בעודם ממתינים לגישה מלאה למעבדותיהם עקב מגבלות COVID-19, מדענים במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST) ניצלו הזדמנות נדירה זו כדי לדווח על הפרטים הטכניים של מחקר חלוצי שערכו בנושא חיטוי מי שתייה באמצעות אולטרה סגול ( אור UV).
עוד בשנת 2012, פרסמו מדעני ה- NIST ומשתפי הפעולה שלהם כמה מאמרים על כמה ממצאים בסיסיים עם יתרונות פוטנציאליים לחברות שירותי מים. אך מאמרים אלה מעולם לא הסבירו באופן מלא את מערך ההקרנות שאיפשר את העבודה.
כעת, לראשונה, מפרסמים חוקרי NIST את הפרטים הטכניים של הניסוי הייחודי, שהסתמך על לייזר נייד כדי לבדוק עד כמה אורכי גל שונים של אור UV הפעילו מיקרואורגניזמים שונים במים. העבודה מופיעה היום בסקירת המכשירים המדעיים (RSI).
דחיפות אחת לפרסום תיאור מלא של מערכת ה- NIST היא שחוקרים מתארים להשתמש במערך UV זה לניסויים חדשים החורגים מחקר מי השתייה ולחיטוי משטחים מוצקים ואוויר. היישומים הפוטנציאליים יכולים לכלול חיטוי UV טוב יותר של חדרי בית החולים ואפילו מחקרים על אופן השבתת אור השמש של נגיף העטרה האחראי על COVID-19.
& quot; ככל הידוע לי, איש לא שכפל את העבודה הזו, לפחות לא למחקר ביולוגי," אמר לרסון." לכן&# 39, אנחנו רוצים להוציא את המאמר הזה עכשיו."
מספיק טוב לשתות
לאור אולטרה סגול יש אורכי גל קצרים מכדי שניתן יהיה לראות את העין האנושית. UV נע בין כ 100 ננומטר (ננומטר) ל -400 ננומטר, ואילו בני אדם יכולים לראות קשת צבע בין סגול (כ -400 ננומטר) לאדום (כ 750 ננומטר).
אחת הדרכים לחיטוי מי שתייה היא להקרין אותם באור UV, המפרק מיקרואורגניזמים מזיקים' DNA ומולקולות קשורות.
בזמן המחקר המקורי, מרבית מערכות הקרנת המים השתמשו במנורת UV שפלטה את מרבית אור ה- UV שלה באורך גל יחיד, 254 ננומטר. אולם במשך שנים גילו חברות שירותי מים עניין גובר בסוג אחר של מנורת חיטוי שהייתה" polychromatic," כלומר הוא פלט אור UV במספר אורכי גל שונים. אולם יעילותן של המנורות החדשות לא הוגדרה היטב, אמר קארל לינדן, מהנדס איכות הסביבה באוניברסיטת קולורדו בולדר (CU Boulder) שהיה חוקר ראשי במחקר משנת 2012.
בשנת 2012, קבוצה של מיקרוביולוגים ומהנדסי סביבה בראשות CU Boulder הייתה מעוניינת להוסיף לבסיס הידע שיש לחברות שירותי מים בנוגע לחיטוי UV. במימון הקרן למחקר מים, ארגון ללא מטרות רווח, המדענים חיפשו לבדוק באופן שיטתי עד כמה חיידקים שונים רגישים לאורכי גל שונים של אור UV.
בדרך כלל, מקור האור לניסויים אלה היה מנורה המייצרת מגוון רחב של אורכי גל UV. כדי לצמצם את רצועת התדרים ככל האפשר, החוקרים' התוכנית הייתה להאיר את האור דרך פילטרים. אבל זה עדיין היה מייצר רצועות אור רחבות יחסית של 10 ננומטר, ותדרים לא רצויים היו מדממים דרך המסנן, מה שמקשה על קביעת אורכי הגל המדויקים מבטלים כל מיקרואורגניזם.
המיקרוביולוגים והמהנדסים רצו מקור נקי יותר ושולט יותר עבור אור ה- UV. אז הם קראו ל- NIST לעזור.
NIST פיתחה, בנתה והפעילה מערכת להעברת קרן UV מבוקרת היטב על כל דגימת מיקרואורגניזמים הנבדקת. ההתקנה כללה הכנסת הדגימה המדוברת - צלחת פטרי מלאה במים בריכוז מסוים של אחת הדגימות - למארז אטום לאור.
מה שמייחד את הניסוי הזה הוא ש- NIST תכנן את קרן ה- UV שתועבר באמצעות לייזר מתכוונן." כוונון" פירושו שהיא יכולה לייצר קרן אור עם רוחב פס צר במיוחד - פחות מננומטר יחיד - על פני טווח רחב של אורכי גל, במקרה זה בין 210 ננומטר ל -300 ננומטר. הלייזר היה גם נייד, מה שמאפשר למדענים להביא אותו למעבדה בה נערכה העבודה. החוקרים השתמשו גם בגלאי UV מכויל NIST למדידת האור הפוגע בצלחת הפטרי לפני ואחרי כל מדידה, כדי לוודא שהם באמת יודעים כמה אור פוגע בכל דגימה.
היו הרבה אתגרים לגרום למערכת לעבוד. חוקרים העבירו את אור ה- UV לצלחת הפטרי עם סדרת מראות. עם זאת, אורכי גל שונים של UV דורשים חומרים מחזירים שונים, ולכן חוקרי NIST נאלצו לתכנן מערכת שמשתמשת במראות עם ציפויים מחזירים שונים שיוכלו להחליף בין בדיקות. הם נאלצו גם לרכוש מפזר אור כדי לקחת את קרן הלייזר - שעוצמתה גבוהה יותר במרכז - ולפרוס אותה כך שהיא תהיה אחידה על פני כל דגימת המים.
התוצאה הסופית הייתה סדרת גרפים שהראו כיצד חיידקים שונים מגיבים לאור UV באורכי גל שונים - הנתונים הראשונים עבור חלק מהחיידקים - בדיוק רב יותר ממה שנמדד בעבר. והצוות מצא תוצאות בלתי צפויות. לדוגמא, הנגיפים הציגו רגישות מוגברת ככל שאורכי הגל ירדו מתחת ל -240 ננומטר. אך עבור פתוגנים אחרים כמו ג'יארדיה, רגישות UV הייתה זהה אפילו שאורכי הגל היו נמוכים יותר.
& quot; התוצאות ממחקר זה שימשו בתדירות גבוהה למדי חברות שירותי מים, רשויות פיקוח ואחרות בתחום UV שעובדות ישירות על חיטוי מים - וגם על ידי אוויר," אמרה מהנדסת הסביבה CU Boulder שרה בק, הסופרת הראשונה בשלושה מאמרים שהופקו מעבודה זו משנת 2012." הבנה באילו אורכי גל של אור מפעילה פתוגנים שונים יכולה להפוך פרקטיקות חיטוי ליותר מדויקות ויעילות," היא אמרה.
אני, רובוט UV
אותה מערכת שתוכננה על ידי אספקת אספקת רצועה צרה ומבוקרת של אור UV לדגימות מים יכולה לשמש גם לניסויים עתידיים עם יישומים פוטנציאליים אחרים.
לדוגמה, חוקרים מקווים לבחון עד כמה אור UV הורג חיידקים על משטחים מוצקים כמו אלה שנמצאים בחדרי בית חולים, ואפילו חיידקים התלויים באוויר. במאמץ להפחית זיהומים שנרכשו על ידי בית חולים, חלק מהמרכזים הרפואיים פוצצו חדרים עם קרן עיקור של קרינת UV המועברת על ידי רובוטים.
החוקרים אמרו כי עדיין אין סטנדרטים אמיתיים לשימוש ברובוטים אלה, כך שלמרות שהם יכולים להיות יעילים, קשה מאוד לדעת&כמה הם יעילים, או להשוות את העוצמות של מודלים שונים.
& quot; למכשירים שמקרינים משטחים, יש הרבה משתנים. איך אתה יודע שהם&# 39 עובדים?" אמר לרסון. מערכת כמו NIST' יכולה להיות שימושית לפיתוח דרך סטנדרטית לבדיקת מודלים שונים של בוטים לחיטוי.
פרויקט פוטנציאלי נוסף יכול לבחון את השפעת אור השמש על נגיף העטרה החדש, באוויר וגם על משטחים, אמר לרסון. ומשתפי הפעולה המקוריים אמרו כי הם מקווים להשתמש במערכת הלייזר לפרויקטים עתידיים הקשורים לחיטוי מים.
& quot; הרגישות של מיקרואורגניזמים ווירוסים לאורכי גל UV שונים עדיין מאוד רלוונטית לנוהלי חיטוי מים ואוויר הנוכחיים," בק אמר," במיוחד בהתחשב בפיתוח טכנולוגיות חדשות כמו גם באתגרי חיטוי חדשים, כמו אלה הקשורים ל- COVID-19 וזיהומים שנרכשו על ידי בית חולים, למשל."
