Satu desakan untuk menerbitkan penerangan penuh sistem NIST adalah bahawa penyelidik membayangkan menggunakan persediaan UV ini untuk eksperimen baru yang melampaui kajian air minum dan ke dalam pembasmian permukaan pepejal dan udara. Aplikasi yang berpotensi termasuk pembasmian kuman UV yang lebih baik di bilik hospital dan juga kajian bagaimana cahaya matahari mengaktifkan koronavirus yang bertanggungjawab untuk COVID-19.
"Setakat yang saya tahu, tiada siapa yang membuat pendua kerja ini, sekurang-kurangnya bukan untuk penyelidikan biologi," kata Larason. "Itulah sebabnya kami ingin mendapatkan kertas ini keluar sekarang."
Cukup baik untuk minum
Cahaya ultraviolet mempunyai gelombang yang terlalu pendek untuk mata manusia untuk melihat. Julat UV dari kira-kira 100 nanometer (nm) hingga 400 nm, manakala manusia dapat melihat pelangi warna dari violet (kira-kira 400 nm) hingga merah (kira-kira 750 nm).
Salah satu cara untuk membasmi air minuman adalah dengan menyapunya dengan cahaya UV, yang memecahkan DNA mikroorganisma berbahaya dan molekul yang berkaitan.
Pada masa kajian asal, kebanyakan sistem irradiation air menggunakan lampu UV yang mengeluarkan sebahagian besar cahaya UV pada satu gelombang, 254 nm. Walau bagaimanapun, selama bertahun-tahun, syarikat utiliti air telah menunjukkan minat yang semakin meningkat dalam pelbagai jenis lampu pembasmian kuman yang "polychromatic," yang bermaksud ia mengeluarkan cahaya UV pada pelbagai gelombang yang berbeza. Tetapi keberkesanan lampu baru tidak ditakrifkan dengan baik, kata Karl Linden, seorang jurutera alam sekitar University of Colorado Boulder (CU Boulder) yang merupakan penyiasat utama kajian 2012.
Pada tahun 2012, sekumpulan ahli mikrobiologi dan jurutera alam sekitar yang diketuai oleh CU Boulder berminat untuk menambah asas pengetahuan bahawa syarikat utiliti air mempunyai mengenai pembasmian kuman UV. Dengan pembiayaan daripada Yayasan Penyelidikan Air, sebuah organisasi bukan untung, para saintis ingin menguji secara kaedah bagaimana sensitif pelbagai kuman adalah untuk gelombang cahaya UV yang berbeza.
Biasanya, sumber cahaya untuk eksperimen ini akan menjadi lampu yang menghasilkan pelbagai gelombang UV. Untuk menyempitkan band frekuensi sebanyak mungkin, rancangan penyelidik adalah untuk bersinar cahaya melalui penapis. Tetapi itu masih akan menghasilkan band cahaya yang agak luas, 10-nm cahaya, dan kekerapan yang tidak diingini akan berdarah melalui penapis, menjadikannya sukar untuk menentukan dengan tepat gelombang mana yang tidak mengaktifkan setiap mikroorganisma.
Ahli mikrobiologi dan jurutera mahukan sumber yang lebih bersih dan terkawal untuk cahaya UV. Jadi, mereka memanggil NIST untuk membantu.
NIST dibangunkan, dibina dan mengendalikan sistem untuk menyampaikan rasuk UV yang terkawal dengan baik ke setiap sampel mikroorganisma yang sedang diuji. Persediaan yang terlibat meletakkan sampel yang dipersoalkan -- hidangan petri yang dipenuhi dengan air dengan kepekatan tertentu salah satu spesimen -- ke dalam kandang yang ketat ringan.
Apa yang membuat eksperimen ini unik adalah bahawa NIST mereka bentuk rasuk UV untuk dihantar oleh laser yang boleh ditala. "Tunable" bermakna ia boleh menghasilkan rasuk cahaya dengan lebar jalur yang sangat sempit -- kurang daripada nanometer tunggal -- ke atas pelbagai gelombang, dalam kes ini dari 210 nm hingga 300 nm. Laser ini juga mudah alih, membolehkan saintis membawanya ke makmal di mana kerja-kerja sedang dijalankan. Penyelidik juga menggunakan pengesan UV berkaliber NIST untuk mengukur cahaya yang memukul hidangan petri sebelum dan selepas setiap pengukuran, untuk memastikan mereka benar-benar tahu berapa banyak cahaya yang memukul setiap sampel.
Terdapat banyak cabaran untuk mendapatkan sistem untuk bekerja. Para penyelidik mengibarkan cahaya UV ke hidangan petri dengan satu siri cermin. Walau bagaimanapun, gelombang UV yang berbeza memerlukan bahan reflektif yang berbeza, jadi penyelidik NIST terpaksa mereka bentuk sistem yang menggunakan cermin dengan pelbagai salutan reflektif bahawa mereka boleh bertukar-tukar antara ujian berjalan. Mereka juga harus mendapatkan diffuser cahaya untuk mengambil rasuk laser -- yang memiliki keamatan yang lebih tinggi di pusat -- dan menyebarkannya sehingga seragam di seluruh sampel air.
Hasil akhirnya adalah satu siri graf yang menunjukkan bagaimana kuman yang berbeza bertindak balas kepada cahaya UV gelombang yang berbeza -- data pertama untuk beberapa mikrob -- dengan ketepatan yang lebih besar daripada yang pernah diukur sebelum ini. Dan pasukan itu mendapati beberapa keputusan yang tidak dijangka. Sebagai contoh, virus menunjukkan peningkatan sensitiviti kerana gelombang menurun di bawah 240 nm. Tetapi untuk patogen lain seperti Giardia, sensitiviti UV adalah kira-kira sama walaupun gelombang menjadi lebih rendah.
"Hasil daripada kajian ini telah digunakan dengan kerap oleh syarikat utiliti air, agensi kawal selia dan lain-lain dalam bidang UV yang bekerja secara langsung dengan air -- dan juga pembasmian kuman," kata jurutera alam sekitar CU Boulder Sara Beck, pengarang pertama mengenai tiga kertas kerja yang dihasilkan daripada kerja-kerja 2012 ini. "Memahami gelombang cahaya yang tidak berkesan patogen yang berbeza boleh menjadikan amalan pembasmian kuman lebih tepat dan cekap," katanya.
Aku, Robot UV
Sistem yang sama yang nist direka untuk menyampaikan band yang terkawal dan sempit cahaya UV kepada sampel air juga boleh digunakan untuk eksperimen masa depan dengan aplikasi berpotensi lain.
Sebagai contoh, penyelidik berharap untuk meneroka sejauh mana cahaya UV membunuh kuman pada permukaan pepejal seperti yang terdapat di bilik hospital, dan juga kuman digantung di udara. Dalam usaha untuk mengurangkan jangkitan yang diperoleh hospital, beberapa pusat perubatan telah meletupkan bilik dengan rasuk pensterilan sinaran UV yang dibawa oleh robot.
Tetapi tidak ada standard sebenar lagi untuk menggunakan robot ini, para penyelidik berkata, jadi walaupun mereka boleh menjadi berkesan, sukar untuk mengetahui bagaimana berkesan, atau membandingkan kekuatan model yang berbeza.
"Untuk peranti yang tidak dapat dipulihkan permukaan, terdapat banyak pemboleh ubah. Bagaimana anda tahu mereka bekerja?" Larason berkata. Sistem seperti NIST boleh berguna untuk membangunkan cara standard untuk menguji model bot pembasmian kuman yang berbeza.
Satu lagi projek berpotensi boleh mengkaji kesan cahaya matahari terhadap novel koronavirus, baik di udara dan di permukaan, kata Larason. Dan kolaborator asal berkata mereka berharap untuk menggunakan sistem laser untuk projek masa depan yang berkaitan dengan pembasmian kuman air.
"Sensitiviti mikroorganisma dan virus kepada gelombang UV yang berbeza masih sangat relevan untuk amalan pembasmian kuman air dan udara semasa," kata Beck, "terutamanya memandangkan perkembangan teknologi baru serta cabaran pembasmian kuman baru, seperti yang berkaitan dengan COVID-19 dan jangkitan yang diperoleh hospital, sebagai contoh."
