Dok čekaju puni pristup svojim laboratorijama zbog ograničenja COVID-19, naučnici Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) iskoristili su ovu rijetku priliku da prijave tehničke detalje pionirskih istraživanja koja su proveli na dezinfekciji vode za piće ultraljubičastim zrakom ( UV) svjetlost.
Još 2012. naučnici NIST-a i njihovi saradnici objavili su nekoliko radova o nekim temeljnim nalazima koji mogu imati koristi za vodovodna preduzeća. Ali ovi članci nikada nisu u potpunosti objasnili postavke ozračivanja koje su omogućile rad.
Sada po prvi put istraživači NIST-a objavljuju tehničke detalje jedinstvenog eksperimenta, koji se oslanjao na prenosni laser kako bi testirao koliko su različite talasne dužine UV svjetla inaktivirale različite mikroorganizme u vodi. Djelo se danas pojavljuje u Pregledu naučnih instrumenata (RSI).
Jedna od hitnosti za objavljivanje potpunog opisa NIST sistema je ta što istraživači predviđaju upotrebu ove UV postavke za nove eksperimente koji nadilaze proučavanje pitke vode i dezinfekciju čvrstih površina i vazduha. Potencijalne primjene mogu uključivati bolju UV dezinfekciju bolničkih soba, pa čak i studije o tome kako sunčeva svjetlost inaktivira koronavirus odgovoran za COVID-19.
& quot; Koliko znam, niko nije duplirao ovo djelo, barem ne za biološka istraživanja," Rekao je Larason." Zato' zato želimo sada izvaditi ovaj rad."
Dovoljno dobro za piće
Ultraljubičasto svjetlo ima talasne dužine koje su prekratke da bi ih ljudsko oko moglo vidjeti. UV se kreće od oko 100 nanometara (nm) do 400 nm, dok ljudi mogu vidjeti dugu boju od ljubičaste (oko 400 nm) do crvene (oko 750 nm).
Jedan od načina dezinfekcije vode za piće je zračenje UV svetlošću koja razgrađuje štetne mikroorganizme' DNA i srodni molekuli.
U vrijeme prvobitne studije, većina sistema za ozračivanje vode koristila je UV lampu koja je emitirala većinu svog UV svjetla na jednoj valnoj dužini, 254 nm. Međutim, godinama su vodovodna preduzeća pokazivala sve veći interes za drugačiju vrstu dezinfekcijske lampe koja je bila" polikromatska," što znači da je emitirao UV svjetlost na više različitih valnih duljina. Ali efikasnost novih lampi nije bila dobro definirana, rekao je Karl Linden, inženjer zaštite okoliša sa Univerziteta Colorado Boulder (CU Boulder), koji je bio glavni istražitelj u studiji 2012. godine.
U 2012. godini, grupa mikrobiologa i inženjera zaštite životne sredine predvođena CU Boulder bila je zainteresirana za dodavanje baze znanja koju su vodovodna preduzeća imala o UV dezinfekciji. Uz financiranje neprofitne organizacije Water Research Foundation, znanstvenici su pokušavali metodički testirati koliko su različite klice osjetljive na različite valne duljine UV svjetlosti.
Obično bi izvor svjetlosti za ove eksperimente bila svjetiljka koja generira širok raspon UV talasnih dužina. Da bi suzili opseg frekvencija što je više moguće, istraživači' plan je bio osvjetljavanje svjetlosti kroz filtere. Ali to bi i dalje stvorilo relativno široke, 10-nm opsege svjetlosti, a neželjene frekvencije procurile bi kroz filter, što bi otežavalo tačno utvrđivanje koje valne dužine deaktiviraju svaki mikroorganizam.
Mikrobiolozi i inženjeri željeli su čistiji, kontroliraniji izvor UV svjetla. Dakle, pozvali su NIST da pomogne.
NIST je razvio, izgradio i upravljao sistemom za isporuku dobro kontrolisanog UV zraka na svaki uzorak mikroorganizama koji se ispituju. Postavljanje je uključivalo stavljanje predmetnog uzorka - petrijevke napunjene vodom sa određenom koncentracijom jednog od uzoraka - u nepropusni prostor.
Ono što ovaj eksperiment čini jedinstvenim je to što je NIST dizajnirao UV zrak koji se isporučuje podesivim laserom." Podesivi" znači da može proizvesti snop svjetlosti sa izuzetno uskom širinom pojasa - manjom od jednog nanometra - u širokom rasponu talasnih dužina, u ovom slučaju od 210 nm do 300 nm. Laser je takođe bio prenosiv, omogućavajući naučnicima da ga odnesu u laboratoriju u kojoj se obavljao posao. Istraživači su takođe koristili UV detektor kalibriran NIST-om za mjerenje svjetlosti koja udara u petrijevku prije i nakon svakog mjerenja, kako bi bili sigurni da zaista znaju koliko svjetlosti pogađa svaki uzorak.
Bilo je puno izazova da se sistem pokrene. Istraživači su prebacili UV svjetlost na petrijevku sa nizom ogledala. Međutim, različite UV valne duljine zahtijevaju različite reflektirajuće materijale, pa su istraživači NIST-a morali dizajnirati sistem koji je koristio ogledala s različitim reflektirajućim premazima koje su mogli zamijeniti između probnih serija. Morali su nabaviti i difuzor svjetlosti da uzmu laserski zrak - koji ima veći intenzitet u centru - i raširi ga tako da bude jednolik po cijelom uzorku vode.
Krajnji rezultat bila je serija grafikona koji su pokazali kako su različite klice reagirale na UV svjetlost različitih talasnih dužina - prvi podaci za neke mikrobe - s većom preciznošću nego ikad prije izmjerenom. I tim je pronašao neke neočekivane rezultate. Na primjer, virusi su pokazivali povećanu osjetljivost kako su se talasne dužine smanjivale ispod 240 nm. Ali za druge patogene poput Giardia, UV osjetljivost bila je približno ista čak i kad su se valne duljine smanjivale.
& quot; Rezultati ove studije prilično su često koristile vodovodne kompanije, regulatorne agencije i drugi u UV području koji rade direktno na dezinfekciji vode - a takođe i na vazduhu," rekla je inženjerka zaštite okoliša CU Boulder Sara Beck, prva autorica tri rada proizvedena iz ovog rada iz 2012. godine." Razumijevanje koje talasne dužine svjetlosti inaktiviraju različite patogene može učiniti postupke dezinfekcije preciznijim i efikasnijim," ona je rekla.
Ja, UV robot
Isti sistem koji je NIST dizajnirao za isporuku kontroliranog, uskog pojasa UV svjetlosti do uzoraka vode, takođe se može koristiti za buduće eksperimente sa drugim potencijalnim aplikacijama.
Na primjer, istraživači se nadaju da će istražiti koliko dobro UV svjetlost ubija klice na čvrstim površinama poput onih koje se nalaze u bolničkim sobama, pa čak i klice suspendirane u zraku. U nastojanju da smanje infekcije stečene u bolnici, neki medicinski centri minirali su prostorije sterilističkim zrakom UV zračenja koje su prenosili roboti.
Ali još ne postoje stvarni standardi za upotrebu ovih robota, rekli su istraživači, pa iako oni mogu biti efikasni, teško je znati koliko su efikasni ili uporediti snage različitih modela.
& quot; Za uređaje koji zrače površine postoji puno varijabli. Kako znate da oni' rade?" Rekao je Larason. Sistem poput NIST' s mogao bi biti koristan za razvijanje standardnog načina za testiranje različitih modela dezinfekcionih botova.
Još jedan potencijalni projekat mogao bi ispitati učinak sunčeve svjetlosti na novi koronavirus, kako u zraku tako i na površinama, rekao je Larason. A prvobitni saradnici rekli su da se nadaju da će koristiti laserski sistem za buduće projekte vezane za dezinfekciju vode.
& quot; Osetljivost mikroorganizama i virusa na različite talasne dužine UV i dalje je veoma bitna za trenutne prakse dezinfekcije vode i vazduha," Beck je rekao, &, posebno s obzirom na razvoj novih tehnologija, kao i na nove izazove dezinfekcije, poput onih povezanih s COVID-19 i bolničkim infekcijama, na primjer."
