Однією з нагальних потреб публікації повного опису системи NIST є те, що дослідники припускають використання цієї установки ультрафіолету для нових експериментів, які виходять за рамки вивчення питної води та дезінфекції твердих поверхонь і повітря. Потенційні застосування можуть включати кращу ультрафіолетову дезінфекцію лікарняних приміщень і навіть дослідження того, як сонячне світло інактивує коронавірус, відповідальний за COVID-19.
«Наскільки мені відомо, цю роботу ніхто не дублювував, принаймні, не для біологічних досліджень», - сказав Ларасон. Ось чому ми хочемо отримати цей документ зараз.
Досить добре пити
Ультрафіолетове світло має довжини хвиль, які занадто короткі для людського ока, щоб побачити. УФ коливається від близько 100 нанометрів (нм) до 400 нм, тоді як люди можуть бачити веселку кольору від фіолетового (близько 400 нм) до червоного (близько 750 нм).
Одним зі способів дезінфекції питної води є опромінення її ультрафіолетовим світлом, яке розщепшує ДНК шкідливих мікроорганізмів і пов'язаних з ними молекул.
На момент початкового дослідження більшість систем опромінення води використовували ультрафіолетову лампу, яка випромінював більшу частину свого ультрафіолетового світла на одній довжині хвилі, 254 нм. Протягом багатьох років, однак, водоканали проявили зростаючий інтерес до іншого типу лампи дезінфекції, яка була «поліхроматичною», тобто вона випромінювана ультрафіолетовим світлом на декількох різних довжинах хвиль. Але ефективність нових ламп була недостатньо визначена, сказав Карл Лінден, інженер з охорони навколишнього середовища Університету Колорадо Боулдер (CU Boulder), який був головним дослідником дослідження 2012 року.
У 2012 році група мікробіологів та інженерів-екологів на чолі з CU Boulder була зацікавлена у додаванні до бази знань, яку водоканали мали щодо дезінфекції ультрафіолетового випромінювання. За фінансування Фонду досліджень води, некомерційної організації, вчені шукали методично перевірити, наскільки чутливі різні мікроби до різних довжин хвиль ультрафіолетового світла.
Як правило, джерелом світла для цих експериментів була б лампа, яка генерує широкий спектр довжин ультрафіолетових хвиль. Щоб максимально звузити смугу частот, план дослідників по тому, щоб просвічувати світло через фільтри. Але це все ще виробляло б відносно широкі, 10-нм смуги світла, і небажані частоти б продунули через фільтр, що ускладнюло б визначення того, які довжини хвиль інактивують кожен мікроорганізм.
Мікробіологи та інженери хотіли більш чисте, більш піддається контролю джерело ультрафіолетового випромінювання. Так, вони закликали NIST допомогти.
NIST розробила, побудувала і експлуатувала систему для доставки добре керованого УФ-променя на кожен зразок мікроорганізмів, що тестуються. Налаштування передбачало розміщення зразка, про який йде мова, - блюдо Петрі, наповнене водою з певною концентрацією одного з зразків - у світло-щільний вольєр.
Що робить цей експеримент унікальним, так це те, що NIST розробив УФ-промінь, який буде поставлятися тунелем лазером. "Tunable" означає, що він може виробляти промінь світла з надзвичайно вузькою пропускною здатністю - менше одного нанометра - над широким діапазоном довжин хвиль, в цьому випадку від 210 нм до 300 нм. Лазер також був портативним, що дозволило вченим довести його до лабораторії, де велася робота. Дослідники також використовували відкалібрований УФ-детектор NIST для вимірювання світла, що потрапляє в тарілку Петрі до і після кожного вимірювання, щоб переконатися, що вони дійсно знали, скільки світла потрапляє в кожен зразок.
Було багато проблем, щоб змусити систему працювати. Дослідники переправили ультрафіолетове світло до страви Петрі з серією дзеркал. Однак різні довжини ультрафіолетових хвиль вимагають різних світловідбиваючих матеріалів, тому дослідникам NIST довелося розробити систему, яка використовувала дзеркала з різними світловідбиваючими покриттями, які вони могли б поміняти між тестовими пробігами. Їм також довелося закупити світловий дифузор, щоб взяти лазерний промінь, який має більш високу інтенсивність в центрі, і розкласти його так, щоб він був рівномірним по всьому зразку води.
Кінцевим результатом стала серія графіків, які показали, як різні мікроби реагували на ультрафіолетове світло різних довжин хвиль - перші дані для деяких мікробів - з більшою точністю, ніж будь-коли вимірювалися раніше. І команда знайшла якісь несподівані результати. Наприклад, віруси проявляли підвищену чутливість, оскільки довжина хвиль зменшилася нижче 240 нм. Але для інших патогенів, таких як Giardia, УФ-чутливість була приблизно такою ж, як і довжина хвилі.
«Результати цього дослідження досить часто використовуються водоканалами, регулюючими органами та іншими в УФ-сфері, що працюють безпосередньо на воді , а також в повітрі - дезінфекція», - сказала інженер з охорони навколишнього середовища CU Boulder Сара Бек, перший автор трьох робіт, вироблених з цієї роботи 2012 року. «Розуміння того, які довжини хвиль світла інактивують різні патогени, може зробити практику дезінфекції більш точною та ефективною», - сказала вона.
I, УФ-робот
Та ж система, що NIST призначена для доставки контрольованої, вузької смуги ультрафіолетового світла до зразків води, також може бути використана для майбутніх експериментів з іншими потенційними додатками.
Наприклад, дослідники сподіваються дослідити, наскільки добре ультрафіолетове світло вбиває мікроби на твердих поверхнях, таких як ті, що зустрічаються в лікарняних кабінетах, і навіть мікроби, підвішені в повітрі. Прагнучи зменшити інфекції, придбані в лікарнях, деякі медичні центри підривають приміщення стерилізуючим променем ультрафіолетового випромінювання, що здійснюється роботами.
Але реальних стандартів використання цих роботів поки немає, кажуть дослідники, тому, хоча вони можуть бути ефективними, важко знати, наскільки ефективно, або порівнювати сильні сторони різних моделей.
«Для приладів, які опромінюють поверхні, є багато змінних. Звідки ти знаєш, що вони працюють?" - сказав Ларасон. Система, подібна до NIST, може бути корисною для розробки стандартного способу тестування різних моделей дезінфікуючих ботів.
Інший потенційний проект може вивчити вплив сонячного світла на новий коронавірус, як в повітрі, так і на поверхнях, сказав Ларасон. А оригінальні співробітники заявили, що сподіваються використовувати лазерну систему для майбутніх проектів, пов'язаних з знезараженням води.
«Чутливість мікроорганізмів і вірусів до різних довжин ультрафіолетових хвиль все ще дуже актуальна для поточних практик знезараження води і повітря, - сказав Бек, - особливо з огляду на розвиток нових технологій, а також нові проблеми з дезінфекцією, такі як, наприклад, пов'язані з COVID-19 і інфекціями, придбаними в лікарнях».
