Medtem ko čakajo na popoln dostop do svojih laboratorijev zaradi omejitev COVID-19, so znanstveniki z Nacionalnega inštituta za standarde in tehnologijo (NIST) ob tej redki priložnosti poročali o tehničnih podrobnostih pionirskih raziskav, ki so jih opravili na področju razkuževanja pitne vode z ultravijoličnimi žarki ( UV) svetloba.
Leta 2012 so znanstveniki NIST in njihovi sodelavci objavili več člankov o nekaterih temeljnih ugotovitvah, ki bi lahko koristile vodovodnim podjetjem. Toda ti članki nikoli niso v celoti pojasnili nastavitve obsevanja, ki je omogočila delo.
Zdaj raziskovalci NIST prvič objavljajo tehnične podrobnosti edinstvenega eksperimenta, ki se je oprl na prenosni laser, da bi preizkusil, kako dobro različne valovne dolžine UV svetlobe inaktivirajo različne mikroorganizme v vodi. Delo je danes objavljeno v Review of Scientific Instruments (RSI).
& quot;' že leta želimo to formalno zapisati," je dejal Tom Larason, NIST'" Zdaj imamo čas, da svetu povemo o tem."
Nujnost objave celotnega opisa sistema NIST je, da raziskovalci predvidevajo uporabo te UV nastavitve za nove poskuse, ki presegajo preučevanje pitne vode in razkuževanje trdnih površin in zraka. Potencialne aplikacije bi lahko vključevale boljšo UV dezinfekcijo bolnišničnih sob in celo študije o tem, kako sončna svetloba inaktivira koronavirus, odgovoren za COVID-19.
& quot; Kolikor vem, tega dela ni nihče podvojil, vsaj ne za biološke raziskave," Je rekel Larason." Zato' zato želimo zdaj ta dokument spraviti ven."
Dovolj za pijačo
Ultravijolična svetloba ima valovne dolžine, ki so prekratke, da bi jih videlo človeško oko. UV se giblje od približno 100 nanometrov (nm) do 400 nm, medtem ko lahko ljudje vidijo mavrično barvo od vijolične (približno 400 nm) do rdeče (približno 750 nm).
Eden od načinov za razkuževanje pitne vode je obsevanje z UV svetlobo, ki razgrajuje škodljive mikroorganizme' DNA in sorodne molekule.
V času prvotne študije je večina sistemov za obsevanje vode uporabljala UV žarnico, ki je oddajala večino UV svetlobe v eni valovni dolžini, 254 nm. Vendar pa so vodovodna podjetja že leta izkazovala vse večje zanimanje za drugačno vrsto dezinfekcijske svetilke, ki je bila" polikromatska," kar pomeni, da je oddajal UV svetlobo na več različnih valovnih dolžinah. Toda učinkovitost novih svetilk ni bila dobro opredeljena, je dejal Karl Linden, okoljski inženir univerze v Coloradu Boulder (CU Boulder), ki je bil glavni preiskovalec v študiji iz leta 2012.
& quot; Sredi 2000-ih smo odkrili, da so polikromatski UV viri učinkovitejši za inaktivacijo virusov - zlasti zato, ker so te žarnice proizvajale UV svetlobo pri nizkih valovnih dolžinah, pod 230 nm," Je rekla Linden." A težko je bilo količinsko določiti, kako učinkovitejši in kakšni so bili mehanizmi te učinkovitosti."
Leta 2012 se je skupina mikrobiologov in okoljskih inženirjev, ki jo je vodil CU Boulder, zanimala za povečanje baze znanja, ki so jo imela vodovodna podjetja o UV dezinfekciji. S financiranjem neprofitne organizacije Water Research Foundation so znanstveniki želeli metodično preizkusiti, kako občutljive so bile nekatere mikrobe na različne valovne dolžine UV svetlobe.
Običajno bi bil vir svetlobe za te poskuse žarnica, ki ustvarja širok razpon UV valovnih dolžin. Da bi čim bolj zožili frekvenčni pas, so raziskovalci' načrt je bil, da se skozi filtre zasije svetloba. Toda to bi še vedno ustvarilo razmeroma široke 10-nm svetlobne pasove, neželene frekvence pa bi krvavile skozi filter, zaradi česar bi bilo težko natančno določiti, katere valovne dolžine inaktivirajo vsak mikroorganizem.
Mikrobiologi in inženirji so želeli čistejši in bolj nadzorovan vir za UV svetlobo. Tako so na pomoč poklicali NIST.
NIST je razvil, zgradil in upravljal sistem za dovajanje dobro nadzorovanega UV žarka na vsak vzorec preskušanih mikroorganizmov. Namestitev je vključevala dajanje zadevnega vzorca - petrijevke, napolnjene z vodo z določeno koncentracijo enega od osebkov - v nepropustno ohišje.
Ta eksperiment je edinstven v tem, da je NIST zasnoval UV-žarke, ki jih oddaja nastavljiv laser." Nastavljiv" pomeni, da lahko ustvari snop svetlobe z izjemno ozko pasovno širino - manjšo od enega nanometra - v širokem razponu valovnih dolžin, v tem primeru od 210 nm do 300 nm. Laser je bil tudi prenosljiv, kar je znanstvenikom omogočilo, da so ga odnesli v laboratorij, kjer je potekalo delo. Raziskovalci so z NIST-umerjenim UV detektorjem izmerili tudi svetlobo, ki prizadene petrijevko, pred in po vsaki meritvi, da bi se prepričali, ali res vedo, koliko svetlobe prizadene posamezen vzorec.
Veliko je bilo izzivov, da je sistem začel delovati. Raziskovalci so UV-svetlobo prepeljali do petrijevke z vrsto ogledal. Vendar različne UV-valovne dolžine zahtevajo različne odsevne materiale, zato so morali raziskovalci NIST-a oblikovati sistem, ki je uporabljal ogledala z različnimi odsevnimi prevlekami, ki so jih lahko zamenjali med preizkusi. Prav tako so morali nabaviti difuzor svetlobe, da so laserski žarek - ki ima v središču večjo intenzivnost - razširili, tako da je bil enakomeren po celotnem vzorcu vode.
Končni rezultat je bila vrsta grafov, ki so pokazali, kako se različni mikrobi odzivajo na UV svetlobo različnih valovnih dolžin - prvi podatki za nekatere mikrobe - z večjo natančnostjo kot kadar koli prej. In ekipa je našla nekaj nepričakovanih rezultatov. Na primer, virusi so pokazali povečano občutljivost, ko so se valovne dolžine zmanjšale pod 240 nm. Toda pri drugih patogenih organizmih, kot je Giardia, je bila občutljivost na UV-žarke približno enaka, čeprav so se valovne dolžine zmanjšale.
& quot; Rezultati te študije so dokaj pogosto uporabljala vodovodna podjetja, regulativne agencije in drugi na področju UV, ki delajo neposredno na razkuževanju vode - in tudi razkuževanju zraka," je dejala okoljska inženirka CU Boulder Sara Beck, prva avtorica treh prispevkov iz tega dela iz leta 2012." Razumevanje, katere valovne dolžine svetlobe inaktivirajo različne patogene, lahko naredi razkuževanje natančnejše in učinkovitejše," je rekla.
Jaz, UV robot
Isti sistem, ki ga je NIST zasnoval za dovajanje nadzorovanega, ozkega pasu UV svetlobe do vzorcev vode, se lahko uporablja tudi za prihodnje poskuse z drugimi potencialnimi aplikacijami.
Na primer, raziskovalci upajo, da bodo raziskali, kako dobro UV svetloba ubija klice na trdnih površinah, kakršne najdemo v bolnišničnih sobah, in celo klice, obešene v zraku. Da bi zmanjšali okužbe, pridobljene v bolnišnici, so nekateri zdravstveni centri razstrelili prostore s sterilizirajočim žarkom UV sevanja, ki ga prenašajo roboti.
Vendar pa še ni pravih standardov za uporabo teh robotov, so dejali raziskovalci, zato je, čeprav so lahko učinkoviti, težko&# 39 vedeti, kako učinkoviti ali primerjati prednosti različnih modelov.
& quot; Za naprave, ki obsevajo površine, obstaja veliko spremenljivk. Kako veste, da' delajo?" Je rekel Larason. Sistem, kot je NIST' s, bi lahko bil koristen za razvoj standardnega načina testiranja različnih modelov razkuževalnih botov.
Še en potencialni projekt bi lahko preučil učinek sončne svetlobe na novi koronavirus, tako v zraku kot na površinah, je dejal Larason. Prvotni sodelavci so rekli, da upajo, da bodo laserski sistem uporabili za prihodnje projekte, povezane z dezinfekcijo vode.
& quot; Občutljivost mikroorganizmov in virusov na različne valovne dolžine UV je še vedno zelo pomembna za sedanje prakse razkuževanja vode in zraka," Beck je dejal," še posebej glede na razvoj novih tehnologij in novih dezinfekcijskih izzivov, na primer tistih, povezanih s COVID-19 in bolnišničnimi okužbami."
Vir zgodbe:
Materialiki jih zagotavljaNacionalni inštitut za standarde in tehnologijo (NIST). Izvirnik napisala Jennifer Lauren Lee. Opomba: Vsebino lahko urejate glede na slog in dolžino.
