Loading...
Advanced detection and monitoring of chemical and microbial agents in water reclamation systems
Sotomayor MartÃnez, Carolay H.
Sotomayor MartÃnez, Carolay H.
Citations
Altmetric:
Abstract
Biofilms are a community of bacterial microorganisms attached to the surface or interface with each other, usually protected with an extracellular matrix that is produced by themselves, and that grow on inert or living surfaces. From an environmental and health perspective, a series of problems arise at a general level and in space flights, related to hygiene and disinfection, putting at risk the health of the crew and the infrastructure of the space station because once a biofilm reaches its state of maturity, the excreted extracellular substances facilitate its attachment to the surface and function as a stable and robust chemical barrier, which become impervious to antibiotics and chemical treatment. Therefore, assessing and monitoring microbial contamination during long-term human spaceflight is important, as it can damage instrumentation and life support systems. The main objective of this research was based on assessing and monitoring microbial contamination during long-term human spaceflight is important in developing new nano-biotechnological approaches to evaluate the performance of the water recovery process of a 2-stage urine filtration unit applied to space missions. This research used Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella, Lactobacillus acidophilus, casei, and lactis as model microorganisms. To carry out this study, Raman spectroscopy was implemented as part of the diagnostic protocols that aid in the detection, characterization, and identification of microbial strains. Sensing surfaces were sandpaper of silicium carbide with a grit size in the 2000-5000 range (8-4µm particle size) and its microstructured cast on polydimethylsiloxane (µPDMS). The surface area of µPDMS 2000 (8µm) was effectively used for the detection of L. acidophilus, casei, and lactis. Whereas the surface of µPDMS 5000(4µm) was used for the detection of E. coli, S. aureus, and Salmonella since it yielded superior results, the process of biofilm formation and its potential biofouling effect on target membranes was assessed over 16 generations, using time intervals of 0.5, 2, 6 and 8 hours. Multivariate analysis of spectroscopic data was used to evaluate changes in the characteristic bands of microbial building blocks: a. DNA (1587, 781-730 cm-1), b. polysaccharides (1580 and 1290-1030 cm-1), c. lipids (1730, 1490-1470 cm-1), d. proteins (1650-1600 cm-1), were used to confirm the presence or absence of the different microorganisms in the waste and at each stage of the filtration process.
Las biopelÃculas son una comunidad de microorganismos bacterianos adheridos a una superficie o interfaz entre sÃ. Desde una perspectiva ambiental y de salud se plantea una serie de problemas a nivel general y en vuelos espaciales, relacionados con el higiene y desinfección, colocando en riesgo la salud de la tripulación y la infraestructura de la estación espacial, debido a que una vez una biopelÃcula alcanza su estado de maduración, las sustancias extracelulares excretadas facilitan su fijación a la superficie y funcionan como una barrera quÃmica estable y robusta, las cuales se vuelven impermeables a los antibióticos y tratamientos quÃmicos. Por lo tanto, es importante evaluar y controlar la contaminación microbiana durante los vuelos espaciales tripulados a largo plazo, ya que puede dañar la instrumentación y los sistemas de soporte vital. El objetivo principal de esta investigación se basó en desarrollar nuevos enfoques nano biotecnológicos para evaluar el desempeño del proceso de recuperación de agua de una unidad de filtración de orina de 2 etapas aplicado a misiones espaciales. Esta investigación empleo Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella, Lactobacillus acidophilus, casei, lactis como microorganismos modelos. Se implementó la espectroscopia Raman como parte de los protocolos de diagnóstico que ayudaron a la detección, caracterización e identificación de cepas microbianas. Las superficies de detección fueron papel de lija de silicio carburo con un tamaño de grano 2000-5000 (8-4 μm) y su fundición microestructurada sobre Polidimetilsiloxano (µPDMS). El área superficial de μPDMS 2000 (8μm) se utilizó eficazmente para la detección de L. acidophilus, casei, lactis. Mientras que la superficie de μPDMS 5000 (4μm) se utilizó para la detección de E. coli, S. aureus, salmonella ya que arrojo resultados superiores, el proceso de formación de biofilms y su potencial efecto de bioincrustación en las membranas se evaluó a lo largo de 16 generaciones, utilizando intervalos de tiempo de 0.5, 2, 6 y 8 horas. Se utilizo el análisis multivariable de datos espectroscópicos se utilizó para evaluar cambios en las bandas caracterÃsticas de los bloques de construcción microbianos: a. ADN (1587, 781-730 cm-1), b. polisacáridos (1580 y 1290-1030 cm-1), c. lÃpidos (1730, 1490-1470 cm-1), d. proteÃnas (1650-1600 cm-1), se utilizaron para confirmar la presencia o ausencia de los diferentes microorganismos en los desechos y en cada etapa del proceso de filtración.
Las biopelÃculas son una comunidad de microorganismos bacterianos adheridos a una superficie o interfaz entre sÃ. Desde una perspectiva ambiental y de salud se plantea una serie de problemas a nivel general y en vuelos espaciales, relacionados con el higiene y desinfección, colocando en riesgo la salud de la tripulación y la infraestructura de la estación espacial, debido a que una vez una biopelÃcula alcanza su estado de maduración, las sustancias extracelulares excretadas facilitan su fijación a la superficie y funcionan como una barrera quÃmica estable y robusta, las cuales se vuelven impermeables a los antibióticos y tratamientos quÃmicos. Por lo tanto, es importante evaluar y controlar la contaminación microbiana durante los vuelos espaciales tripulados a largo plazo, ya que puede dañar la instrumentación y los sistemas de soporte vital. El objetivo principal de esta investigación se basó en desarrollar nuevos enfoques nano biotecnológicos para evaluar el desempeño del proceso de recuperación de agua de una unidad de filtración de orina de 2 etapas aplicado a misiones espaciales. Esta investigación empleo Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Salmonella, Lactobacillus acidophilus, casei, lactis como microorganismos modelos. Se implementó la espectroscopia Raman como parte de los protocolos de diagnóstico que ayudaron a la detección, caracterización e identificación de cepas microbianas. Las superficies de detección fueron papel de lija de silicio carburo con un tamaño de grano 2000-5000 (8-4 μm) y su fundición microestructurada sobre Polidimetilsiloxano (µPDMS). El área superficial de μPDMS 2000 (8μm) se utilizó eficazmente para la detección de L. acidophilus, casei, lactis. Mientras que la superficie de μPDMS 5000 (4μm) se utilizó para la detección de E. coli, S. aureus, salmonella ya que arrojo resultados superiores, el proceso de formación de biofilms y su potencial efecto de bioincrustación en las membranas se evaluó a lo largo de 16 generaciones, utilizando intervalos de tiempo de 0.5, 2, 6 y 8 horas. Se utilizo el análisis multivariable de datos espectroscópicos se utilizó para evaluar cambios en las bandas caracterÃsticas de los bloques de construcción microbianos: a. ADN (1587, 781-730 cm-1), b. polisacáridos (1580 y 1290-1030 cm-1), c. lÃpidos (1730, 1490-1470 cm-1), d. proteÃnas (1650-1600 cm-1), se utilizaron para confirmar la presencia o ausencia de los diferentes microorganismos en los desechos y en cada etapa del proceso de filtración.
Description
Date
2024-07-12
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Collections
Keywords
Biofilm, Raman spectroscopy, Surface, Microorganisms, Space mission