דחיפות אחת לפרסום תיאור מלא של מערכת NIST היא שהחוקרים מדמיינים באמצעות מערך UV זה לניסויים חדשים החורגים ממחקר מי השתייה ולחיטוי משטחים מוצקים ואוויר. היישומים הפוטנציאליים יכולים לכלול חיטוי UV טוב יותר של חדרי בית חולים ואפילו מחקרים על האופן שבו אור השמש מנטרל את נגיף הקורונה האחראי ל- COVID-19.
"למיטב ידיעתי, אף אחד לא שיכפל את העבודה הזו, לפחות לא למחקר ביולוגי", אמר לארסון. "לכן אנחנו רוצים להוציא את העיתון הזה עכשיו."
מספיק טוב לשתות
לאור אולטרה סגול יש אורכי גל קצרים מכדי שהעין האנושית תראה. UV נע בין כ 100 ננומטר (nm) ל 400 ננומטר, בעוד בני אדם יכולים לראות קשת של צבע מן סגול (כ 400 ננומטר) לאדום (כ 750 ננומטר).
אחת המערכות לחטא מי שתייה היא להקרין אותו באור UV, אשר מפרק את הדנ"א של מיקרואורגניזמים מזיקים ומולקולות קשורות.
בזמן המחקר המקורי, רוב מערכות הקרנת המים השתמשו במנורת UV שפולטת את רוב אור ה- UV שלה אורך גל אחד, 254 ננומטר. במשך שנים, לעומת זאת, חברות שירותי מים הראו עניין גובר בסוג אחר של מנורת חיטוי כי היה "polychromatic", כלומר הוא פלט אור UV באורכי גל שונים מרובים. אבל האפקטיביות של המנורות החדשות לא הוגדרה היטב, אמר קרל לינדן, מהנדס סביבתי מאוניברסיטת קולורדו בולדר (CU Boulder) שהיה חוקר ראשי במחקר משנת 2012.
בשנת 2012, קבוצה של מיקרוביולוגים ומהנדסים סביבתיים בראשות CU בולדר היה מעוניין להוסיף לבסיס הידע כי חברות שירותי מים היו לגבי חיטוי UV. במימון הקרן לחקר המים, ארגון ללא מטרות רווח, המדענים חיפשו לבדוק באופן שיטתי עד כמה רגישים חיידקים שונים לאורכי גל שונים של אור UV.
בדרך כלל, מקור האור לניסויים אלה היה מנורה שמייצרת מגוון רחב של אורכי גל UV. כדי לצמצם ככל האפשר את רצועת התדרים, תוכנית החוקרים הייתה להאיר את האור דרך מסננים. אבל זה עדיין היה מייצר רצועות אור רחבות יחסית, 10 ננומטר, ותדרים לא רצויים היו דיממו דרך המסנן, מה שמקשה לקבוע בדיוק אילו אורכי גל היו מנטרלים כל מיקרואורגניזם.
המיקרוביולוגים והמהנדסים רצו מקור נקי יותר, לשליטה יותר לאור UV. אז, הם קראו NIST כדי לעזור.
NIST פיתחה, בנתה והפעילה מערכת כדי לספק קרן UV מבוקרת היטב על כל דגימה של מיקרואורגניזמים הנבדקים. ההתקנה כללה הצבת המדגם המדובר - צלחת פטרי מלאה במים בריכוז מסוים של אחת הדגימות - לתוך מארז הדוק אור.
מה שמייחד את הניסוי הזה הוא ש-NIST עיצב את קרן ה-UV שתימסר על ידי לייזר טונה. "טונה" פירושו שהוא יכול לייצר קרן אור עם רוחב פס צר ביותר - פחות מננומטר יחיד - על פני מגוון רחב של אורכי גל, במקרה זה מ 210 ננומטר ל 300 ננומטר. הלייזר היה גם נייד, מה שאפשר למדענים להביא אותו למעבדה שבה נערכה העבודה. החוקרים השתמשו גם בגלאי UV מכויל NIST כדי למדוד את האור הפוגע בצלחת הפטרי לפני ואחרי כל מדידה, כדי לוודא שהם באמת יודעים כמה אור פוגע בכל דגימה.
היו הרבה אתגרים כדי לגרום למערכת לעבוד. החוקרים העבירו את אור ה-UV לצלחת הפטרי עם סדרה של מראות. עם זאת, אורכי גל שונים של UV דורשים חומרים רפלקטיביים שונים, ולכן חוקרי NIST היו צריכים לתכנן מערכת שהשתמשה במראות עם ציפויים רפלקטיביים שונים שהם יכולים להחליף בין ריצות בדיקה. הם גם היו צריכים להשיג מפזר אור כדי לקחת את קרן הלייזר - שיש לה עוצמה גבוהה יותר במרכז - ולהפיץ אותה כך שהיא הייתה אחידה על פני כל דגימת המים.
התוצאה הסופית הייתה סדרה של גרפים שהראו כיצד חיידקים שונים הגיבו לאור UV של אורכי גל שונים - הנתונים הראשונים עבור חלק מהמיקרואורגניזמים - בדיוק רב יותר מאי פעם שנמדד בעבר. והצוות מצא תוצאות בלתי צפויות. לדוגמה, הווירוסים הראו רגישות מוגברת כמו אורכי גל ירד מתחת 240 ננומטר. אבל עבור פתוגנים אחרים כגון Giardia, רגישות UV היה בערך כמו אורכי הגל ירדו.
"התוצאות של מחקר זה שימשו לעתים קרובות למדי על ידי חברות שירותי מים, סוכנויות רגולטוריות ואחרים בתחום UV עובד ישירות על מים - וגם אוויר - חיטוי", אמר מהנדס הסביבה CU בולדר שרה בק, המחבר הראשון על שלושה מאמרים המיוצרים מעבודה זו 2012. "הבנה אילו אורכי גל של אור לאפעילים פתוגנים שונים יכולה להפוך את שיטות החיטוי לייקות ויעילות יותר", היא אמרה.
אני, רובוט UV
אותה מערכת ש-NIST עיצבה לאספקת רצועה מבוקרת וצרה של אור UV לדגימות מים יכולה לשמש גם לניסויים עתידיים עם יישומים פוטנציאליים אחרים.
לדוגמה, החוקרים מקווים לחקור עד כמה אור UV הורג חיידקים על משטחים מוצקים כגון אלה שנמצאו בחדרי בית החולים, ואפילו חיידקים תלויים באוויר. במאמץ להפחית זיהומים שנרכשו בבתי חולים, כמה מרכזים רפואיים כבר פיצוץ חדרים עם קרן מעקר של קרינת UV נישא על ידי רובוטים.
אבל אין עדיין סטנדרטים אמיתיים לשימוש ברובוטים האלה, אמרו החוקרים, כך שלמרות שהם יכולים להיות יעילים, קשה לדעת עד כמה יעיל, או להשוות את נקודות החוזק של מודלים שונים.
"עבור מכשירים שמקרינים משטחים, יש הרבה משתנים. איך אתה יודע שהם עובדים?" לארסון אמר. מערכת כמו NIST של יכולה להיות שימושית לפיתוח דרך סטנדרטית לבדוק מודלים שונים של בוטים לחיטוי.
פרויקט פוטנציאלי נוסף יכול לבחון את השפעת אור השמש על נגיף הקורונה החדש, הן באוויר והן על פני השטח, אמר לארסון. ומשתפי הפעולה המקוריים אמרו שהם מקווים להשתמש במערכת הלייזר לפרויקטים עתידיים הקשורים לחיטוי מים.
"הרגישות של מיקרואורגניזמים ווירוסים לאורכי גל שונים של UV עדיין רלוונטית מאוד לשיטות חיטוי המים והאוויר הנוכחיות", אמר בק, "במיוחד בהתחשב בפיתוח טכנולוגיות חדשות כמו גם באתגרי חיטוי חדשים, כגון אלה הקשורים ל- COVID-19 וזיהומים שנרכשו על ידי בתי חולים, למשל."
