專利名稱：：從表面上除去微生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的領(lǐng)域涉及除去與系統(tǒng)接觸的表面上的微生物生物薄膜的方法，該系統(tǒng)包括但不限于含水系統(tǒng)。更明確的，本發(fā)明涉及使用生物分散劑來除去微生物生物薄膜。
背景技術(shù)：
：細菌會附著到任何沒有消毒的水生環(huán)境中的表面上是公知的。工業(yè)上防止繁殖或者清潔污損表面的努力在許多工業(yè)領(lǐng)域中歸結(jié)起來是一種昂貴的支出。通常這樣的支出被用于包括使用表面活性劑的清潔程序中。表面活性劑被有規(guī)律的用于水處理程序中作為這樣的試劑，該試劑據(jù)信具有下面的作用除去表面上的有機物、提高生物殺滅劑的效力或者在幫助不同的生物殺滅劑在水中的混溶性。表面活性劑通常也被用于農(nóng)業(yè)化學(xué)產(chǎn)業(yè)中，特別是用于提高除草劑的有效性。這是通過使用表面活性劑來改變所使用的藥滴的表面積，使它們與葉子表面的相互作用最大化來實現(xiàn)的。這里有眾多的表面活性劑的例子，其通過抑制生長目標(biāo)環(huán)境中的生物體的整體生長來抑制表面上的繁殖。大部分的表面活性劑，不論其種類如何，當(dāng)使用濃度高到足以阻止微生物生長時，都能夠抑制表面繁殖。在水處理工業(yè)中，最公知的表面活性劑(其給予了對于水下表面的抗繁殖的度量)包括陽離子季胺表面活性劑，其也起到生物殺滅劑的作用。其他表面活性劑，包括陰離子或非離子化學(xué)特性的表面活性劑，起到了改變表面能和防止微生物在水/表面界面上附著或者生長的作用。但是，甚至相對溫和的非離子或陰離子表面活性劑也會表現(xiàn)出對于微生物，例如細菌，藻類或者真菌類的毒害作用。調(diào)節(jié)毒性所需的非離子表面活性劑的濃度典型的是基本上高于陽離子表面活性劑的濃度。另外，更多的無毒表面活性劑通常需要更高的濃度水平來實現(xiàn)它們的目的，由此使得它們不經(jīng)濟，傾向于形成高含量的不期望的泡沫，并且在排放到通常接收的水體中時，對非目標(biāo)的水生生物產(chǎn)生毒害。無毒控制表面繁殖的例子典型的需要使用高濃度的表面活性劑，這在水處理工業(yè)中是不可能的，因為這里數(shù)千或者數(shù)百萬加侖的水將被處理。因此，存在一種對于這樣的表面活性劑的需要，該表面活性劑能夠用于水處理工業(yè)中，其表現(xiàn)出更低程度的毒性，并且在更低的劑量時是有效的，因此具有經(jīng)濟優(yōu)勢。
發(fā)明內(nèi)容已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種除去與系統(tǒng)接觸的表面上的微生物生物薄膜的方法，該系統(tǒng)例如是但不限于含水系統(tǒng)，所述方法包括向該系統(tǒng)中加入有效量的聚乙烯亞胺表面活性劑來充分的從系統(tǒng)的表面上除去微生物生物薄膜，同時由于它們非常低的排放濃度，因此該方法在排放時具有對非目標(biāo)的水生生物最小的危險性。另外，由于所需的低的劑量，因此這里也存在著經(jīng)濟優(yōu)勢。表征本發(fā)明新穎性的不同特征是由附加的并且形成本發(fā)明一部分的權(quán)利要求中的特性來給出的。當(dāng)然可以對本發(fā)明的不同部件進行改變和替代。本發(fā)明還存在于所述元件的次級組合和次級系統(tǒng)中，以及存在于使用它們的方法中。具體實施例方式作為在整個說明書和權(quán)利要求中所使用的，近似的措詞可以用來修正任何定量的表示，該定量的表示可以允許變化而不導(dǎo)致它所相關(guān)的基本功能的變化。因此，用術(shù)語例如"大約"修正的值不限于所規(guī)定的精確值。在至少一些例子中，近似的措詞可以對應(yīng)于測量該值的儀器的精度。除非上下文或者措詞中另有指示，否則范圍界限可以組合和/或互換，并且這樣的范圍是相同的，并包括其中所含的全部的次級范圍。除了操作實施例或者這里另有指示，全部所提及的說明書和權(quán)利要求中所用的成分、反應(yīng)條件等的量的數(shù)值或者公式被理解為在全部的情況中是用術(shù)語"大約，'修正的。作為此處使用的，術(shù)語"包含，，、"含有"、"包括"、"包括有"、"有，，、"具有，，或者其任何的其他變化，目的是覆蓋非排除的內(nèi)含物。例如，包含一系列元件的過程、方法、制品或者設(shè)備不必僅僅局限于這些元件，而是可以包括其他沒有明確列出的元件或者這樣的過程、方法、制品或者設(shè)備所固有的元件。在本發(fā)明的一種實施方案中，分散劑除去或者減少了與含水系統(tǒng)接觸的表面上的微生物粘液，這優(yōu)于單獨通過水產(chǎn)生的這樣的作用。微生物粘液包括，但不限于，代謝細胞加上胞外多糖。該分散劑起到了這種功能，而沒有殺死起到粘附作用的微生物。所以，這種方法具有有利的環(huán)保作用，由于它非常低的排放濃度，因此它具有對于廢水處理系統(tǒng)中或者其他排放容納物中所存在的非目標(biāo)的水生生物最小的危險性。另外，根據(jù)本發(fā)明的實施方案的分散劑不會造成過量的泡沫，該泡沫在許多水生系統(tǒng)中將是不可接受的。本發(fā)明的一種實施方案提供了一種除去與系統(tǒng)接觸的表面上的微生物生物薄膜的方法，該系統(tǒng)包括但不限于含水系統(tǒng)，所述方法包括向該系統(tǒng)中加入有效量的包含聚乙烯亞胺表面活性劑的分散劑。聚乙烯亞胺是一種具有高電荷密度的聚合胺，這使得它緊緊的吸附到帶相反電荷的基底上。它是一種由乙烯亞胺聚合制備的水溶性聚合物。它不是完全的線性結(jié)構(gòu)，而是一種部分支化的聚合物，含有伯、仲和叔胺。聚乙烯亞胺的分子式是C6HuN！5,并且能夠用下面的結(jié)構(gòu)表征<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>聚乙烯亞胺是一種低分子量的乙烯亞胺共聚物。聚乙烯亞胺的分子量是大約1000-大約3000，并且一種可選擇的范圍是大約500-大約750，000。聚乙烯亞胺表面活性劑的例子包括，但不限于，BASFL叩asolsG20/G35TM(BASF公司，F(xiàn)orhamPark，新澤西州)。分散劑包含大約20-大約98重量％的聚乙烯亞胺，并且該分散劑的其余部分包含水，水的存在量可以是大約2-大約80重量％。另外的成分可以包括溶劑，例如低分子量醇類，例如乙醇、曱醇和丁醇。聚乙烯亞胺的一種實施方案包含了大約40-大約50%的水和大約40-大約50%的1，2-乙二胺，與氮丙。定的聚合物。聚乙烯亞胺表面活性劑的一個增加的優(yōu)勢是與其他的表面活性劑相比，能夠長期在含水介質(zhì)中起作用。一個原因是它們在表面上具有比其他的表面活性劑例如諸如環(huán)氧乙烷和/或環(huán)氧丙烷(EO/PO)共聚物更大的吸附性。聚乙烯亞胺不同于用于類似目的其他的分散劑和表面活性劑之處在于，聚乙烯亞胺在它的主鏈上含氮，氮分散在碳中。其他已知的分散劑具有只由碳原子組成的主鏈。在聚乙烯亞胺主鏈中氮的存在構(gòu)成了它在表面上比現(xiàn)有技術(shù)已知的表面活性劑更大的吸附性。聚乙烯亞胺表面活性劑在寬的系統(tǒng)pH范圍內(nèi)保持了性能，并且因此能夠有利的用于不同的含水系統(tǒng)。聚乙烯亞胺表面活性劑可以用于pH為大約3.5-大約10.5的含水系統(tǒng)中。大約2份/百萬(ppm)-大約400ppm,并且一個可選擇的范圍是大約20-大約120ppm，和另外一個實施方案是大約40-大約60ppm。作為分散劑的一個實施方案，LupasolG35(BASFFlorhamPark,新澤西)是大約50%活性的，上面給出的濃度是產(chǎn)品濃度，不同于該活性濃度。在這個例子中，為了獲得分散劑的活性濃度，除以2,因此如果存在100ppm的LupasolG35TM，則活性濃度是50ppm。本發(fā)明的分散劑能夠用于多種含水系統(tǒng)中，例如，但不限于，開放的再循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，制漿和造紙系統(tǒng)，輸水管線，封閉的冷卻系統(tǒng)，逆滲透系統(tǒng)，空氣洗凈器系統(tǒng)，淋浴水系統(tǒng)，直流水系統(tǒng)，烴儲存系統(tǒng)，^^烴管線，金屬加工流體系統(tǒng)，和含水礦物加工系統(tǒng)。本發(fā)明現(xiàn)在將參考某些實施例進行描述，該實施例僅僅是代表性的本發(fā)明，并且不應(yīng)該解釋為對其的限制。實施例本發(fā)明在下面的非限定性實施例中進行說明，其是作為代表性的目的來提供的，并且不解釋為對本發(fā)明范圍的限制。除非另有指示，否則實施例中全部的份數(shù)和百分比是基于重量。為了證實本發(fā)明的效力，開發(fā)了一種方法，其能夠篩選分散劑的除微生物生物薄膜的能力。這種方法包括細菌在市售的316不銹鋼試樣片(coupons)上的繁殖，和在分散劑存在/不存在時它們的除去。然后通過標(biāo)準(zhǔn)方法來測量在一組試樣片上的細菌數(shù)目。選擇微生物種類焚光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)用于這些研究，因為該種類是水下表面上常見的微生物，并因此將是期望在工藝水流中可以找到的微生物。附著到316不銹鋼上的生物薄膜是由5ml的熒光假單胞菌在營養(yǎng)肉湯中的培養(yǎng)物開始來形成的，將它在30。C培養(yǎng)和搖動一整夜。第二天，將lml的培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到1.Sml微量離心管(eppendorftube)中。然后將該培養(yǎng)物放在4。C的10000g的離心分離機中IO分鐘。潷出液體，將細胞球重新懸浮在0.85%的消毒鹽水中。重復(fù)培養(yǎng)物的轉(zhuǎn)移和離心分離。其后，將熒光假單胞菌細胞球重新懸浮在lml的0.85%的消毒鹽水緩沖液中，并用消毒鹽水緩沖液稀釋到OD600~0.050±0.02。將#4Whatman濾紙放在所需的全部的營養(yǎng)肉湯盤上面，并將2ml所制備的細胞懸浮液放在每個濾紙上面。將三個316不銹鋼試樣片放在每個陪替氏培養(yǎng)亞(Petridish)的濾紙上，并將它們在30。C培養(yǎng)24小時。生物薄膜可以在兩面試樣片的一個面上形成。為了顯示生物分散劑對于生物薄膜涂覆的試樣片的處理，在第三天，制備模擬冷卻塔水，并過濾消毒。制備生物分散劑儲備溶液(10000ppm)。每個燒杯裝有700ml冷卻水，然后從每個燒杯中除去一定量的冷卻水，該一定量等于將被加入到每個特定燒杯中的生物殺滅劑/或分散劑的量。將適當(dāng)量的生物分散劑以待測試的濃度水平加入到每個燒杯中。將該溶液使用多級攪拌器徹底混合。保持一個燒杯作為對照，并且其僅僅包含700ml的模擬冷卻水。其后，將三個具有生物薄膜的試樣片無菌放在試樣片支架上，然后將每個試樣片支架放入該試樣片支架蓋的狹槽中。將燒杯放在多級攪拌器中，并調(diào)整攪拌動作來將該溶液在燒杯中輕柔混合24小時。將35ml消毒鹽水緩沖液放入50ml離心分離管中，將一種生物薄膜試樣片無菌轉(zhuǎn)移到每個離心分離管中。在每個管中適當(dāng)?shù)倪M行超聲波降解來從每個試樣片上除去任何剩余的熒光假單胞菌生物薄膜細菌，并分散在鹽水緩沖液中。使用消毒鹽水緩沖液進行連續(xù)的稀釋。將生物薄膜細胞稀釋物接種到Petrifilm(3M公司)上。將該Petrifilm在3(TC培養(yǎng)48小時，并且讀取CFU(菌落形成單位)。菌落形成單位(cfu)/cm、生物薄膜密度)是通過因子分解適當(dāng)?shù)南♂屛铮⑺@得的細胞數(shù)除以8.77cm、標(biāo)準(zhǔn)的316SS(不銹鋼)腐蝕試樣片的一個面的面積)來測定的。所除去的生物薄膜的％是通過用100%減去上面對于每個處理所計算的％來計算的。(生物薄膜對照物減去處理物)。(任選的計算由生物分散劑所達到的減少％=(對照物數(shù)-處理物數(shù))xl00/對照物數(shù))X100聚乙烯亞胺對于生物薄膜除去的結(jié)果表示在下面的表格和圖中。表示了兩種不同的產(chǎn)物L(fēng)叩asolG35和LupasolG20的結(jié)果，二者都產(chǎn)自BASF,FlorhamPark,新澤西州。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表n<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>圖I<image>imageseeoriginaldocumentpage9</image>這個圖中從左到右表示了對照物、50ppmEO/PO和50ppm20o/o的LupasolG35表m<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>圖II5Oppm20%活性的Lupaso1G35生物薄膜除去效力試聰r測試樣品這個圖中從左到右表示了對照物、50ppmEO/PO、50ppm20%G35和50ppm20%G35(上表IV給出了以cfu/cm2為單位的實際值)在進一步的試驗中，進行微孔板測試來比較請求保護的試劑與可選擇的試劑和沒有試劑的情況。在該測試中，將熒光假單胞菌(PF)ATCC13525的培養(yǎng)物用消毒的TSB(胰蛋白酶大豆肉湯)稀釋到最終的OD600nm=0.05。將200|u1的PF稀釋物接種到透明塑料微孔板(Costar弁3599)的每個孔中，除了空白孔之外，將該空白孔保持空白來評價緩沖液帶來的熒光背景。將所述的孔用蓋子蓋上，并將該微滴定板在3(TC培養(yǎng)一整夜。在第二天潷出熒光假單胞菌培養(yǎng)物，用200]ul消毒冷卻水(pH7.3)沖洗3次。將在消毒冷卻水(pH7.3)中制備的200ju1的20ppm生物分散劑化學(xué)溶液分配到每個孔中。覆蓋該微滴定板，并培養(yǎng)24小時。然后將該板用生物分散劑溶液和200|nl消毒鹽水緩沖液沖洗3次。此時，開始著色和量化。將10jul20XCyQUANT細胞溶解緩沖液(MolecularProbeC7027)分散到微孔板的每個孔中。將190iu1鹽水緩沖液加入到每個孔中。用微孔板帶密封該板，并在65。C的水浴中培養(yǎng)5分鐘。然后將該板簡單的離心分離(500rpm，進行1分鐘)來收集每個孔底部的液體。將90ju1的細胞溶解產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到新的微孔板中，該板的每個孔含有10ju110XSybrGreen1溶液(MolecularProbeS-7585)。測量在微孔板讀取器中的每個著色細胞溶解產(chǎn)物的熒光亮度(RFU)。(激勵波長-485nm,發(fā)射波長-535nm)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在10ppm的工作濃度處理中，L叩asolG20和G35具有在除去costar透明微孔板上的PF13525生物薄膜方面明顯的效果(P0.05)。進一步詳細的內(nèi)容在下表和圖中給出。微孔板測試50ppm20%LupasolG20/G35和50ppmEO/PO生物薄膜的除去效力SBYRGREENI著色結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>Stdev化學(xué)P.f.135251/2空白163/4對照物13995/6EO/PO共聚物19187BD155017809LupasolG35140110LupasolG201197生物薄膜除去化學(xué)P.f.135251/2空白3/4對照物5/6EO/PO共聚物-60/07BD15504%9LiipasoSG3573%10LupasolG2052%*表示統(tǒng)計上比對照物4氐圖m這個圖中從左到右表示了對照物，EO/PO共聚物，BD1550;LupasolMcroplateScreenng50ppm20%Lupasol(20/G35onP.f.1352512000II,oooo84C13G35和LupasolG20雖然已經(jīng)參考優(yōu)選的實施方案對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對這些實施方案進行不同的變化或者替代，而不脫離本發(fā)明的技術(shù)范圍。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍不僅包括上述的這些實施方案，而且還包括落入附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的全部的實施方案。權(quán)利要求1.一種除去與系統(tǒng)接觸的表面上的微生物生物薄膜的方法，該方法包括向該系統(tǒng)中加入有效量的聚乙烯亞胺表面活性劑。2.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中該系統(tǒng)是含水系統(tǒng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該聚乙烯亞胺表面活性劑的存在量是大約2ppm-大約400ppm。4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該聚乙烯亞胺表面活性劑的存在量是大約20ppm-大約120ppm。5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該聚乙烯亞胺表面活性劑的存在量是大約40ppm-大約60ppm。6.根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中該含水系統(tǒng)的pH是大約3.5-大約`10.5。7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該聚乙烯亞胺表面活性劑是大約50%活性的。8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該表面活性劑包含大約20-大約98重量％的聚乙烯亞胺。9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該表面活性劑包含大約40-大約60重量％的聚乙烯亞胺。10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該系統(tǒng)選自開放的再循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、制漿和造紙系統(tǒng)、輸水管線、封閉的冷卻系統(tǒng)、逆滲透系統(tǒng)、空氣洗凈器系統(tǒng)、淋浴水系統(tǒng)、烴儲存系統(tǒng)、直流水系統(tǒng)、輸烴管線、金屬加工流體系統(tǒng)、和含水礦物加工系統(tǒng)。全文摘要已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種除去與系統(tǒng)接觸的表面上的微生物生物薄膜的方法，該系統(tǒng)包括但不限于含水系統(tǒng)，所述方法包括向該含水系統(tǒng)中加入有效量的聚乙烯亞胺表面活性劑來充分的從水生系統(tǒng)的表面上除去微生物生物薄膜，同時由于它們非常低的排放濃度，因此該方法在排放時具有對非目標(biāo)的水生生物最小的危險性。文檔編號C02F1/50GK101675007SQ200880014217公開日2010年3月17日申請日期2008年2月8日優(yōu)先權(quán)日2007年5月1日發(fā)明者J·姜,L·王,W·K·懷特克特爾申請人:通用電氣公司