程序的 示意圖。B)在五種不同電壓下MS2的消毒效率。誤差棒表示病毒效價(jià)的三個(gè)重復(fù)測(cè)量值的 標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0020] 圖9說明由SEM圖像、染料染色結(jié)果和用交流電消毒獲得的電穿孔證據(jù)。A)顯示 無任何處理的情況下大腸桿菌的形態(tài)的SEM圖像。B)顯示在約20V下處理后在數(shù)種不同的 大腸桿菌表面上形成的孔隙的SEM圖像。C)顯示在約20V下處理后在大腸桿菌表面上形成 的超過一個(gè)孔隙的高倍放大SEM。D)在約0V、約IOV和約20V的電壓下處理后明視場(chǎng)和熒 光在腸球菌樣品上的顯微鏡圖像。E)顯示處理后即刻染色的腸球菌的百分比以及處理后即 刻和處理后2小時(shí)的存活率結(jié)果的統(tǒng)計(jì)資料。F)在不同頻率下使用約IOV的外加交流電壓 時(shí)大腸桿菌的消毒效率。
[0021] 圖10說明銀的殺細(xì)菌效果的評(píng)估。A)在約0V、約5V、約10V、約15V和約20V的 五種不同電壓下在出水中的銀離子和總銀濃度，如通過感應(yīng)耦合等離子體-質(zhì)譜分析所測(cè) 量。B)生長(zhǎng)比較：無任何處理的情況下的大腸桿菌、在約IOV下處理的大腸桿菌和用約十 億分之一百（"ppb"）銀離子處理的大腸桿菌的生長(zhǎng)曲線。插圖是24小時(shí)培養(yǎng)后上述三種 樣品的液體培養(yǎng)基的照片。C)顯示在瓊脂盤上使用過濾的去離子水（左）和未過濾的去離 子水（右）培養(yǎng)的大腸桿菌的照片。兩個(gè)盤都是原始樣品的約10, 〇〇〇倍稀釋液。
[0022] 圖11說明在由蠕動(dòng)泵控制的速率下使用由基于海綿的多孔結(jié)構(gòu)處理的水樣品的 實(shí)驗(yàn)設(shè)置。
[0023] 圖12說明與DI水相比在不同pH的磷酸鹽緩沖溶液中在約IOV下處理的大腸桿 菌的消毒效率。
[0024] 圖13說明使用電介質(zhì)涂布的多孔結(jié)構(gòu)的水滅菌裝置操作示意圖。
[0025] 圖14說明基于氧化銅納米線（"CuONW"）的電極的示意圖和圖像。A) CuONW合成 程序的示意圖。B)顯示合成前（銅網(wǎng)）和合成后（CuONW網(wǎng)）的電極的照片。C)基于CuONW 的電極在操作期間的示意圖。D)到F)基于CuONW的電極的SEM圖像。
[0026] 圖15說明基于CuONW的電極的細(xì)菌消毒性能。A)在五種不同電壓下基于CuONW 和基于氧化銅納米粒子（"CuONP"）的電極對(duì)大腸桿菌的消毒效率。B)基于CuONW的電極 的SEM圖像。C)基于CuONP的電極的SEM圖像。D)到E)在五種不同電壓下基于CuONW的 電極對(duì)鼠傷寒沙門氏菌和糞腸球菌的消毒效率。
[0027] 圖16說明基于CuONW的電極的噬菌體MS2消毒性能。A)在五種不同電壓下基于 CuONW的電極對(duì)MS2的消毒效率。B)未處理的MS2的透射電子顯微術(shù)（"TEM"）圖像。C) 在約5V下由基于CuONW的電極處理后的MS2的TEM圖像。D)在約IOV下由基于CuONW的 電極處理后的MS2的TEM圖像。
[0028] 圖17 :A)和B)在五種不同電壓下基于CuONW的電極對(duì)DI水和湖水中的大腸桿菌 和糞腸球菌的滅菌性能。C)在五種不同電壓下在DI水和湖水樣品的流出物中的總銅濃度。 D)在約IOV的外加電壓下在單一 CuONW附近的電場(chǎng)的模擬結(jié)果。
[0029] 圖18說明使用基于硅納米線的電極的水滅菌裝置操作示意圖。
[0030] 圖19說明基于硅納米線的電極的細(xì)菌消毒性能。
【具體實(shí)施方式】
[0031]
[0032] 以下定義適用于關(guān)于本發(fā)明的一些實(shí)施例所述的一些方面。這些定義同樣可在本 文中詳細(xì)敘述。
[0033] 除非本文另外清楚指出，否則如本文所用，單數(shù)形式"一（a) "、"一（an) "和"所述 (the)"包括多個(gè)提及物。因此，例如，除非本文另外清楚指出，否則提及一物體可包括多個(gè) 物體。
[0034] 如本文所用，術(shù)語"組"是指一或多個(gè)物體的集合。因此，例如，一組物體可包括單 一物體或多個(gè)物體。一組的物體也可稱為所述組的成員。一組的物體可為相同或不同的。 在一些情況下，一組的物體可共享一或多種共有特征。
[0035] 如本文所用，術(shù)語"相鄰"是指接近或鄰接。相鄰物體可彼此間隔開，或可彼此呈 實(shí)際或直接接觸。在一些情況下，相鄰物體可彼此耦合或可彼此整體地形成。
[0036] 如本文所用，術(shù)語"親合（couple) "、"親合（coupled) "和"親合（coupling) "是指 操作連接或鏈接。耦合的物體可直接地彼此連接或可間接地彼此連接，諸如經(jīng)由中間組的 物體。
[0037] 如本文所用，術(shù)語"實(shí)質(zhì)上（substantially) "和"實(shí)質(zhì)（substantial) "是指相當(dāng) 大的程度或范圍。當(dāng)與一事件或情形結(jié)合使用時(shí)，所述術(shù)語可指其中所述事件或情形精確 地發(fā)生的情況以及其中所述事件或情形發(fā)生至相當(dāng)準(zhǔn)確的近似值的情況，例如說明本文所 述的實(shí)施例的典型寬容度或變化性。
[0038] 如本文所用，術(shù)語"暴露（expose) "、"暴露（exposing) "和"暴露（exposed) "是指 一特定物體經(jīng)受一定程度的與另一物體的相互作用。一特定物體可暴露于另一物體，而這 兩種物體彼此未呈實(shí)際或直接接觸。另外，一特定物體可經(jīng)由其與另一物體之間的間接相 互作用，例如經(jīng)由中間組的物體暴露于另一物體。
[0039] 如本文所用，術(shù)語"納米范圍"或"nm范圍"是指約Inm到約1 μπι的尺寸范圍。所 述nm范圍包括"較低nm范圍"，其是指約Inm到約IOnm的尺寸范圍；"中間nm范圍"，其是 指約IOnm到約IOOnm的尺寸范圍；和"較高nm范圍"，其是指約IOOnm到約1 μ m的尺寸范 圍。
[0040] 如本文所用，術(shù)語"微米范圍"或" μL?范圍"是指約1 μL?到約Imm的尺寸范圍。 所述μπι范圍包括"較低μπι范圍"，其是指約1 μπι到約10 μπι的尺寸范圍；"中間μπι范 圍"，其是指約10 μ m到約100 μ m的尺寸范圍；和"較高μ m范圍"，其是指約100 μ m到約 Imm的尺寸范圍。
[0041] 如本文所用，術(shù)語"縱橫比"是指物體的最大尺寸或范圍與所述物體的剩余尺寸或 范圍的平均值的比率，其中所述剩余尺寸關(guān)于彼此且關(guān)于所述