直流脉冲磁场方向对异养菌杀菌效果的影响研究

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：在利用直流脉冲磁场螺线管装置对水中的异养菌进行杀菌处理时，发现水流方向与直流脉冲磁场方向相同（同向）情况下，比水流方向与磁场方向相反（反向）时的杀菌率高。图7-6 直流脉冲磁场方向对异养菌杀菌率的影响磁性质普遍存在于生物组织中。脉冲磁场对细胞组织会产生较大影响，低频高强度脉冲磁场会破坏微生物的细胞膜和细胞组织，使单位体积内的微生物数量急剧减少。

在利用直流脉冲磁场螺线管装置对水中的异养菌进行杀菌处理时，发现水流方向与直流脉冲磁场方向相同（同向）情况下，比水流方向与磁场方向相反（反向）时的杀菌率高。这一情况下的杀菌率如图7-6所示。

图7-6 直流脉冲磁场方向对异养菌杀菌率的影响

磁性质普遍存在于生物组织中。生物组织作为一种磁性物质是因为生物磁介质的分子或原子具有多个轨道电子，其中外层价电子绕核运动时也在做自旋运动，两种运动产生动量矩和磁矩，两者的矢量和就是分子磁矩或原子磁矩。一些生物组织的分子或原子中的电子已经填满各个电子层，电子自旋运动和轨道运动产生的磁矩相互抵消，使分子或原子的静磁矩为零，而在外磁场作用下电子运动受到影响，感应出与外磁场相反的磁矩，表现出抗磁性。研究表明绝大多数生物组织都具有抗磁性，它们在磁场中显示出强烈的方向性。在外加磁场的作用下，微生物细胞膜里的抗磁性分子会排列成行，根据所加磁场方向做加速或减速运动，使微生物的移动速度大幅度加快或降低。产生上述现象的主要原因是以下因素所致：

（1）直流脉冲磁场是一种变化磁场，变化的磁场对细菌细胞的作用主要集中在细胞膜上。脉冲磁场通过电磁线圈转变为水中的脉冲磁场能，当脉冲波由高电平转入低电平的瞬间，积聚在感应线圈上的能量由于电位突然降低，产生强烈的冲击波，使镶嵌在细胞膜上的蛋白质的氨基酸电偶极矩发生改变，影响细菌细胞膜的离子通透性，使得细胞膜流度发生改变，引起一系列与细胞膜相关的变化。例如，细胞膜离子通道的变化，破坏了正常的细胞生理功能，使得细胞膜上的蛋白质的氨基酸电偶极矩发生改变，使细胞新陈代谢中断，破坏了细菌细胞，导致微生物死亡。

（2）异养菌细胞表面是由酯类双分子层和镶嵌蛋白质构成的细胞膜。构成细胞膜的酯类具有亲水的极性头部和疏水的非极性尾部。酯类分子极性头部向外，疏水的非极性尾部向内，构成细胞膜的基质——可流动的磷脂双分子层。嵌入细胞膜的蛋白质具有多种功能，例如，离子通道、受体等，具有一定电偶极矩。无论是静磁场还是交变磁场都会对细胞组织产生影响，研究表明，静磁场对细胞的影响实质上是使细胞钝化，使其生长繁殖受到抑制。脉冲磁场对细胞组织会产生较大影响，低频高强度脉冲磁场会破坏微生物的细胞膜和细胞组织，使单位体积内的微生物数量急剧减少。

（3）由于异养菌细胞中存在抗磁性物质，当受到磁场力作用时，会产生与磁场方向相反的移动，在磁场中的运动速度会根据磁场方向的改变减慢或加快，从而影响异养菌的杀菌效果。当直流脉冲磁场方向与水流方向相同时，由于异养菌细胞存在抗磁性，使异养菌在磁场力作用下产生与水流相反的加速度，在磁场中的运动速度大大减缓，延长了脉冲磁场的作用时间；当直流脉冲磁场方向与水流方向相反时，在磁场力作用下异养菌细胞产生与水流相同的加速度，异养菌的运动速度大大加快，缩短了脉冲磁场的作用时间。这样，使经过15h的连续运行，循环冷却水多次穿过螺线管受到脉冲磁场累积作用，宏观上表现出“同向”时的杀菌率高于“反向”时的杀菌率。

直流脉冲磁场方向对异养菌杀菌效果的影响研究

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