Vedci z Národného ústavu pre normy a technológie (NIST), zatiaľ čo čakali na úplný prístup do svojich laboratórií kvôli obmedzeniam COVID-19, využili túto vzácnu príležitosť na nahlásenie technických podrobností priekopníckeho výskumu, ktorý uskutočnili v oblasti dezinfekcie pitnej vody pomocou ultrafialového žiarenia ( UV) svetlo.
V roku 2012 publikovali vedci NIST a ich spolupracovníci niekoľko článkov o niektorých základných zisteniach s potenciálnym prínosom pre spoločnosti zaoberajúce sa vodárenskými službami. Ale tieto články nikdy úplne nevysvetlili nastavenie ožarovania, ktoré umožnilo prácu.
Vedci NIST teraz po prvý raz zverejňujú technické podrobnosti jedinečného experimentu, ktorý sa opieral o prenosný laser, ktorý testoval, ako dobre rôzne vlnové dĺžky UV svetla inaktivovali rôzne mikroorganizmy vo vode. Dielo sa dnes objavuje v Revízii vedeckých prístrojov (RSI).
& quot; My' sme to chceli formálne napísať už roky," povedal NIST' Tom Larason." Teraz máme čas povedať o tom svetu."
Naliehavou povinnosťou zverejnenia úplného opisu systému NIST je, že vedci predpokladajú použitie tohto nastavenia UV pre nové experimenty, ktoré idú nad rámec štúdia pitnej vody a dezinfekcie pevných povrchov a vzduchu. Medzi potenciálne aplikácie patrí lepšia dezinfekcia nemocničných miestností ultrafialovým žiarením a dokonca aj štúdie o tom, ako slnečné žiarenie inaktivuje koronavírus zodpovedný za COVID-19.
"Pokiaľ viem, nikto túto prácu nezdvojoval, aspoň pokiaľ ide o biologický výskum, &"; Povedal Larason." Z tohto dôvodu&# 39 chceme teraz dostať tento príspevok."
Dobré dosť na pitie
Ultrafialové svetlo má vlnové dĺžky, ktoré sú pre ľudské oko príliš krátke. UV sa pohybuje od asi 100 nanometrov (nm) do 400 nm, zatiaľ čo ľudia môžu vidieť dúhovú farbu od fialovej (asi 400 nm) po červenú (asi 750 nm).
Jedným zo spôsobov dezinfekcie pitnej vody je ožarovanie UV svetlom, ktoré rozkladá škodlivé mikroorganizmy' DNA a príbuzné molekuly.
V čase pôvodnej štúdie väčšina systémov na ožarovanie vodou používala UV lampu, ktorá emitovala väčšinu svojho UV svetla pri jednej vlnovej dĺžke 254 nm. Po celé roky však vodárenské spoločnosti prejavovali čoraz väčší záujem o iný typ dezinfekčných žiaroviek, ktorý bol&„; polychromatický; &“; čo znamená, že emitovalo UV svetlo na viacerých rôznych vlnových dĺžkach. Účinnosť nových žiaroviek však nebola presne definovaná, uviedol Karl Linden, environmentálny inžinier z University of Colorado Boulder (CU Boulder), ktorý bol hlavným výskumníkom štúdie z roku 2012.
& „V polovici 2000-tych rokov sme zistili, že polychromatické zdroje UV žiarenia boli účinnejšie pri inaktivácii vírusov - konkrétne preto, že tieto žiarovky produkovali UV svetlo pri nízkych vlnových dĺžkach pod 230 nm, &“; Povedala Linden." Bolo však ťažké kvantifikovať, o koľko sú efektívnejšie a aké sú mechanizmy tejto účinnosti."
V roku 2012 mala skupina mikrobiológov a inžinierov v oblasti životného prostredia pod vedením UK Boulder záujem rozšíriť vedomostnú základňu, ktorú mali vodárenské spoločnosti o UV dezinfekcii. Vedci za pomoci neziskovej organizácie Water Research Foundation hľadali metodické testovanie citlivosti rôznych mikróbov na rôzne vlnové dĺžky UV žiarenia.
Normálnym zdrojom svetla pre tieto experimenty by bola žiarovka, ktorá generuje široké spektrum UV vlnových dĺžok. Na čo najväčšie zúženie pásma frekvencií výskumníci' plán bol presvitať svetlo cez filtre. To by však stále vyprodukovalo pomerne široké 10-nm pásy svetla a nežiaduce frekvencie by prešli filtrom, čo by sťažilo presné určenie, ktoré vlnové dĺžky inaktivujú každý mikroorganizmus.
Mikrobiológovia a inžinieri požadovali čistejší a kontrolovateľnejší zdroj UV žiarenia. Požiadali teda NIST o pomoc.
Spoločnosť NIST vyvinula, vyrobila a prevádzkovala systém na dodávanie dobre kontrolovaného UV lúča na každú vzorku testovaných mikroorganizmov. Usporiadanie zahŕňalo vloženie príslušnej vzorky - Petriho misky naplnenej vodou s určitou koncentráciou jedného zo vzoriek - do svetlootesného krytu.
To, čo robí tento experiment jedinečným, je to, že NIST navrhol UV lúč tak, aby bol dodávaný laditeľným laserom.&"Laditeľný &"; znamená, že dokáže vyprodukovať lúč svetla s extrémne úzkou šírkou pásma - menšou ako jeden nanometer - v širokom rozsahu vlnových dĺžok, v tomto prípade od 210 nm do 300 nm. Laser bol tiež prenosný, čo umožňovalo vedcom priviesť ho do laboratória, kde sa práce vykonávali. Vedci tiež použili NIST kalibrovaný UV detektor na meranie svetla dopadajúceho na Petriho misku pred a po každom meraní, aby sa ubezpečili, že skutočne vedia, koľko svetla zasahuje každú vzorku.
Aby systém fungoval, bolo veľa výziev. Vedci preniesli UV svetlo na Petriho misku pomocou série zrkadiel. Rôzne vlnové dĺžky ultrafialového žiarenia však vyžadujú rôzne reflexné materiály, preto museli vedci z NIST navrhnúť systém, ktorý používal zrkadlá s rôznymi reflexnými vrstvami, ktoré si mohli medzi skúšobnými jazdami vymeniť. Museli tiež zaobstarať difúzor svetla, aby vzali laserový lúč - ktorý má v strede vyššiu intenzitu - a rozložili ho tak, aby bol rovnomerný po celej vzorke vody.
Konečným výsledkom bola séria grafov, ktoré ukazovali, ako rôzne choroboplodné zárodky reagovali na UV svetlo rôznych vlnových dĺžok - prvé údaje pre niektoré z mikróbov - s väčšou presnosťou, ako sa doteraz meralo. A tím zistil niekoľko neočakávaných výsledkov. Napríklad vírusy vykazovali zvýšenú citlivosť, pretože vlnové dĺžky klesali pod 240 nm. Ale pre iné patogény, ako je Giardia, bola citlivosť na UV žiarenie približne rovnaká, aj keď sa vlnové dĺžky znižovali.
& "; Výsledky tejto štúdie boli pomerne často využívané vodárenskými spoločnosťami, regulačnými agentúrami a ďalšími v oblasti UV, ktoré pracujú priamo na dezinfekcii vodou a tiež vzduchom &"; uviedla environmentálna inžinierka UK Boulder Sara Beck, prvá autorka troch prác vyrobených z tejto práce z roku 2012.&„Pochopenie, ktoré vlnové dĺžky svetla inaktivujú rôzne patogény, môžu zvýšiť presnosť a účinnosť dezinfekčných postupov, &“; povedala.
Ja, UV robot
Rovnaký systém, aký navrhla spoločnosť NIST na dodávanie kontrolovaného úzkeho pásma UV svetla do vzoriek vody, sa môže použiť aj pre budúce experimenty s inými potenciálnymi aplikáciami.
Vedci napríklad dúfajú, že preskúmajú, ako dobre UV svetlo ničí choroboplodné zárodky na pevných povrchoch, ako sú tie, ktoré sa nachádzajú v nemocničných izbách, a dokonca aj choroboplodné zárodky suspendované vo vzduchu. V snahe znížiť počet infekcií získaných v nemocnici niektoré lekárske strediská tryskali miestnosti sterilizujúcim lúčom UV žiarenia prenášaným robotmi.
Vedci však tvrdia, že zatiaľ neexistujú žiadne skutočné štandardy pre používanie týchto robotov, takže hoci môžu byť efektívne, je ťažké&# 39 vedieť, ako efektívne, alebo porovnať silné stránky rôznych modelov.
& quot; Pre zariadenia, ktoré ožarujú povrchy, existuje veľa premenných. Ako viete, že' pracujú?" Povedal Larason. Systém ako NIST' s by mohol byť užitočný na vývoj štandardného spôsobu testovania rôznych modelov dezinfekčných robotov.
Ďalší potenciálny projekt by mohol preskúmať vplyv slnečného žiarenia na nový koronavírus vo vzduchu aj na povrchoch, uviedol Larason. A pôvodní spolupracovníci uviedli, že dúfajú, že laserový systém použijú pre budúce projekty súvisiace s dezinfekciou vody.
& „Citlivosť mikroorganizmov a vírusov na rôzne vlnové dĺžky UV je stále veľmi dôležitá pre súčasné postupy dezinfekcie vody a vzduchu, &“; Beck uviedol:&„najmä vzhľadom na vývoj nových technológií a nové výzvy v oblasti dezinfekcie, ako sú napríklad problémy spojené s COVID-19 a infekciami získanými v nemocnici."
Zdroj príbehu:
MateriályposkytujeNárodný inštitút pre štandardy a technológie (NIST). Originál napísala Jennifer Lauren Lee. Poznámka: Obsah môže byť upravovaný vzhľadom na štýl a dĺžku.
