การฆ่าเชื้อโรคในน้ําดื่มโดยใช้แสง UV

ความเร่งด่วนหนึ่งสําหรับการเผยแพร่คําอธิบายแบบเต็มของระบบ NIST คือนักวิจัยจินตนาการถึงการใช้การตั้งค่า UV นี้สําหรับการทดลองใหม่ที่นอกเหนือไปจากการศึกษาน้ําดื่มและฆ่าเชื้อโรคของพื้นผิวแข็งและอากาศ การใช้งานที่อาจเกิดขึ้นอาจรวมถึงการฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวีที่ดีขึ้นของห้องพยาบาลและแม้แต่การศึกษาว่าแสงแดดทําให้ coronavirus รับผิดชอบต่อ COVID-19 มีประสิทธิภาพอย่างไร

"เท่าที่ผมรู้ไม่มีใครทําซ้ํางานนี้อย่างน้อยก็ไม่ใช่เพื่อการวิจัยทางชีวภาพ" Larason "นั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องการเอากระดาษนี้ออกตอนนี้"

ดีพอที่จะดื่ม

แสงอัลตราไวโอเลตมีความยาวคลื่นที่สั้นเกินไปสําหรับสายตามนุษย์ที่จะเห็น รังสียูวีมีตั้งแต่ประมาณ 100 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ถึง 400 นาโนเมตรในขณะที่มนุษย์สามารถมองเห็นรุ้งสีจากสีม่วง (ประมาณ 400 นาโนเมตร) ถึงสีแดง (ประมาณ 750 นาโนเมตร)

วิธีหนึ่งในการฆ่าเชื้อน้ําดื่มคือการฉายรังสีด้วยแสง UV ซึ่งทําลายดีเอ็นเอของจุลินทรีย์ที่เป็นอันตรายและโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง

ในขณะที่การศึกษาดั้งเดิมระบบการฉายรังสีน้ําส่วนใหญ่ใช้หลอด UV ที่ปล่อยแสง UV ส่วนใหญ่ที่ความยาวคลื่นเดียว 254 นาโนเมตร เป็นเวลาหลายปีที่ บริษัท สาธารณูปโภคน้ําได้แสดงความสนใจเพิ่มขึ้นในหลอดฆ่าเชื้อชนิดต่าง ๆ ที่ "polychromatic" ซึ่งหมายความว่ามันเปล่งแสง UV ที่ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันหลาย แต่ประสิทธิภาพของหลอดไฟใหม่ไม่ได้ถูกกําหนดอย่างดี Karl Linden วิศวกรสิ่งแวดล้อมของมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ (CU Boulder) ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบหลักในการศึกษาปี 2012

ในปี 2012 กลุ่มนักจุลชีววิทยาและวิศวกรสิ่งแวดล้อมที่นําโดย CU Boulder สนใจที่จะเพิ่มฐานความรู้ที่ บริษัท สาธารณูปโภคน้ํามีเกี่ยวกับการฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวี ด้วยเงินทุนจากมูลนิธิวิจัยน้ําซึ่งเป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกําไรนักวิทยาศาสตร์กําลังมองหาการทดสอบอย่างมีระเบียบวิธีว่าเชื้อโรคต่าง ๆ มีความอ่อนไหวต่อความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสง UV อย่างไร

โดยปกติแหล่งกําเนิดแสงสําหรับการทดลองเหล่านี้จะเป็นหลอดไฟที่สร้างความยาวคลื่น UV ที่หลากหลาย เพื่อจํากัดวงความถี่ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้แผนของนักวิจัยคือการส่องแสงผ่านตัวกรอง แต่ที่ยังคงผลิตค่อนข้างกว้าง, 10-nm วงของแสง, และความถี่ที่ไม่พึงประสงค์จะมี bled ผ่านตัวกรอง, ทําให้ยากที่จะกําหนดว่าความยาวคลื่นใดที่ไม่ได้ใช้งานจุลินทรีย์แต่ละ.

นักจุลชีววิทยาและวิศวกรต้องการแหล่งที่สะอาดและควบคุมได้มากขึ้นสําหรับแสง UV ดังนั้นพวกเขาจึงเรียกร้องให้ NIST ช่วย

NIST ได้พัฒนา สร้าง และดําเนินการระบบเพื่อส่งมอบลําแสง UV ที่มีการควบคุมอย่างดีไปยังตัวอย่างของจุลินทรีย์แต่ละตัวอย่างที่กําลังทดสอบ การตั้งค่าเกี่ยวข้องกับการวางตัวอย่างที่เป็นปัญหา - จานเพาะเชื้อที่เต็มไปด้วยน้ําที่มีความเข้มข้นของหนึ่งในตัวอย่าง - ลงในตู้ที่แน่นหนา

สิ่งที่ทําให้การทดลองนี้ไม่เหมือนใครคือ NIST ออกแบบลําแสง UV ให้ส่งโดยเลเซอร์ที่ไม่สามารถส่งมอบได้ "Tunable" หมายความว่าสามารถผลิตลําแสงที่มีแบนด์วิดธ์แคบมาก - น้อยกว่านาโนเมตรเดียว - ในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลายในกรณีนี้จาก 210 นาโนเมตรถึง 300 นาโนเมตร เลเซอร์ยังพกพาได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถนํามันไปที่ห้องปฏิบัติการที่มีการทํางาน นักวิจัยยังใช้เครื่องตรวจจับรังสียูวีที่สอบเทียบโดย NIST เพื่อวัดแสงที่กระทบจานเพาะเชื้อก่อนและหลังการวัดแต่ละครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขารู้ว่ามีแสงกระทบกับแต่ละตัวอย่างเท่าใด

มีความท้าทายมากมายเพื่อให้ระบบทํางานได้ นักวิจัยทอดแสง UV ไปยังจานเพาะเชื้อด้วยชุดกระจก อย่างไรก็ตามความยาวคลื่น UV ที่แตกต่างกันต้องใช้วัสดุสะท้อนแสงที่แตกต่างกันดังนั้นนักวิจัยของ NIST จึงต้องออกแบบระบบที่ใช้กระจกที่มีการเคลือบสะท้อนแสงต่างๆซึ่งพวกเขาสามารถสลับไปมาระหว่างการทดสอบได้ พวกเขายังต้องจัดหาตัวกระจายแสงเพื่อลําแสงเลเซอร์ซึ่งมีความเข้มสูงขึ้นตรงกลางและกระจายออกไปเพื่อให้เหมือนกันกับตัวอย่างน้ําทั้งหมด

ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดของกราฟที่แสดงให้เห็นว่าเชื้อโรคต่าง ๆ ตอบสนองต่อแสง UV ของความยาวคลื่นที่แตกต่างกันอย่างไร - ข้อมูลแรกสําหรับจุลินทรีย์บางส่วน - ด้วยความแม่นยําที่มากขึ้นกว่าเดิม และทีมพบผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิด ตัวอย่างเช่นไวรัสแสดงความไวเพิ่มขึ้นเนื่องจากความยาวคลื่นลดลงต่ํากว่า 240 นาโนเมตร แต่สําหรับเชื้อโรคอื่น ๆ เช่น Giardia ความไวของรังสียูวีก็เหมือนกับความยาวคลื่นที่ต่ํากว่า

"ผลการศึกษานี้ถูกนํามาใช้ค่อนข้างบ่อยโดย บริษัท สาธารณูปโภคน้ําหน่วยงานกํากับดูแลและอื่น ๆ ในสาขา UV ที่ทํางานโดยตรงกับน้ํา - และยังอากาศ - การฆ่าเชื้อโรค" CU Boulder วิศวกรสิ่งแวดล้อม Sara Beck กล่าวผู้เขียนคนแรกในเอกสารสามฉบับที่ผลิตจากงาน 2012 นี้ "การทําความเข้าใจว่าความยาวคลื่นของแสงใดที่ยับยั้งเชื้อโรคต่าง ๆ สามารถทําให้การฆ่าเชื้อได้แม่นยําและมีประสิทธิภาพมากขึ้น"

ฉัน หุ่นยนต์ UV

ระบบเดียวกับที่ NIST ออกแบบมาเพื่อส่งมอบตัวอย่างแสง UV ที่มีการควบคุมและแคบให้กับน้ํายังสามารถใช้สําหรับการทดลองในอนาคตกับการใช้งานที่มีศักยภาพอื่น ๆ

ตัวอย่างเช่นนักวิจัยหวังว่าจะสํารวจว่าแสง UV ฆ่าเชื้อโรคบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งได้ดีเช่นที่พบในห้องโรงพยาบาลและแม้แต่เชื้อโรคที่แขวนอยู่ในอากาศ ในความพยายามที่จะลดการติดเชื้อที่โรงพยาบาลได้รับศูนย์การแพทย์บางแห่งได้ระเบิดห้องด้วยลําแสงฆ่าเชื้อของรังสียูวีที่ดําเนินการโดยหุ่นยนต์

แต่ยังไม่มีมาตรฐานที่แท้จริงสําหรับการใช้หุ่นยนต์เหล่านี้นักวิจัยกล่าวว่าดังนั้นแม้ว่าพวกเขาจะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ยากที่จะรู้ว่ามีประสิทธิภาพหรือเปรียบเทียบจุดแข็งของรุ่นที่แตกต่างกัน

"สําหรับอุปกรณ์ที่ฉายรังสีพื้นผิวมีตัวแปรมากมาย คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าพวกเขากําลังทํางาน" ลาร่าสันบอกว่า ระบบเช่น NIST อาจมีประโยชน์สําหรับการพัฒนาวิธีมาตรฐานในการทดสอบบอทฆ่าเชื้อรุ่นต่าง ๆ

อีกโครงการที่มีศักยภาพสามารถตรวจสอบผลกระทบของแสงแดดต่อ coronavirus นวนิยายทั้งในอากาศและบนพื้นผิว Larason กล่าวว่า และผู้ทํางานร่วมกันดั้งเดิมกล่าวว่าพวกเขาหวังว่าจะใช้ระบบเลเซอร์สําหรับโครงการในอนาคตที่เกี่ยวข้องกับการฆ่าเชื้อโรคในน้ํา

"ความไวของจุลินทรีย์และไวรัสต่อความยาวคลื่น UV ที่แตกต่างกันยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างมากสําหรับการปฏิบัติฆ่าเชื้อในน้ําและอากาศในปัจจุบัน" Beck กล่าว "โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ รวมถึงความท้าทายในการฆ่าเชื้อใหม่ ๆ เช่นที่เกี่ยวข้องกับ COVID-19 และการติดเชื้อที่โรงพยาบาลได้รับเป็นต้น"