En nødvendighet for å publisere en fullstendig beskrivelse av NIST -systemet er at forskere ser for seg å bruke dette UV -oppsettet for nye eksperimenter som går utover studiet av drikkevann og til desinfeksjon av faste overflater og luft. De potensielle applikasjonene kan omfatte bedre UV-desinfeksjon av sykehusrom og til og med studier av hvordan sollys inaktiverer koronaviruset som er ansvarlig for COVID-19.
& quot; Så vidt jeg vet har ingen duplisert dette arbeidet, i hvert fall ikke for biologisk forskning," Sa Larason." Det er&derfor vi ønsker å få dette papiret ut nå."
God nok å drikke
Ultrafiolett lys har bølgelengder som er for korte til at det menneskelige øyet kan se. UV varierer fra omtrent 100 nanometer (nm) til 400 nm, mens mennesker kan se en regnbue med farge fra fiolett (ca. 400 nm) til rødt (ca. 750 nm).
En måte å desinfisere drikkevann på er å bestråle det med UV -lys, som bryter ned skadelige mikroorganismer' DNA og beslektede molekyler.
På tidspunktet for den opprinnelige studien brukte de fleste vannbestrålingssystemene en UV -lampe som avgav det meste av UV -lyset ved en enkelt bølgelengde, 254 nm. I mange år hadde imidlertid vannforsyningsselskaper vist økende interesse for en annen type desinfeksjonslampe som var &, polykromatisk," det betyr at det sendte ut UV -lys ved flere forskjellige bølgelengder. Men effektiviteten til de nye lampene var ikke godt definert, sa Karl Linden, miljøingeniør ved University of Colorado Boulder (CU Boulder) som var hovedforsker i 2012 -studien.
I 2012 var en gruppe mikrobiologer og miljøingeniører ledet av CU Boulder interessert i å legge til kunnskapsgrunnlaget som vannforsyningsselskaper hadde om UV -desinfeksjon. Med midler fra Water Research Foundation, en ideell organisasjon, ønsket forskerne metodisk å teste hvor følsomme forskjellige bakterier var for forskjellige bølgelengder av UV -lys.
Normalt ville lyskilden for disse forsøkene ha vært en lampe som genererer et bredt spekter av UV -bølgelengder. For å begrense frekvensbåndet så mye som mulig, forskerne' planen var å skinne lyset gjennom filtre. Men det ville fortsatt ha produsert relativt brede 10-nm lysbånd, og uønskede frekvenser ville ha blødd gjennom filteret, noe som gjorde det vanskelig å bestemme nøyaktig hvilke bølgelengder som inaktiverte hver mikroorganisme.
Mikrobiologene og ingeniørene ønsket en renere, mer kontrollerbar kilde for UV -lyset. Så de ba NIST om å hjelpe.
NIST utviklet, bygde og drev et system for å levere en godt kontrollert UV-stråle på hver prøve av mikroorganismer som testes. Oppsettet innebar å sette prøven det var snakk om-en petriskål fylt med vann med en viss konsentrasjon av et av prøvene-i et lys-tett kabinett.
Det som gjør dette eksperimentet unikt, er at NIST designet UV -strålen for å bli levert av en avstembar laser." Tunable" betyr at den kan produsere en lysstråle med en ekstremt smal båndbredde - mindre enn et enkelt nanometer - over et bredt spekter av bølgelengder, i dette tilfellet fra 210 nm til 300 nm. Laseren var også bærbar, slik at forskere kunne ta den med til laboratoriet der arbeidet ble utført. Forskere brukte også en NIST-kalibrert UV-detektor for å måle lyset som traff petriskålen før og etter hver måling, for å sikre at de virkelig visste hvor mye lys som rammet hver prøve.
Det var mange utfordringer for å få systemet til å fungere. Forskere førte UV -lyset til petriskålen med en rekke speil. Imidlertid krever forskjellige UV -bølgelengder forskjellige reflekterende materialer, så NIST -forskere måtte designe et system som brukte speil med forskjellige reflekterende belegg som de kunne bytte mellom testkjøringer. De måtte også anskaffe en lysdiffusor for å ta laserstrålen - som har en høyere intensitet i midten - og spre den ut slik at den var jevn over hele vannprøven.
Sluttresultatet var en serie grafer som viste hvordan forskjellige bakterier reagerte på UV -lys med forskjellige bølgelengder - de første dataene for noen av mikrober - med større presisjon enn noen gang målt før. Og teamet fant noen uventede resultater. For eksempel viste virusene økt følsomhet ettersom bølgelengder redusert under 240 nm. Men for andre patogener som Giardia var UV -følsomheten omtrent den samme selv som bølgelengdene ble lavere.
& quot; Resultatene fra denne studien har blitt brukt ganske ofte av vannleverandører, reguleringsbyråer og andre i UV -feltet som jobber direkte med vann - og også luft - desinfeksjon," sa CU Boulder miljøingeniør Sara Beck, første forfatter på tre artikler produsert fra dette arbeidet fra 2012." Forstå hvilke bølgelengder av lys som inaktiverer forskjellige patogener som kan gjøre desinfeksjonspraksis mer presis og effektiv," hun sa.
Jeg, UV -robot
Det samme systemet som NIST designet for å levere et kontrollert, smalt bånd av UV -lys til vannprøver, kan også brukes til fremtidige eksperimenter med andre potensielle applikasjoner.
For eksempel håper forskere å utforske hvor godt UV -lys dreper bakterier på faste overflater som de som finnes på sykehusrom, og til og med bakterier suspendert i luften. I et forsøk på å redusere sykehuservervede infeksjoner har noen medisinske sentre sprengt rom med en steriliserende stråle av UV-stråling båret inn av roboter.
Men det er ingen reelle standarder ennå for bruk av disse robotene, sa forskerne, så selv om de kan være effektive, er det&vanskelig å vite hvor effektivt, eller å sammenligne styrken til forskjellige modeller.
& quot; For enheter som bestråler overflater, er det mange variabler. Hvordan vet du at de&jobber?" Sa Larason. Et system som NIST&kan være nyttig for å utvikle en standard måte å teste forskjellige modeller av desinfeksjonsbots.
Et annet potensielt prosjekt kan undersøke effekten av sollys på det nye koronaviruset, både i luften og på overflater, sa Larason. Og de originale samarbeidspartnerne sa at de håper å kunne bruke lasersystemet til fremtidige prosjekter knyttet til desinfeksjon av vann.
& quot; Følsomheten til mikroorganismer og virus for forskjellige UV -bølgelengder er fortsatt veldig relevant for dagens vann- og luftdesinfeksjonspraksis," Beck sa," spesielt gitt utviklingen av ny teknologi så vel som nye desinfeksjonsutfordringer, for eksempel de som er forbundet med COVID-19 og sykehuservervede infeksjoner, for eksempel."
