Odotettaessa täydellistä pääsyä laboratorioihinsa COVID-19-rajoitusten takia, kansallisen standardointi- ja teknologiainstituutin (NIST) tutkijat ovat käyttäneet tätä harvinaista tilaisuutta raportoidakseen teknisen yksityiskohdan uraauurtavasta tutkimuksesta, joka koski juomaveden desinfiointia ultraviolettivalolla ( UV) valo.
Vuonna 2012 NIST-tutkijat ja heidän yhteistyökumppaninsa julkaisivat useita artikkeleita joistakin perustavaroista, joista voi olla hyötyä vesilaitosyrityksille. Mutta nämä artikkelit eivät koskaan selittäneet täysin säteilytysasetuksia, jotka mahdollistivat työn.
Nyt ensimmäistä kertaa NIST-tutkijat julkaisevat ainutlaatuisen kokeen tekniset yksityiskohdat, jotka tukeutuivat kannettavaan laseriin testatakseen kuinka hyvin UV-valon eri aallonpituudet inaktivoivat erilaisia mikro-organismeja vedessä. Teos ilmestyy tänäänReview of Scientific Instruments (RSI).
& quot; Olemme' halunneet kirjoittaa tämän virallisesti vuosien ajan," sanoi NIST' s Tom Larason." Nyt meillä on aikaa kertoa siitä maailmalle."
Yksi NIST-järjestelmän täydellisen kuvauksen julkaisemisen kiireellisyys on, että tutkijat kuvittelevat tämän UV-asetelman käyttämistä uusissa kokeissa, jotka ylittävät juomaveden tutkimuksen ja kiinteiden pintojen ja ilman desinfioinnin. Mahdollisia sovelluksia voivat olla sairaalahuoneiden parempi UV-desinfiointi ja jopa tutkimukset siitä, kuinka auringonvalo inaktivoi COVID-19: stä vastuussa olevan koronaviruksen.
& quot; Sikäli kuin tiedän, kukaan ei ole kopioinut tätä työtä, ainakaan biologista tutkimusta varten," Larason sanoi." Siksi' siksi haluamme saada tämän paperin nyt."
Tarpeeksi juotavaa
Ultraviolettivalon aallonpituudet ovat liian lyhyet ihmissilmälle nähdäkseen. UV vaihtelee noin 100 nanometristä (nm) 400 nm: iin, kun taas ihminen voi nähdä värisateen sateenkaaresta violetista (noin 400 nm) punaiseen (noin 750 nm).
Yksi tapa desinfioida juomavettä on säteilyttää sitä UV-valolla, joka hajottaa haitalliset mikro-organismit' DNA ja siihen liittyvät molekyylit.
Alkuperäisen tutkimuksen aikaan useimmissa vesisäteilytysjärjestelmissä käytettiin UV-lamppua, joka lähetti suurimman osan UV-valostaan yhdellä aallonpituudella, 254 nm. Vesiyhtiöt olivat kuitenkin vuosien ajan osoittaneet kasvavaa kiinnostusta erityyppiseen desinfiointilamppuun, joka oli &; monikromaattinen, &. mikä tarkoittaa, että se lähetti UV-valoa useilla eri aallonpituuksilla. Uusien lamppujen tehokkuutta ei kuitenkaan ollut määritelty hyvin, kertoi Colorado Boulderin yliopiston (CU Boulder) ympäristöinsinööri Karl Linden, joka oli vuoden 2012 tutkimuksen pää tutkija.
& "Huomasimme 2000-luvun puolivälissä, että polykromaattiset UV-lähteet olivat tehokkaampia virusten inaktivoinnissa - erityisesti siksi, että nämä lamput tuottivat UV-valoa matalilla aallonpituuksilla, alle 230 nm, &"; Linden sanoi.&lainasi; Mutta oli vaikea määrittää, kuinka paljon tehokkaampia ja mitkä mekanismit olivat."
Vuonna 2012 CU Boulderin johtama mikrobiologien ja ympäristöinsinöörien ryhmä oli kiinnostunut lisäämään tietoyhteiskuntaa, joka vesilaitosyrityksillä oli UV-desinfioinnista. Voittoa tavoittelemattoman järjestön Water Research Foundationin rahoituksella tutkijat pyrkivät testaamaan menetelmällisesti, kuinka herkkiä eri bakteerit olivat UV-valon eri aallonpituuksille.
Normaalisti näiden kokeiden valonlähde olisi ollut lamppu, joka tuottaa laajan valikoiman UV-aallonpituuksia. Jotta taajuusaluetta kavennettaisiin mahdollisimman paljon, tutkijat' suunnitelma oli valaista valo suodattimien läpi. Mutta se olisi silti tuottanut suhteellisen leveitä, 10 nm: n valonsäteitä, ja ei-toivotut taajuudet olisivat vuotaneet suodattimen läpi, mikä tekisi vaikeaksi määrittää tarkasti, mitkä aallonpituudet inaktivoivat kutakin mikro-organismia.
Mikrobiologit ja insinöörit halusivat puhtaamman, hallittavamman UV-valon lähteen. Joten he kutsuivat NIST: n auttamaan.
NIST kehitti, rakensi ja käytti järjestelmää toimittamaan hyvin hallittu UV-säde jokaiseen testattavaan mikro-organisminäytteeseen. Asennus käsitti kyseisen näytteen - vedellä täytetyn petrimaljan, jolla oli tietty näytteen pitoisuus, valonpitävään koteloon.
Tämän kokeen tekee ainutlaatuiseksi se, että NIST suunnitteli UV-säteen toimitettavaksi viritettävällä laserilla." Viritettävä" tarkoittaa, että se voi tuottaa valonsäteen, jolla on erittäin kapea kaistanleveys - alle yhden nanometrin - laajalla aallonpituusalueella, tässä tapauksessa välillä 210-300 nm. Laser oli myös kannettava, jolloin tutkijat voivat tuoda sen laboratorioon, jossa työtä tehtiin. Tutkijat käyttivät myös NIST-kalibroitua UV-detektoria mittaamaan petrimaljaan osuvaa valoa ennen jokaista mittausta ja sen jälkeen varmistaakseen, että he todella tiesivät kuinka paljon valoa osui kutakin näytettä.
Järjestelmän toimimiseksi oli paljon haasteita. Tutkijat kuljettivat UV-valon petri-astiaan peilien sarjalla. Eri UV-aallonpituudet vaativat kuitenkin erilaisia heijastavia materiaaleja, joten NIST-tutkijoiden oli suunniteltava järjestelmä, jossa käytettiin erilaisia heijastavia pinnoitteita sisältäviä peilejä, jotka he voisivat vaihtaa testiajojen välillä. Heidän oli myös hankittava valonhajotin lasersäteen ottamiseksi - jonka keskellä on suurempi voimakkuus - ja levittämällä se siten, että se oli tasainen koko vesinäytteen läpi.
Lopputuloksena saatiin sarja kaavioita, jotka osoittivat, kuinka eri bakteerit reagoivat eri aallonpituuksien UV-valoon - ensimmäiset tiedot joillekin mikrobeille - suuremmalla tarkkuudella kuin koskaan ennen mitattu. Ja joukkue löysi odottamattomia tuloksia. Esimerkiksi virusten herkkyys lisääntyi, kun aallonpituudet laskivat alle 240 nm: n. Mutta muiden patogeenien, kuten Giardian, UV-herkkyys oli suunnilleen sama, vaikka aallonpituudet laskivat.
& quot; Vesilaitosyritykset, sääntelyvirastot ja muut UV-alan yritykset, jotka työskentelevät suoraan veden - ja myös ilman - desinfioinnissa, ovat käyttäneet tämän tutkimuksen tuloksia melko usein, &. sanoi CU Boulder -ympäristöinsinööri Sara Beck, ensimmäinen kirjoittaja kolmelle tämän vuoden 2012 teoksesta tuotetulle paperille." Ymmärtäminen, mitkä valon aallonpituudet inaktivoivat erilaisia taudinaiheuttajia, voi tehdä desinfiointikäytännöistä tarkempia ja tehokkaampia," hän sanoi.
Minä, UV-robotti
Samaa järjestelmää, jonka NIST suunnitteli ohjatun, kapean UV-valon siirtämiseksi vesinäytteisiin, voidaan käyttää myös tulevissa kokeissa muiden mahdollisten sovellusten kanssa.
Tutkijat toivovat esimerkiksi tutkivan kuinka hyvin UV-valo tappaa bakteereita kiinteillä pinnoilla, kuten sairaalahuoneissa, ja jopa ilmassa suspendoituneita bakteereita. Joissakin terveyskeskuksissa on pyritty vähentämään sairaalasta saatuja infektioita räjäyttämällä huoneita steriloivalla UV-säteellä, jonka robotit kuljettavat sisään.
Mutta näiden robottien käytölle ei ole vielä todellisia standardeja, tutkijoiden mukaan, joten vaikka ne voivat olla tehokkaita, on vaikea tietää, kuinka tehokkaita, tai verrata eri mallien vahvuuksia.
& quot; Pintoja säteilyttäville laitteille on paljon muuttujia. Mistä tiedät, että he työskentelevät?" Larason sanoi. Järjestelmä, kuten NIST' s, voi olla hyödyllinen kehitettäessä tavanomainen tapa testata desinfiointirobottien eri malleja.
Toinen potentiaalinen projekti voisi tutkia auringonvalon vaikutusta uuteen koronavirukseen sekä ilmassa että pinnoilla, Larason sanoi. Alkuperäiset yhteistyökumppanit sanoivat toivovansa käyttävänsä laserjärjestelmää veden desinfiointiin liittyvissä tulevissa projekteissa.
& quot; Mikro-organismien ja virusten herkkyys erilaisille UV-aallonpituuksille on edelleen erittäin merkityksellinen nykyisissä veden ja ilman desinfiointikäytännöissä," Beck sanoi &, erityisesti kun otetaan huomioon uuden tekniikan kehitys sekä uudet desinfiointihaasteet, kuten esimerkiksi COVID-19: een ja sairaalasta saatuihin infektioihin liittyvät haasteet."
Tarinan lähde:
MateriaalittoimittamatKansallinen standardi- ja teknologiainstituutti (NIST). Alkuperäisen kirjoittaja Jennifer Lauren Lee Huomautus: Sisältöä voidaan muokata tyylin ja pituuden mukaan.
