یکی از فوریت ها برای انتشار یک توصیف کامل از سیستم NIST این است که محققان تصور می کنند با استفاده از این راه اندازی UV برای آزمایش های جدیدی که فراتر از مطالعه آب آشامیدنی و به ضدفونی سطوح جامد و هوا می روند. کاربردهای بالقوه می تواند شامل ضدعفونی بهتر فرابنفش اتاق های بیمارستانی و حتی مطالعاتی در مورد چگونگی بی تحرکی نور خورشید به کروناویروس مسئول COVID-19 باشد.
لاراسون می گوید: «تا آنجا که من می دانم، هیچ این اثر را تکراری کرده است، حداقل نه برای تحقیقات زیستی.» "به همین دلیل است که ما می خواهیم این کاغذ را در حال حاضر."
به اندازه کافي خوبه که بنوشي
نور فرابنفش طول موج هایی دارد که برای دیدن چشم انسان خیلی کوتاه است. فرابنفش از حدود ۱۰۰ نانومتر (نانومتر) تا ۴۰۰ نانومتر را در بر می گیرد، در حالی که انسان ها می توانند رنگین کمانی از بنفشه (حدود ۴۰۰ نانومتر) تا قرمز (حدود ۷۵۰ نانومتر) را ببینند.
یکی از راه های ضدفونی کردن آب آشامیدنی تابش آن با نور فرابنفش است که DNA میکروارگانیسم های مضر و مولکول های مرتبط را می شکند.
در زمان مطالعه اصلی، بیشتر سیستم های تابش آب از یک لامپ فرابنفش استفاده می کردند که بیشتر نور فرابنفش خود را در طول موج واحد، ۲۵۴ nm ساطع می کرد. برای سال ها، هر چند، شرکت های ابزار آب علاقه فزاینده ای به نوع دیگری از لامپ ضدعفونی که "چند رنگ" بود، نشان داده بود، به این معنی که آن را ساطع نور UV در طول موج های مختلف متعدد است. اما اثربخشی لامپ های جدید به خوبی تعریف نشده بود، کارل لیندن، مهندس محیط زیست دانشگاه کلرادو بولدر (CU Boulder) که یک محقق اصلی در مطالعه سال ۲۰۱۲ بود، گفت.
در سال ۲۰۱۲ گروهی از میکروبیولوژیست ها و مهندسان محیط زیست به رهبری CU Boulder علاقه مند به اضافه کردن به پایگاه دانشی بودند که شرکت های سودمند آب در مورد ضدفونی UV داشته اند. با تأمین بودجه بنیاد تحقیقات آب که یک سازمان غیرانتفاعی است، دانشمندان به دنبال آزمایش روش مند بودند که میکروب های مختلف چقدر نسبت به طول موج های مختلف نور فرابنفش حساس هستند.
به طور معمول، منبع نور برای این آزمایش ها لامپی بود که طیف گسترده ای از طول موج های فرابنفش را تولید می کند. برای باریک کردن باند فرکانس ها تا حد امکان، طرح محققان درخشش نور از طریق فیلترها بود. اما این هنوز هم می توانست باندهای نسبتا گسترده، ۱۰ nm نور تولید کند، و فرکانس های ناخواسته از طریق فیلتر خون می شدند و تعیین اینکه دقیقاً کدام طول موج ها هر میکروارگانیسم را غیر فعال می کردند، دشوار می شد.
میکروبیولوژیست ها و مهندسان یک منبع پاک تر و قابل کنترل تر برای نور فرابنفش می خواستند. بنابراین، آنها از NIST خواست تا کمک کند.
NIST یک سیستم را توسعه داد، ساخت و اداره کرد تا یک پرتو فرابنفش به خوبی کنترل شده را بر روی هر نمونه از میکروارگانیسم هایی که مورد آزمایش قرار می گیرند، تحویل دهد. راه اندازی درگیر قرار دادن نمونه مورد نظر -- یک ظرف پتری پر از آب با غلظت خاصی از یکی از نمونه ها -- در یک محوطه محکم سبک.
چیزی که این آزمایش را منحصر به فرد می کند این است که NIST پرتو UV را طراحی کرد تا توسط یک لیزر قابل تنظیم تحویل داده شود. "قابل تنظیم" به این معنی است که می تواند پرتوی از نور با پهنای باند بسیار باریک - کمتر از یک نانومتر - در طول موج های گسترده ای تولید کند، در این مورد از ۲۱۰ نانومتر تا ۳۰۰ نانومتر. لیزر نیز قابل حمل بود و به دانشمندان این امکان را می داد که آن را به آزمایشگاه محل انجام کار بیاورد. محققان همچنین از یک آشکارساز فرابنفش کالیبره شده NIST برای اندازه گیری نور برخورد به ظرف پتری قبل و بعد از هر اندازه گیری استفاده کردند تا مطمئن شوند که واقعا ً می دانستند که چقدر نور به هر نمونه برخورد می کند.
چالش های زیادی برای کار کردن سیستم وجود داشت. محققان نور فرابنفش را با یک سری آینه به ظرف پتری کشتی دادند. با این حال، طول موج های مختلف UV نیاز به مواد بازتابی متفاوتی دارند، بنابراین محققان NIST مجبور بودند سیستمی را طراحی کنند که از آینه هایی با پوشش های بازتابی مختلف استفاده می کرد که می توانستند بین اجراهای آزمایشی مبادله کنند. آنها همچنین مجبور بودند یک پخش کننده نور تهیه کنند تا پرتو لیزر را - که شدت بالاتری در مرکز دارد - تهیه کنند و آن را پخش کنند تا در کل نمونه آب یکنواخت باشد.
نتیجه نهایی یک سری گراف بود که نشان می داد میکروب های مختلف چگونه به نور فرابنفش طول موج های مختلف پاسخ می دهند -- اولین داده برای برخی از میکروب ها -- با دقت بیشتری نسبت به همیشه اندازه گیری شده قبل. و تیم نتایج غیرمنتظره ای پیدا کرد. به عنوان مثال، ویروس ها افزایش حساسیت را به نمایش گذاشتند چرا که طول موج ها زیر ۲۴۰ nm کاهش یافت. اما برای عوامل بیماری زا دیگری مانند ژیردیا، حساسیت فرابنفش حتی با پایین تر شدن طول موج ها در حدود همان بود.
سارا بک، مهندس محیط زیست CU بولدر، اولین نویسنده در سه مقاله تولید شده از این اثر در سال ۲۰۱۲ می گوید: «نتایج حاصل از این مطالعه کاملاً توسط شرکت های سودمند آب، سازمان های نظارتی و دیگران در زمینه UV که مستقیماً بر روی آب کار می کنند - و همچنین هوا - ضدفونی کننده مورد استفاده قرار گرفته است.» او می گوید: «درک اینکه کدام طول موج های نور عوامل بیماری زا مختلف را غیر فعال می کنند، می توانند شیوه های ضدعفونی را دقیق تر و کارآمدتر کنند.»
I, UV Robot
همان سیستمی که NIST برای تحویل یک باند کنترل شده و باریک نور فرابنفش به نمونه های آب طراحی کرده است نیز می تواند برای آزمایش های آینده با دیگر کاربردهای بالقوه مورد استفاده قرار گیرد.
به عنوان مثال محققان امیدوارند کشف کنند که نور فرابنفش چقدر خوب میکروب ها را بر روی سطوح جامد مانند میکروب هایی که در اتاق های بیمارستان یافت می شوند، و حتی میکروب های معلق در هوا می کشد. در تلاش برای کاهش عفونت های اکتسابی بیمارستان، برخی از مراکز درمانی در حال انفجار اتاق هایی با پرتو عقیم کننده تابش فرابنفش بوده اند که توسط روبات ها به آن حمل می شود.
اما هنوز استانداردهای واقعی برای استفاده از این روبات ها وجود ندارد، محققان گفتند، بنابراین با اینکه می توانند موثر باشند، اما سخت است بدانیم چقدر موثر هستند، یا نقاط قوت مدل های مختلف را مقایسه کنیم.
"برای دستگاه هایی که سطوح را تابش می کنند، متغیرهای زیادی وجود دارد. از کجا ميدوني دارن کار ميکنن؟" لاراسون گفت. یک سیستم مانند NIST می تواند برای توسعه یک راه استاندارد برای آزمایش مدل های مختلف رباتهای ضد ضدفونی مفید باشد.
لاراسون گفت: یکی دیگر از پروژه های بالقوه می تواند اثر نور خورشید بر ویروس کرونا رمان را چه در هوا و چه بر روی سطوح بررسی کند. و همدستان اصلی گفتند امیدوارند از سیستم لیزری برای پروژه های آینده مربوط به ضدفونی آب استفاده کنند.
بک گفت: «حساسیت میکروارگانیسم ها و ویروس ها به طول موج های مختلف فرابنفش هنوز برای شیوه های فعلی ضدفونی آب و هوا بسیار مرتبط است.» بک گفت: «به خصوص با توجه به توسعه فناوری های جدید و همچنین چالش های جدید ضدفونی، مانند چالش های مرتبط با COVID-19 و عفونت های اکتسابی بیمارستان، به عنوان مثال.»
