گروهی از محققان بخش علوم حسگر PML بخشی از پروژه ای هستند که تأثیر مستقیمی بر بهبود ایمنی آب آشامیدنی کشور خواهد داشت.
تغییرات اخیر در قوانین درمان آب سطحی آژانس حفاظت از محیط زیست ، در میان چیزهای دیگر ، نظارت تهاجمی تر و کنترل عوامل بیماری زا مختلف ، به ویژه از جمله Cryptosporidium. آن میکروب که می تواند باعث بیماری شدید یا مرگ شود، در برابر شیوه های ضدفونی مبتنی بر کلر بسیار مقاوم است. به عنوان یکی از وسایل کاهش تهدید، سازمان حفاظت محیط زیست خواستار درمان آب با اشعه ماورای بنفش (UV) شده است، که همچنین به عنوان یک "مانع ثانویه" برای غیر فعال کردن (جلوگیری از تولید مثل) عوامل بیماری زا کلیدی دیگر مانند آدنوویروس و ویروس های دیگر، و همچنین باکتری ها و انگل هایی مانند ژیراردیا عمل می کند.
آب توسط لامپ های فرابنفش استوانه ای معلق در لوله ها درمان می شود، و روشنایی توسط واحدهای حسگر مجاور نظارت می شود. هر بیماری زا پاسخ غیر فعال سازی متفاوتی به طول موج های مختلف دارد و اکنون به نظر می رسد که عوامل بیماری زا خاصی بیشتر مستعد طول موج های کوتاه تر از کوتاه ترین در طیف تولید شده توسط لامپ های معمولی هستند. پیشرفت های اخیر در فناوری لامپ فرابنفش با فشار متوسط (MP) منجر به افزایش خروجی نور UV در طول موج های کمتر از ۲۴۰ nm شده است که باعث شده محققان به پرسش های متعدد حل نشده بپردازند.
آن پرسش ها عبارتند از: کدام طول موج ها یا ترکیب هایی از طول موج ها (اصطلاحاً «طیف عمل») بیشتر بر روی کدام عوامل بیماری زا مؤثر هستند؟ چقدر تابش مورد نیاز برای رسیدن به "4-log" (99.99٪) غیر فعال سازی برای میکروب های مختلف؟ چگونه می توان نسل جدیدی از منابع و حسگرهای UV را به طور قابل اعتمادی کالیبره و اعتبار سنجی کرد در تأسیسات آب در تمام اندازه ها در سراسر آمریکا؟ و چگونه به دقت انجام میکروب های خوش خیم، به عنوان قائم مقام بیماری زا توسط امکانات تست استفاده می شود، نشان دهنده عملکرد غیر فعال سازی در میکروارگانیسم های هدف در طول موج های مختلف؟
تمام آن پرسش ها و بیشتر توسط یک پروژه مشارکتی چند سازمانی به ریاست کارل لیندن در دانشگاه کلرادو در دست بررسی است و توسط بنیاد تحقیقات آب تأمین مالی می شود* با هدف در نهایت توسعه دستورالعمل هایی برای آزمایش سیستم های آینده با استفاده از لامپ های بخار جیوه MP به عنوان منابع UV.
توماس لاراسون از گروه تابش نوری NIST که سهم PML در پروژه آب را رهبری می کند، می گوید: «بیشتر داده های پاسخ طیفی برای عوامل بیماری زا مختلف برای لامپ های جیوه-بخار کم فشار (LP) به عنوان منابع فرابنفش در داخل لوله های آب راه اندازی شده بود.» "آن لامپ ها طیف فرابنفش نسبتا باریکی را تولید می کنند که بر روی ۲۵۴ nm متمرکز است، و گاهی اوقات از آن به عنوان لامپ های 'UV ژرمیکیدال' نام می برد. اما قوانین جدید سازمان حفاظت محیط زیست خواستار دوس های بالاتر هستند، و توجه به منابع فشار متوسط تغییر کرده است، که طیف فرابنفش بسیار گسترده تری تولید می کنند، از جمله طول موج های زیر ۲۴۰ nm، و صرفه جویی در انرژی بالقوه را ارائه می دهند. اما اثرات طول موج های کوتاه تر بر عوامل بیماری زا به خوبی مشخص نشده است. برای برخی میکروب ها تا به حال تنها یک مطالعه واحد انجام شده است.»
آن داده ها حاکی از آن است که اختلاف چشمگیری در غیر فعال شدن میکروب های مختلف در طول موج های مختلف زیر ۲۵۰ nm وجود دارد. در اوائل سال جاری، یک گروه تحقیقاتی پروژه آب متهم به مطالعه آن اثرات از لاراسون پرسید که آیا PML می تواند دوزهای دقیق UV از دستگاه های کالیبره شده NIST را در اختیار باکتری ها و ویروس های مختلف قرار دهد تا طیف عمل خود را تعیین کند یا خیر. لاراسون این درخواست را به SIRCUS PML (تابش طیفی و کالیبراسیون های پاسخگویی درخشش با استفاده از منابع یکنواخت) تسهیلات، که به کار لیزرهای به طور مداوم قابل تنظیم به عنوان منابع تابش. در عرض یک زمان کوتاه، کارکنان SIRCUS در زمان لیزر قابل حمل و دستگاه های مرتبط با آزمایشگاه آزمایش پروژه در ورمانت برای مطالعات برنامه ریزی شده برای نتیجه گیری در پایان سال جاری است.
تجهیزات SIRCUS تابش را از ۲۱۰ نانو متر در سراسر محدوده آزمایشی مورد علاقه به شکل یک پرتو تقریباً کولیم شده منتشر می کند که به نمونه های میکروبی ضربه می بزند که در غذاهای پتری که در زیر خروجی پرتو قرار داده شده اند نگهداری می شوند.
لاراسون می گوید: «در این مرحله، ما تجهیزات و تخصص ها را برای کمک به پروژه برای پیدا کردن ویژگی های واقعی پاسخ دوز برای میکروب های مختلف در طول موج های کوتاه فراهم می کنیم. در میان چیزهای دیگر، که تعیین خواهد کرد که چقدر قدرت شما در لامپ MP نیاز دارید، که به نوبه خود بر هزینه های انرژی تاثیر می گذارد. پس از آن، ما ممکن است در نهایت درگیر در برنامه ریزی کالیبراسیون و استانداردهای اعتبار سنجی برای منابع و سنسورها در محدوده 200 nm تا 300 nm. اما خیلی زود است که بگوییم این همه منجر به کجا خواهد شد.»
با این حال خیلی زود نیست که انجمن آثار آب آمریکا قدردانی خود را اعلام کند. این انجمن در نامه ای در سپتامبر ۲۰۱۲ به کاترین گبی مدیر PML، «تخصص و ابزارهای منحصر به فرد» را که لاراسون به همراه کیث لایکه، استیون براون، پینگ شاین شاو و مایک لین از SIRCUS به این پروژه آورده بود، ستود. در این نامه آمده است که کار آنها «ارائه اطلاعات حیاتی برای درک ما از غیر فعال شدن بیماری زا توسط طیف فرابنفش با طول موج پایین» است که «طراحی درمان برای درمان فرابنفش با فشار متوسط در آب آشامیدنی در سراسر ایالات متحده را تعریف خواهد کرد.»
با تشکر از سهم محققان NIST و تجهیزات SIRCUS، همکاری پاسخگویی طول موج عوامل بیماری زا خاص و قائم مقام های مرتبط با دقت بیشتری را تعیین کرده است.
هارولد رایت از مهندسان کاروللو، شرکت در بویز، آی دی، یکی از مشارکت کنندگان پروژه تحقیقاتی می گوید: «با استفاده از لیزر فرابنفش قابل تنظیم NIST، ما استاندارد طلا را در اندازه گیری پاسخ طول موج میکروب های آزمایش و عوامل بیماری زا آببرد برای کاربردهای ضدفونی فرابنفش در سراسر ایالات متحده توسعه داده ایم.» "من با تام لاراسون و مردمی از NIST در دو پروژه ضد ضد UV حمایت شده توسط بنیاد تحقیقات آب کار کرده اند. با هر دو پروژه، سطحی از تخصص را در کاربرد و اندازه گیری نور فرابنفش که در صنعت ما بی نظیر است، به میز آورده اند.»
این همکاری همچنین ممکن است آثاری فراتر از مسئله ایمنی آب آشامیدنی داشته باشد. لاراسون می گوید: «زمینه های تحقیقاتی فعلی را با حداقل سرمایه گذاری در تجهیزات جدید و نیروی انسانی گسترش می دهد.» "اما آن را نیز فراتر از میکروبیولوژی به زمینه های فن آوری دیگر مانند پردازش مواد (درمان UV)، پزشکی (دستگاه های آزمایش که اندازه گیری قرار گرفتن در معرض UV)، و گسترش قابلیت کالیبراسیون برای تابش و دوز قابل اجرا است."
