Laukdami visiškos prieigos prie savo laboratorijų dėl COVID-19 apribojimų, Nacionalinio standartų ir technologijos instituto (NIST) mokslininkai pasinaudojo šia reta proga pranešti apie novatoriškų tyrimų, atliktų geriamojo vandens dezinfekcijai naudojant ultravioletinius spindulius, technines detales ( UV) šviesa.
Dar 2012 m. NIST mokslininkai ir jų bendradarbiai paskelbė keletą straipsnių apie kai kurias esmines išvadas, galinčias turėti naudos vandens komunalinių paslaugų įmonėms. Tačiau šie straipsniai niekada iki galo nepaaiškino apšvitinimo nustatymo, kuris leido dirbti.
Dabar NIST tyrėjai pirmą kartą skelbia technines unikalaus eksperimento detales, kurios, remdamosi nešiojamuoju lazeriu, išbandė, kaip skirtingi UV šviesos bangos ilgiai inaktyvino skirtingus mikroorganizmus vandenyje. Šis darbas šiandien rodomas „Mokslinių instrumentų apžvalgoje“ (RSI).
Reikėtų skubiai paskelbti išsamų NIST sistemos aprašą, kad mokslininkai numato naudoti šią UV sąranką naujiems eksperimentams, kurie apima ne tik geriamojo vandens tyrimus, bet ir kietų paviršių bei oro dezinfekavimą. Galimos taikymo sritys gali būti geresnė ligoninių patalpų dezinfekcija UV spinduliais ir netgi tyrimai, kaip saulės spinduliai inaktyvina koronavirusą, atsakingą už COVID-19.
& quot; Kiek žinau, niekas šio darbo nedubliavo, bent jau ne biologiniams tyrimams," - pasakė Larasonas." Štai kodėl' todėl mes norime išleisti šį dokumentą dabar."
Pakanka gerti
Ultravioletinės šviesos bangos ilgiai yra per trumpi, kad žmogaus akis matytų. UV svyruoja nuo maždaug 100 nanometrų (nm) iki 400 nm, tuo tarpu žmonės gali pamatyti spalvų vaivorykštę nuo violetinės (apie 400 nm) iki raudonos (apie 750 nm).
Vienas iš būdų dezinfekuoti geriamąjį vandenį yra jo apšvitinimas UV spinduliais, kurie skaido kenksmingus mikroorganizmus' DNR ir susijusios molekulės.
Pradinio tyrimo metu daugumoje vandens švitinimo sistemų buvo naudojama UV lempa, skleidžianti didžiąją dalį savo UV šviesos per vieną bangos ilgį - 254 nm. Daugelį metų vandens komunalinių paslaugų įmonės vis labiau domėjosi kitokio tipo dezinfekavimo lempomis, kurios buvo &; polichromatinės, &. tai reiškia, kad jis skleidė UV šviesą keliais skirtingais bangos ilgiais. Tačiau naujų lempų efektyvumas nebuvo tiksliai apibrėžtas, sakė Karlo Lindenas, Kolorado Boulderio universiteto (CU Boulder) aplinkos inžinierius, kuris buvo pagrindinis 2012 m. Tyrimo tyrėjas.
2012 m. CU Boulderio vadovaujama mikrobiologų ir aplinkos inžinierių grupė buvo suinteresuota papildyti vandens komunalinių paslaugų bendrovių žinių bazę apie UV dezinfekciją. Už ne pelno organizacijos Vandens tyrimų fondo finansavimą mokslininkai siekė metodiškai išbandyti, kaip įvairūs mikrobai buvo jautrūs skirtingiems UV spindulių bangos ilgiams.
Paprastai šių eksperimentų šviesos šaltinis būtų lempa, generuojanti platų UV bangos ilgių diapazoną. Norėdami kuo labiau susiaurinti dažnių juostą, tyrėjai' planas buvo apšviesti šviesą per filtrus. Bet tai vis tiek būtų sukūrę santykinai plačias 10 nm šviesos juostas, o nepageidaujami dažniai būtų prasiskverbę pro filtrą, todėl būtų sunku tiksliai nustatyti, kurie bangos ilgiai inaktyvina kiekvieną mikroorganizmą.
Mikrobiologai ir inžinieriai norėjo švaresnio, labiau valdomo UV spindulių šaltinio. Taigi, jie pasikvietė NIST į pagalbą.
NIST sukūrė, pastatė ir valdė sistemą, kuri kiekvienam bandomam mikroorganizmų mėginiui skleidė gerai valdomą UV spindulį. Įrengimas sudarė aptariamą mėginį - Petri lėkštelę, pripildytą vandens su tam tikra vieno mėginio koncentracija, į šviesą nepraleidžiantį gaubtą.
Šis eksperimentas yra unikalus tuo, kad NIST suprojektavo UV spindulį, kurį skleidžia derinamas lazeris." Derinamas" reiškia, kad jis gali gaminti ypač siaurą pralaidumo šviesos pluoštą - mažesnį nei vienas nanometras - plačiame bangos ilgyje, šiuo atveju nuo 210 nm iki 300 nm. Lazeris taip pat buvo nešiojamas, leido mokslininkams jį atnešti į laboratoriją, kurioje buvo atliekamas darbas. Tyrėjai taip pat naudojo NIST kalibruotą UV detektorių, kad matuotų šviesą, patekusią į Petri lėkštelę prieš ir po kiekvieno matavimo, kad įsitikintų, jog jie tikrai žino, kiek šviesos pataiko į kiekvieną mėginį.
Kad sistema veiktų, kilo daug iššūkių. Tyrėjai ultravioletinius spindulius pernešė į Petri lėkštelę su daugybe veidrodžių. Tačiau skirtingiems UV bangos ilgiams reikia skirtingų atspindinčių medžiagų, todėl NIST tyrinėtojai turėjo sukurti sistemą, kurioje būtų naudojami veidrodžiai su įvairiomis atspindinčiomis dangomis, kuriuos jie galėtų pakeisti tarp bandymų. Jie taip pat turėjo įsigyti šviesos difuzorių, kad paimtų lazerio spindulį, kurio intensyvumas centre didesnis, ir išsklaidė jį taip, kad jis būtų tolygus visame vandens mėginyje.
Galutinis rezultatas buvo grafikų serija, parodžiusi, kaip skirtingi mikrobai reaguoja į skirtingo bangos ilgio UV šviesą - pirmieji kai kurių mikrobų duomenys - didesniu tikslumu nei kada nors anksčiau. Komanda rado netikėtų rezultatų. Pavyzdžiui, virusų jautrumas padidėjo, nes bangos ilgis sumažėjo žemiau 240 nm. Tačiau kitų patogenų, tokių kaip Giardia, jautrumas UV spinduliams buvo maždaug toks pats, net kai bangos ilgiai mažėjo.
& quot; Šio tyrimo rezultatus gana dažnai naudojo vandens komunalinių paslaugų įmonės, reguliavimo agentūros ir kiti ultravioletinių spindulių srityje, tiesiogiai dirbantys su vandens ir oro dezinfekcija, &; sakė CU „Boulder“ aplinkos inžinierė Sara Beck, pirmoji trijų darbų, parengtų iš šio 2012 m., autorė." Suprasti, kurie šviesos bangos ilgiai inaktyvina skirtingus patogenus, gali dezinfekavimo metodus padaryti tikslesnius ir efektyvesnius," Ji pasakė.
Aš, UV robotas
Ta pati sistema, kurią NIST sukūrė kontroliuojamai, siaurai UV spindulių juostai tiekti į vandens mėginius, taip pat gali būti naudojama būsimiems eksperimentams su kitomis galimomis programomis.
Pavyzdžiui, mokslininkai tikisi ištirti, kaip gerai UV šviesa naikina mikrobus ant kietų paviršių, pavyzdžiui, tuos, kurie randami ligoninės kambariuose, ir netgi ore pakibusius mikrobus. Siekdami sumažinti ligoninėse įgytas infekcijas, kai kurie medicinos centrai sprogdino patalpas sterilizuojančia ultravioletinių spindulių pluoštu, kurį pernešė robotai.
Tačiau mokslininkų teigimu, kol kas nėra jokių realių šių robotų naudojimo standartų, todėl, nors jie ir gali būti efektyvūs, sunku žinoti, koks jų efektyvumas, arba palyginti skirtingų modelių stipriąsias puses.
& quot; Įtaisams, kurie švitina paviršius, yra daugybė kintamųjų. Iš kur žinai, kad jie dirba [39]?" - pasakė Larasonas. Tokia sistema kaip NIST' s gali būti naudinga kuriant standartinį būdą išbandyti skirtingus dezinfekcijos robotų modelius.
Kitas galimas projektas galėtų ištirti saulės spindulių poveikį naujam koronavirusui tiek ore, tiek paviršiuose, sakė Larasonas. Originalūs bendradarbiai sakė, kad tikisi naudoti lazerinę sistemą būsimiems projektams, susijusiems su vandens dezinfekcija.
& quot; Mikroorganizmų ir virusų jautrumas skirtingiems UV bangos ilgiams vis dar yra labai svarbus dabartinei vandens ir oro dezinfekavimo praktikai," Beckas sakė &, ypač atsižvelgiant į naujų technologijų plėtrą, taip pat į naujus dezinfekcijos iššūkius, pavyzdžiui, susijusius su COVID-19 ir ligoninėse gautomis infekcijomis."
