评估病毒载量波动对用于生物污染物废水监测的负电荷膜过滤器中病毒去除效果的影响

《Environmental Advances》：Assessing the impact of fluctuating viral loads on virus recovery from electronegative membrane filters used for wastewater surveillance of biologicals

被动采样技术在水环境病毒监测中的应用及其局限性研究。通过模拟废水环境中 SARS-CoV-2 浓度波动，使用 F-RNA 肠杆菌噬菌体 MS2 作为模型病毒，测试了八种浓度变化场景下电负性膜滤（EMF）的吸附效能。结果表明 EMF 在稳态环境中能部分反映平均吸附量，但在浓度显著增加或减少时，其回收量更接近最后一次暴露浓度，而非累积或平均值。该发现揭示了被动采样法在动态环境中的局限性，对公共卫生监测具有重要指导意义。

　　随着SARS-CoV-2的出现，废水基流行病学（WBE）作为一种公共健康监测手段得到了迅速推广。在疫情初期，被动采样方法因其简便性和低成本而受到广泛关注，尤其在资源有限的地区。然而，尽管被动采样在某些情况下表现良好，但当时对于其在不同病毒浓度变化情况下的准确性和可靠性仍缺乏系统研究。本研究旨在探讨被动采样材料——电负性膜滤器（EMFs）在病毒浓度波动时的病毒回收能力，使用F-RNA噬菌体MS2作为模型病毒，模拟了八种不同的浓度波动情景，包括稳态、显著增加或减少以及间歇性暴露等。实验结果显示，EMFs在不同浓度变化条件下并不能准确反映平均或累积的病毒暴露量，表明其在动态或稳定的病毒负荷条件下存在一定的局限性。

WBE是一种利用废水作为媒介，监测和追踪人群中化学和生物特征的技术。在SARS-CoV-2的检测中，这种技术因其能够提供广泛的流行病学数据而被广泛应用。然而，传统的采样方法如抓取样本和复合样本存在一定的缺陷，例如抓取样本只能反映某一时刻的废水组成，而复合样本则需要昂贵的自动采样设备和基础设施支持。相比之下，被动采样方法因其操作简便、成本低廉而成为一种可行的替代方案。在澳大利亚和加拿大，研究人员分别开发了3D打印的被动采样装置，用于SARS-CoV-2的废水监测。这些装置使用EMFs作为吸附材料，能够在不干扰废水自然流动的情况下持续收集病毒。

在本研究中，EMFs被用于模拟废水环境中病毒浓度的变化情况。实验设计包括三种主要的浓度波动条件：稳态环境、显著增加或减少的环境以及间歇性暴露环境。每种条件对应了多个不同的采样情景，以评估EMFs在不同浓度变化下的吸附性能。实验中，EMFs在50 mL的试管中进行3小时的暴露，随后转移到新的试管中，以模拟时间上的浓度变化。通过这种方法，研究人员能够比较实际回收的病毒量与预测的平均或累积回收量之间的差异。

实验结果显示，当病毒浓度稳定时，EMFs的回收量与平均预测值相符，但在浓度显著增加或减少的情况下，回收量与预测值存在显著差异。这表明EMFs在动态浓度条件下可能无法准确反映病毒的总暴露量，而更多地受到最近一次暴露的影响。此外，研究还发现，在浓度降低的情况下，EMFs可能无法有效保留之前吸附的病毒颗粒，导致回收量显著下降。这些结果强调了在实际应用中，EMFs可能无法提供可靠的平均或累积病毒浓度数据，特别是在病毒负荷波动较大的情况下。

TSS（总悬浮固体）的变化也被认为是影响病毒回收的重要因素之一。实验中所使用的废水TSS含量在4 mg/L到32 mg/L之间，这可能对病毒的吸附和保留产生一定的竞争效应。虽然TSS水平相对较低，但仍然可能影响噬菌体的吸附效率。这一发现表明，在实际废水监测中，除了考虑病毒本身的特性外，还需要综合考虑其他污染物对吸附过程的潜在干扰。

本研究的结果对WBE的应用具有重要的指导意义。尽管被动采样方法在快速部署和资源有限的环境中表现出优势，但在病毒浓度波动较大的情况下，其准确性可能受到限制。这提示在实际应用中，需要更加谨慎地解释被动采样得到的数据，特别是在进行公共健康决策时。此外，研究还指出，不同的被动采样材料可能对病毒的吸附和保留产生不同的影响，因此未来的研究应进一步探讨其他类型的被动采样材料在生物监测中的性能。

总体而言，本研究揭示了EMFs在病毒浓度波动情况下的局限性，为WBE技术的改进和优化提供了新的视角。尽管在某些情况下，如病毒负荷相对稳定或用于存在/不存在检测，被动采样仍然是一种有效的工具，但在动态变化的环境中，其准确性可能需要进一步验证和提高。这些发现对于未来在不同病毒负荷条件下进行废水监测，以及制定相应的公共健康政策具有重要的参考价值。