ขณะรอการเข้าถึงห้องแล็บอย่างเต็มรูปแบบเนื่องจากข้อจำกัดของ COVID-19 นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ได้ใช้โอกาสนี้ในการรายงานรายละเอียดทางเทคนิคของการวิจัยบุกเบิกที่พวกเขาดำเนินการเกี่ยวกับการฆ่าเชื้อในน้ำดื่มโดยใช้รังสีอัลตราไวโอเลต ( ยูวี) แสง
ย้อนกลับไปในปี 2555 นักวิทยาศาสตร์ของ NIST และผู้ทำงานร่วมกันได้ตีพิมพ์บทความหลายฉบับเกี่ยวกับข้อค้นพบพื้นฐานบางประการที่อาจเป็นประโยชน์ต่อบริษัทสาธารณูปโภคด้านน้ำ แต่บทความเหล่านี้ไม่เคยอธิบายอย่างละเอียดถึงการตั้งค่าการฉายรังสีที่ทำให้งานนี้เป็นไปได้
เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยของ NIST ได้เผยแพร่รายละเอียดทางเทคนิคของการทดลองที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งอาศัยเลเซอร์แบบพกพาเพื่อทดสอบว่าความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงยูวีสามารถยับยั้งจุลินทรีย์ต่างๆ ในน้ำได้ดีเพียงใด ผลงานปรากฏในรายงานการทบทวนเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ (RSI) ในวันนี้
& quot;เรา'ต้องการจะเขียนเรื่องนี้อย่างเป็นทางการมาหลายปีแล้ว" NIST's Tom Larason กล่าว"ตอนนี้เรามีเวลาจะบอกโลกเกี่ยวกับเรื่องนี้แล้ว"
ความเร่งด่วนอย่างหนึ่งในการเผยแพร่คำอธิบายแบบเต็มของระบบ NIST ก็คือนักวิจัยใช้การตั้งค่า UV นี้สำหรับการทดลองใหม่ๆ ที่นอกเหนือไปจากการศึกษาเรื่องน้ำดื่มและการฆ่าเชื้อบนพื้นผิวและอากาศที่เป็นของแข็ง การใช้งานที่เป็นไปได้อาจรวมถึงการฆ่าเชื้อด้วยแสงยูวีในห้องของโรงพยาบาลได้ดีขึ้น และแม้กระทั่งการศึกษาว่าแสงแดดสามารถยับยั้ง coronavirus ที่รับผิดชอบต่อ COVID-19 ได้อย่างไร
& quot;เท่าที่ฉันรู้ ไม่มีใครทำซ้ำงานนี้ อย่างน้อยก็ไม่ใช่เพื่อการวิจัยทางชีววิทยา" ลาราสันกล่าว"นั่น'คือเหตุผลว่าทำไมเราถึงต้องการเอากระดาษนี้ออกตอนนี้"
ดีพอที่จะดื่ม
แสงอัลตราไวโอเลตมีความยาวคลื่นที่สั้นเกินกว่าที่ตามนุษย์จะมองเห็น UV มีช่วงตั้งแต่ 100 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ถึง 400 นาโนเมตร ในขณะที่มนุษย์สามารถมองเห็นสีรุ้งได้ตั้งแต่สีม่วง (ประมาณ 400 นาโนเมตร) ไปจนถึงสีแดง (ประมาณ 750 นาโนเมตร)
วิธีหนึ่งในการฆ่าเชื้อน้ำดื่มคือการฉายรังสีด้วยแสงยูวีซึ่งจะทำลายจุลินทรีย์ที่เป็นอันตราย' ดีเอ็นเอและโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง
ในช่วงเวลาที่ทำการศึกษาครั้งแรก ระบบการฉายรังสีในน้ำส่วนใหญ่ใช้หลอด UV ที่ปล่อยแสงยูวีส่วนใหญ่ที่ความยาวคลื่นเดียว 254 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม เป็นเวลาหลายปีแล้วที่บริษัทสาธารณูปโภคด้านน้ำได้แสดงความสนใจเพิ่มขึ้นในหลอดฆ่าเชื้อชนิดต่างๆ นั่นคือ"polychromatic," หมายความว่ามันปล่อยแสงยูวีที่ความยาวคลื่นต่างๆ คาร์ล ลินเดน วิศวกรสิ่งแวดล้อมของมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ (CU Boulder) ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบหลักในการศึกษาปี 2555 ระบุ แต่ประสิทธิภาพของหลอดไฟใหม่ยังไม่ชัดเจนนัก
& quot;เราค้นพบในช่วงกลางปี 2000 ว่าแหล่งกำเนิด UV แบบหลายสีมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการยับยั้งไวรัส โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากหลอดเหล่านี้ผลิตแสง UV ที่ความยาวคลื่นต่ำ ภายใต้ 230 นาโนเมตร" ลินเดนกล่าว"แต่เป็นการยากที่จะหาจำนวนว่ามีประสิทธิภาพมากขึ้นเพียงใดและกลไกของประสิทธิผลนั้นเป็นอย่างไร"
ในปี 2555 กลุ่มนักจุลชีววิทยาและวิศวกรสิ่งแวดล้อมที่นำโดย CU Boulder สนใจที่จะเพิ่มฐานความรู้ที่บริษัทสาธารณูปโภคด้านน้ำมีเกี่ยวกับการฆ่าเชื้อด้วยแสงยูวี ด้วยการระดมทุนจาก Water Research Foundation ซึ่งเป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไร นักวิทยาศาสตร์ต้องการทดสอบอย่างเป็นระบบว่าเชื้อโรคต่างๆ มีความอ่อนไหวต่อความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของแสงยูวีอย่างไร
โดยปกติแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการทดลองเหล่านี้จะเป็นหลอดไฟที่สร้างช่วงความยาวคลื่น UV ได้หลากหลาย เพื่อจำกัดวงความถี่ให้แคบลงให้มากที่สุด นักวิจัย' แผนคือการส่องแสงผ่านตัวกรอง แต่นั่นยังคงสร้างแถบแสงที่ค่อนข้างกว้าง 10 นาโนเมตร และความถี่ที่ไม่ต้องการจะไหลผ่านตัวกรอง ทำให้ยากต่อการระบุอย่างแน่ชัดว่าความยาวคลื่นใดที่ทำให้จุลินทรีย์แต่ละชนิดไม่ทำงาน
นักจุลชีววิทยาและวิศวกรต้องการแหล่งกำเนิดแสงยูวีที่สะอาดและควบคุมได้มากขึ้น ดังนั้นพวกเขาจึงเรียก NIST ให้ช่วย
NIST ได้พัฒนา สร้าง และดำเนินการระบบเพื่อส่งลำแสงยูวีที่มีการควบคุมอย่างดีไปยังแต่ละตัวอย่างของจุลินทรีย์ที่กำลังทดสอบ การตั้งค่าเกี่ยวข้องกับการวางตัวอย่างที่เป็นปัญหา - จานเพาะเชื้อที่เต็มไปด้วยน้ำที่มีความเข้มข้นของหนึ่งในตัวอย่าง - ลงในกล่องหุ้มที่แน่น
สิ่งที่ทำให้การทดลองนี้ไม่เหมือนใครคือ NIST ได้ออกแบบลำแสง UV ให้ส่งด้วยเลเซอร์แบบปรับได้"ปรับ" หมายความว่าสามารถผลิตลำแสงที่มีแบนด์วิดท์แคบมาก น้อยกว่าหนึ่งนาโนเมตร ในช่วงความยาวคลื่นกว้าง ในกรณีนี้คือ 210 นาโนเมตร ถึง 300 นาโนเมตร เลเซอร์ยังเป็นแบบพกพาที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถนำไปยังห้องปฏิบัติการที่กำลังดำเนินการอยู่ นักวิจัยยังใช้เครื่องตรวจจับรังสียูวีที่สอบเทียบโดย NIST เพื่อวัดแสงที่กระทบกับจานเพาะเชื้อก่อนและหลังการวัดแต่ละครั้ง เพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขารู้จริง ๆ ว่าแสงกระทบแต่ละตัวอย่างมากน้อยเพียงใด
มีความท้าทายมากมายในการทำให้ระบบทำงานได้ นักวิจัยนำแสงยูวีไปยังจานเพาะเชื้อด้วยชุดกระจก อย่างไรก็ตาม ความยาวคลื่น UV ที่แตกต่างกันนั้นต้องการวัสดุสะท้อนแสงที่แตกต่างกัน ดังนั้นนักวิจัยของ NIST จึงต้องออกแบบระบบที่ใช้กระจกที่มีสารเคลือบสะท้อนแสงต่างๆ ซึ่งสามารถสลับระหว่างการทดสอบต่างๆ ได้ พวกเขายังต้องจัดหาเครื่องกระจายแสงเพื่อใช้ลำแสงเลเซอร์ ซึ่งมีความเข้มสูงกว่าตรงกลาง และกระจายออกไปเพื่อให้มีความสม่ำเสมอทั่วทั้งตัวอย่างน้ำ
ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดกราฟที่แสดงให้เห็นว่าเชื้อโรคต่างๆ ตอบสนองต่อแสงยูวีที่มีความยาวคลื่นต่างกันอย่างไร ซึ่งเป็นข้อมูลแรกสำหรับจุลินทรีย์บางตัว โดยมีความแม่นยำมากกว่าที่เคยวัดได้ และทีมงานก็พบผลลัพธ์ที่คาดไม่ถึง ตัวอย่างเช่น ไวรัสมีความไวเพิ่มขึ้นเมื่อความยาวคลื่นลดลงต่ำกว่า 240 นาโนเมตร แต่สำหรับเชื้อโรคอื่นๆ เช่น Giardia ความไวแสง UV นั้นใกล้เคียงกันแม้ว่าความยาวคลื่นจะลดลง
& quot;ผลจากการศึกษานี้มีการใช้งานค่อนข้างบ่อยโดยบริษัทสาธารณูปโภคด้านน้ำ หน่วยงานกำกับดูแล และอื่นๆ ในสาขา UV ที่ทำงานโดยตรงบนน้ำ - และในอากาศ - การฆ่าเชื้อโรค" Sara Beck วิศวกรด้านสิ่งแวดล้อมของ CU Boulder ซึ่งเป็นผู้เขียนคนแรกในเอกสารสามฉบับที่ผลิตจากงานปี 2012 นี้"การทำความเข้าใจความยาวคลื่นของแสงที่ยับยั้งเชื้อโรคต่างๆ สามารถทำให้การฆ่าเชื้อแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น" เธอพูด.
ฉัน หุ่นยนต์ยูวี
ระบบเดียวกับที่ NIST ออกแบบมาเพื่อส่งแสงยูวีแถบแคบที่มีการควบคุมไปยังตัวอย่างน้ำ ยังสามารถใช้สำหรับการทดลองในอนาคตกับการใช้งานอื่นๆ ที่อาจเป็นไปได้
ตัวอย่างเช่น นักวิจัยหวังว่าจะสำรวจว่าแสงยูวีสามารถฆ่าเชื้อโรคบนพื้นผิวที่เป็นของแข็งได้ดีเพียงใด เช่น ที่พบในห้องของโรงพยาบาล และแม้แต่เชื้อโรคที่ลอยอยู่ในอากาศ ในความพยายามที่จะลดการติดเชื้อในโรงพยาบาล ศูนย์การแพทย์บางแห่งได้ใช้ห้องพ่นฆ่าเชื้อด้วยรังสี UV ที่หุ่นยนต์นำเข้ามา
แต่ยังไม่มีมาตรฐานที่แท้จริงสำหรับการใช้หุ่นยนต์เหล่านี้ นักวิจัยกล่าว ถึงแม้ว่าพวกมันจะมีประสิทธิภาพ แต่' ยากที่จะรู้ว่ามีประสิทธิภาพเพียงใด หรือเปรียบเทียบจุดแข็งของรุ่นต่างๆ
& quot;สำหรับอุปกรณ์ที่ฉายรังสีพื้นผิว มีตัวแปรมากมาย คุณรู้ได้อย่างไรว่าพวกเขา'กำลังทำงาน?" ลาราสันกล่าว ระบบเช่น NIST' อาจมีประโยชน์สำหรับการพัฒนาวิธีมาตรฐานในการทดสอบบอทฆ่าเชื้อรุ่นต่างๆ
โครงการที่มีศักยภาพอีกโครงการหนึ่งสามารถตรวจสอบผลกระทบของแสงแดดที่มีต่อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ ทั้งในอากาศและบนพื้นผิว Larason กล่าว และผู้ทำงานร่วมกันเดิมกล่าวว่าพวกเขาหวังว่าจะใช้ระบบเลเซอร์สำหรับโครงการในอนาคตที่เกี่ยวข้องกับการฆ่าเชื้อในน้ำ
& quot;ความไวของจุลินทรีย์และไวรัสต่อความยาวคลื่น UV ที่แตกต่างกันยังคงมีความเกี่ยวข้องอย่างมากสำหรับแนวทางปฏิบัติในการฆ่าเชื้อโรคในน้ำและอากาศในปัจจุบัน" เบ็คกล่าวว่า"โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่นเดียวกับความท้าทายในการฆ่าเชื้อใหม่ ๆ เช่นที่เกี่ยวข้องกับ COVID-19 และการติดเชื้อที่โรงพยาบาลเป็นต้น"
ที่มาของเรื่อง:
วัสดุให้บริการโดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST). ต้นฉบับเขียนโดย Jennifer Lauren Lee หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว
