Viruses at Solid–Water Interfaces: A Systematic Assessment of Interactions Driving Adsorption

吸附 石英晶体微天平 离子强度 化学物理 化学 静电学 范德瓦尔斯力 位阻效应 静电 疏水效应 DLVO理论 离子键合 衣壳 表面电荷 化学工程 纳米技术 水溶液 材料科学 分子 物理化学 有机化学 离子 胶体 物理 量子力学 生物化学 工程类 基因
作者
Antonius Armanious,Meret Aeppli,Ron Jacak,Dominik Refardt,Thérèse Sigstam,Tamar Kohn,Michael Sander
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:50 (2): 732-743 被引量:279
标识
DOI:10.1021/acs.est.5b04644
摘要

Adsorption to solid-water interfaces is a major process governing the fate of waterborne viruses in natural and engineered systems. The relative contributions of different interaction forces to adsorption and their dependence on the physicochemical properties of the viruses remain, however, only poorly understood. Herein, we systematically studied the adsorption of four bacteriophages (MS2, fr, GA, and Qβ) to five model surfaces with varying surface chemistries and to three dissolved organic matter adlayers, as a function of solution pH and ionic strength, using quartz crystal microbalance with dissipation monitoring. The viruses were selected to have similar sizes and shapes but different surface charges, polarities, and topographies, as identified by modeling the distributions of amino acids in the virus capsids. Virus-sorbent interactions were governed by long-ranged electrostatics and favorable contributions from the hydrophobic effect, and shorter-ranged van der Waals interactions were of secondary importance. Steric effects depended on the topographic irregularities on both the virus and sorbent surfaces. Differences in the adsorption characteristics of the tested viruses were successfully linked to differences in their capsid surface properties. Besides identifying the major interaction forces, this work highlights the potential of computable virus surface charge and polarity descriptors to predict virus adsorption to solid-water interfaces.

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