カチオン性リグニン粒子を用いたウイルスの凝集による水質浄化の促進

Agglomeration of Viruses by Cationic Lignin Particles for Facilitated Water Purification.

• Guillaume N Rivière
• Antti Korpi
• Mika Henrikki Sipponen
• Tao Zou
• Mauri A Kostiainen
• Monika Österberg

抄録

水のウイルス汚染は、多くの国で人の健康への脅威となっている。ウイルスの不活化のための現在の解決策は、主に環境に負荷のかかる化学酸化やエネルギー集約的な紫外線照射に依存しており、有害な二次生成物を生成する可能性がある。ここでは、再生可能な植物バイオマス由来のコロイド状リグニン粒子（CLP）を凝集剤として使用することで、水中からのウイルス除去を促進できることを示した。我々は、動的光散乱（DLS）、電気泳動移動度シフトアッセイ（EMSA）、原子間力顕微鏡と透過電子顕微鏡（AFM、TEM）、および紫外線分光光度法を使用して、CLP上のサササゲクロロティックモットルウイルス（CCMV）の付着を定量化し、可視化するために使用した。その結果、CCMV は CLP と凝集した複合体を形成しており、原始的なウイルス粒子とは異なり、ろ過や遠心分離によって容易に水から除去できることがわかった。さらに、第4級アミン修飾針葉樹クラフトリグニンをCLPに吸着させることで形成されたカチオン性粒子も、これらのアニオン性ウイルスとの結合相互作用を改善するために評価された。CLPは、製造コストが低く、バイオリファイナリーの副流としてリグニンが利用可能であることから、フィルター、カラム、凝集剤など様々なシステムで水の前処理材料として利用できる可能性があると考えられる。

Virus contamination of water is a threat to human health in many countries. Current solutions for inactivation of viruses mainly rely on environmentally burdensome chemical oxidation or energy-intensive ultraviolet irradiation, which may create toxic secondary products. Here, we show that renewable plant biomass-sourced colloidal lignin particles (CLPs) can be used as agglomeration agents to facilitate removal of viruses from water. We used dynamic light scattering (DLS), electrophoretic mobility shift assay (EMSA), atomic force microscopy and transmission electron microscopy (AFM, TEM), and UV spectrophotometry to quantify and visualize adherence of cowpea chlorotic mottle viruses (CCMVs) on CLPs. Our results show that CCMVs form agglomerated complexes with CLPs that, unlike pristine virus particles, can be easily removed from water either by filtration or centrifugation. Additionally, cationic particles formed by adsorption of quaternary amine-modified softwood kraft lignin on the CLPs were also evaluated to improve the binding interactions with these anionic viruses. We foresee that due to their moderate production cost, and high availability of lignin as a side-stream from biorefineries, CLPs could be an alternative water pretreatment material in a large variety of systems such as filters, packed columns, or flocculants.

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