Στενές ζώνες κύματος από φως UV σκοτώνουν μικρόβια

Το 2012, οι επιστήμονες του NIST και οι συνεργάτες τους δημοσίευσαν αρκετά άρθρα σχετικά με ορισμένα θεμελιώδη ευρήματα με πιθανά οφέλη για τις εταιρείες παροχής νερού Αλλά αυτά τα άρθρα δεν εξήγησαν ποτέ πλήρως την εγκατάσταση ακτινοβόλησης που έκανε δυνατή τη δουλειά.

Τώρα, για πρώτη φορά, οι ερευνητές του NIST δημοσιεύουν τις τεχνικές λεπτομέρειες του μοναδικού πειράματος, το οποίο βασίστηκε σε ένα φορητό λέιζερ για να ελέγξει πόσο καλά διαφορετικά μήκη κύματος του υπεριώδους φωτός απενεργοποίησαν διαφορετικούς μικροοργανισμούς στο νερό. Το έργο εμφανίζεται σήμερα στην Επισκόπηση των Επιστημονικών Όργων (RSI).

& quot;' Θέλουμε να το γράφουμε επίσημα εδώ και χρόνια," είπε ο Tom Larason του NIST&# 39." Τώρα έχουμε χρόνο να ενημερώσουμε τον κόσμο για αυτό."

Ένα επείγον για τη δημοσίευση μιας πλήρους περιγραφής του συστήματος NIST είναι ότι οι ερευνητές οραματίζονται τη χρήση αυτής της ρύθμισης UV για νέα πειράματα που υπερβαίνουν τη μελέτη του πόσιμου νερού και στην απολύμανση στερεών επιφανειών και αέρα. Οι πιθανές εφαρμογές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν καλύτερη απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία στα δωμάτια του νοσοκομείου και ακόμη και μελέτες για το πώς το φως του ήλιου απενεργοποιεί τον κοροναϊό που είναι υπεύθυνος για το COVID-19.

& "Από όσο γνωρίζω, κανείς δεν έχει αναπαραγάγει αυτό το έργο, τουλάχιστον όχι για τη βιολογική έρευνα,&Ο Λάρισον είπε." Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο θέλουμε να βγάλουμε αυτό το έγγραφο τώρα."

Πολύ καλό για να πιει

Το υπεριώδες φως έχει μήκη κύματος που είναι πολύ μικρά για να μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι. Η υπεριώδης ακτινοβολία κυμαίνεται από περίπου 100 νανόμετρα (nm) έως 400 nm, ενώ οι άνθρωποι μπορούν να δουν ένα ουράνιο τόξο χρώματος από βιολετί (περίπου 400 nm) έως κόκκινο (περίπου 750 nm).

Ένας τρόπος απολύμανσης του πόσιμου νερού είναι η ακτινοβόλησή του με υπεριώδες φως, το οποίο διαλύει τους επιβλαβείς μικροοργανισμούς' DNA και σχετικά μόρια.

Τη στιγμή της αρχικής μελέτης, τα περισσότερα συστήματα ακτινοβόλησης νερού χρησιμοποίησαν μια λάμπα UV που εκπέμπει το μεγαλύτερο μέρος του υπεριώδους φωτός της σε ένα μόνο μήκος κύματος, 254 nm. Για χρόνια, ωστόσο, οι εταιρείες παροχής νερού είχαν δείξει αυξανόμενο ενδιαφέρον για έναν διαφορετικό τύπο λαμπτήρα απολύμανσης που ήταν&"polychromatic, &". που σημαίνει ότι εκπέμπει φως UV σε πολλά διαφορετικά μήκη κύματος Αλλά η αποτελεσματικότητα των νέων λαμπτήρων δεν ήταν καλά καθορισμένη, δήλωσε ο Karl Linden, περιβαλλοντικός μηχανικός του Πανεπιστημίου του Κολοράντο Μπόλντερ (CU Boulder), ο οποίος ήταν κύριος ερευνητής στη μελέτη του 2012.

& "Ανακαλύψαμε στα μέσα της δεκαετίας του 2000 ότι οι πολυχρωμικές πηγές UV ήταν πιο αποτελεσματικές για την απενεργοποίηση του ιού - ειδικά επειδή αυτοί οι λαμπτήρες παρήγαγαν υπεριώδες φως σε χαμηλά μήκη κύματος, κάτω από 230 nm, &". Ο Λίντεν είπε." Αλλά ήταν δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί πόσο πιο αποτελεσματικοί και ποιοι ήταν οι μηχανισμοί αυτής της αποτελεσματικότητας."

Το 2012, μια ομάδα μικροβιολόγων και περιβαλλοντικών μηχανικών με επικεφαλής τον CU Boulder ενδιαφερόταν να προσθέσει στη βάση γνώσεων που είχαν οι εταιρείες παροχής νερού σχετικά με την απολύμανση UV. Με τη χρηματοδότηση του Water Research Foundation, ενός μη κερδοσκοπικού οργανισμού, οι επιστήμονες έψαχναν να μελετήσουν μεθοδικά πόσο ευαίσθητα διάφορα μικρόβια ήταν σε διαφορετικά μήκη κύματος του υπεριώδους φωτός.

Κανονικά, η πηγή φωτός για αυτά τα πειράματα θα ήταν μια λάμπα που παράγει ένα ευρύ φάσμα μήκους κύματος UV. Για να περιορίσετε τη ζώνη συχνοτήτων όσο το δυνατόν περισσότερο, οι ερευνητές' σχέδιο ήταν να λάμψει το φως μέσω φίλτρων. Αλλά αυτό θα παρήγαγε σχετικά μεγάλες, 10-nm ζώνες φωτός, και ανεπιθύμητες συχνότητες θα είχαν αφαιρέσει το φίλτρο, καθιστώντας δύσκολο να προσδιοριστεί ποια ακριβώς μήκη κύματος απενεργοποιούν κάθε μικροοργανισμό.

Οι μικροβιολόγοι και οι μηχανικοί ήθελαν μια καθαρότερη, πιο ελεγχόμενη πηγή για το υπεριώδες φως. Έτσι, κάλεσαν το NIST να βοηθήσει.

Η NIST ανέπτυξε, δημιούργησε και χρησιμοποίησε ένα σύστημα για την παροχή μιας καλά ελεγχόμενης δέσμης UV σε κάθε δείγμα μικροοργανισμών που δοκιμάστηκαν. Η εγκατάσταση περιελάμβανε την τοποθέτηση του εν λόγω δείγματος - ένα τρυβλίο Petri γεμάτο με νερό με μια συγκεκριμένη συγκέντρωση ενός από τα δείγματα - σε ένα ελαφρύ περίβλημα.

Αυτό που κάνει αυτό το πείραμα μοναδικό είναι ότι η NIST σχεδίασε την υπεριώδη ακτίνα ώστε να παραδίδεται με συντονιζόμενο λέιζερ." Tunable" σημαίνει ότι μπορεί να παράγει δέσμη φωτός με εξαιρετικά στενό εύρος ζώνης - μικρότερο από ένα μόνο νανόμετρο - σε μεγάλο εύρος μήκους κύματος, στην περίπτωση αυτή από 210 nm έως 300 nm. Το λέιζερ ήταν επίσης φορητό, επιτρέποντας στους επιστήμονες να το φέρουν στο εργαστήριο όπου διεξήχθη η εργασία. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης έναν ανιχνευτή υπερύθρων βαθμονομημένο με NIST για να μετρήσουν το φως που χτυπάει το τρυβλίο Petri πριν και μετά από κάθε μέτρηση, για να βεβαιωθούν ότι πραγματικά ήξεραν πόσο φως έπληττε κάθε δείγμα.

Υπήρχαν πολλές προκλήσεις για να λειτουργήσει το σύστημα. Οι ερευνητές μετέφεραν το υπεριώδες φως στο τρυβλίο Petri με μια σειρά καθρεφτών. Ωστόσο, διαφορετικά μήκη κύματος υπεριώδους ακτινοβολίας απαιτούν διαφορετικά ανακλαστικά υλικά, οπότε οι ερευνητές του NIST έπρεπε να σχεδιάσουν ένα σύστημα που χρησιμοποιούσε καθρέφτες με διάφορες ανακλαστικές επικαλύψεις που θα μπορούσαν να ανταλλάξουν μεταξύ δοκιμών. Έπρεπε επίσης να προμηθευτούν ένα διαχύτη φωτός για να πάρουν τη δέσμη λέιζερ - η οποία έχει μεγαλύτερη ένταση στο κέντρο - και την απλώσουν έτσι ώστε να ήταν ομοιόμορφη σε ολόκληρο το δείγμα νερού.

Το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια σειρά γραφημάτων που έδειξαν πώς διαφορετικά μικρόβια ανταποκρίθηκαν στο φως UV με διαφορετικά μήκη κύματος - τα πρώτα δεδομένα για ορισμένα από τα μικρόβια - με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό, τι μετρήθηκε ποτέ πριν. Και η ομάδα βρήκε κάποια απροσδόκητα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, οι ιοί εμφάνισαν αυξημένη ευαισθησία καθώς τα μήκη κύματος μειώθηκαν κάτω από 240 nm. Αλλά για άλλα παθογόνα όπως το Giardia, η ευαισθησία στην υπεριώδη ακτινοβολία ήταν περίπου η ίδια ακόμη και όταν τα μήκη κύματος μειώθηκαν.

& «Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έχουν χρησιμοποιηθεί αρκετά συχνά από εταιρείες παροχής νερού, ρυθμιστικούς φορείς και άλλους στο υπεριώδες πεδίο που εργάζονται απευθείας στο νερό - και επίσης στον αέρα - απολύμανση,&είπε η CU Boulder περιβαλλοντική μηχανική Sara Beck, πρώτη συγγραφέας σε τρία χαρτιά που παράγονται από αυτό το έργο του 2012.&«Η κατανόηση των μήκους κύματος του φωτός απενεργοποιεί διαφορετικά παθογόνα μπορεί να κάνει τις πρακτικές απολύμανσης πιο ακριβείς και αποτελεσματικές, &». είπε.

I, Ρομπότ UV

Το ίδιο σύστημα που σχεδίασε η NIST για την παροχή ελεγχόμενης, στενής ζώνης υπεριώδους φωτός σε δείγματα νερού μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για μελλοντικά πειράματα με άλλες πιθανές εφαρμογές.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές ελπίζουν να διερευνήσουν πόσο καλά το φως UV σκοτώνει τα μικρόβια σε στερεές επιφάνειες, όπως αυτά που βρίσκονται στα δωμάτια του νοσοκομείου, ακόμη και τα μικρόβια που αιωρούνται στον αέρα. Σε μια προσπάθεια να μειωθούν οι νοσοκομειακές λοιμώξεις, ορισμένα ιατρικά κέντρα εκτοξεύουν δωμάτια με μια αποστειρωτική δέσμη υπεριώδους ακτινοβολίας που μεταφέρεται από ρομπότ.

Ωστόσο, δεν υπάρχουν ακόμη πραγματικά πρότυπα για τη χρήση αυτών των ρομπότ, ανέφεραν οι ερευνητές, οπότε παρόλο που μπορούν να είναι αποτελεσματικά, είναι δύσκολο να γνωρίζουμε πόσο αποτελεσματικά ή να συγκρίνουμε τα πλεονεκτήματα των διαφορετικών μοντέλων.

& quot; Για συσκευές που ακτινοβολούν επιφάνειες, υπάρχουν πολλές μεταβλητές. Πώς ξέρετε ότι&# 39 λειτουργούν;" Ο Λάρισον είπε. Ένα σύστημα όπως το NIST&# 39 θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για την ανάπτυξη ενός τυπικού τρόπου δοκιμής διαφορετικών μοντέλων bot απολύμανσης.

Ένα άλλο πιθανό έργο θα μπορούσε να εξετάσει την επίδραση του ηλιακού φωτός στο νέο coronavirus, τόσο στον αέρα όσο και στις επιφάνειες, δήλωσε ο Larason. Και οι αρχικοί συνεργάτες είπαν ότι ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν το σύστημα λέιζερ για μελλοντικά έργα που σχετίζονται με την απολύμανση νερού.

& «Η ευαισθησία των μικροοργανισμών και των ιών σε διαφορετικά μήκη κύματος UV εξακολουθεί να σχετίζεται πολύ με τις τρέχουσες πρακτικές απολύμανσης νερού και αέρα, &». Ο Beck είπε,&", δεδομένης ιδίως της ανάπτυξης νέων τεχνολογιών καθώς και νέων προκλήσεων απολύμανσης, όπως αυτές που σχετίζονται με το COVID-19 και τις νοσοκομειακές λοιμώξεις."

Πηγή ιστορίας:

Υλικάπαρέχεται απόΕθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST). Πρωτότυπο γραμμένο από την Jennifer Lauren Lee. Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.