Eine Dringlichkeit für die Veröffentlichung einer vollständigen Beschreibung des NIST-Systems besteht darin, dass die Forscher sich vorstellen, diesen UV-Aufbau für neue Experimente zu verwenden, die über die Untersuchung von Trinkwasser und die Desinfektion von festen Oberflächen und Luft hinausgehen. Zu den möglichen Anwendungen könnten eine bessere UV-Desinfektion von Krankenhauszimmern und sogar Studien darüber gehören, wie Sonnenlicht das für COVID-19 verantwortliche Coronavirus inaktiviert.
& quot;Soweit ich weiß, hat niemand diese Arbeit vervielfältigt, zumindest nicht für die biologische Forschung," sagte Larason."Deshalb wollen wir dieses Papier jetzt herausbringen.&Zitat;
Gut genug zu trinken
Ultraviolettes Licht hat Wellenlängen, die für das menschliche Auge zu kurz sind. UV reicht von etwa 100 Nanometer (nm) bis 400 nm, während der Mensch einen Regenbogen von Farben von Violett (etwa 400 nm) bis Rot (etwa 750 nm) sehen kann.
Eine Möglichkeit zur Desinfektion von Trinkwasser ist die Bestrahlung mit UV-Licht, das schädliche Mikroorganismen abbaut' DNA und verwandte Moleküle.
Zum Zeitpunkt der ursprünglichen Studie verwendeten die meisten Wasserbestrahlungssysteme eine UV-Lampe, die den größten Teil ihres UV-Lichts bei einer einzigen Wellenlänge von 254 nm emittiert. Seit Jahren zeigten Wasserversorgungsunternehmen jedoch zunehmendes Interesse an einer anderen Art von Desinfektionslampe, die"polychromatisch," Das bedeutet, dass es UV-Licht mit mehreren verschiedenen Wellenlängen emittiert. Die Wirksamkeit der neuen Lampen sei jedoch nicht genau definiert, sagte Karl Linden, ein Umweltingenieur der University of Colorado Boulder (CU Boulder), der an der Studie von 2012 federführend beteiligt war.
Im Jahr 2012 war eine Gruppe von Mikrobiologen und Umweltingenieuren unter der Leitung von CU Boulder daran interessiert, die Wissensbasis der Wasserversorgungsunternehmen in Bezug auf die UV-Desinfektion zu erweitern. Mit Mitteln der Water Research Foundation, einer gemeinnützigen Organisation, wollten die Wissenschaftler methodisch testen, wie empfindlich verschiedene Keime auf unterschiedliche Wellenlängen des UV-Lichts reagieren.
Normalerweise wäre die Lichtquelle für diese Experimente eine Lampe gewesen, die ein breites Spektrum an UV-Wellenlängen erzeugt. Um das Frequenzband so weit wie möglich einzuengen, haben die Forscher' Der Plan war, das Licht durch Filter zu leuchten. Aber das hätte immer noch relativ breite 10-nm-Lichtbänder erzeugt, und unerwünschte Frequenzen wären durch den Filter gedrungen, was es schwierig machte, genau zu bestimmen, welche Wellenlängen jeden Mikroorganismus inaktivierten.
Die Mikrobiologen und Ingenieure wollten eine sauberere, besser kontrollierbare Quelle für das UV-Licht. Also riefen sie NIST an, um zu helfen.
NIST hat ein System entwickelt, gebaut und betrieben, um jede Probe der getesteten Mikroorganismen mit einem gut kontrollierten UV-Strahl zu bestrahlen. Dabei wurde die fragliche Probe – eine mit Wasser gefüllte Petrischale mit einer bestimmten Konzentration einer der Proben – in ein lichtdichtes Gehäuse gestellt.
Was dieses Experiment einzigartig macht, ist, dass NIST den UV-Strahl so konzipiert hat, dass er von einem durchstimmbaren Laser geliefert wird."Abstimmbar" bedeutet, dass es einen Lichtstrahl mit einer extrem schmalen Bandbreite – weniger als einem einzigen Nanometer – über einen weiten Wellenlängenbereich erzeugen kann, in diesem Fall von 210 nm bis 300 nm. Der Laser war auch tragbar, sodass Wissenschaftler ihn in das Labor bringen konnten, in dem die Arbeit durchgeführt wurde. Die Forscher verwendeten außerdem einen NIST-kalibrierten UV-Detektor, um das auf die Petrischale auftreffende Licht vor und nach jeder Messung zu messen, um sicherzustellen, dass sie wirklich wussten, wie viel Licht auf jede Probe trifft.
Es gab viele Herausforderungen, um das System zum Laufen zu bringen. Die Forscher übertrugen das UV-Licht mit einer Reihe von Spiegeln auf die Petrischale. Unterschiedliche UV-Wellenlängen erfordern jedoch unterschiedliche reflektierende Materialien, daher mussten die NIST-Forscher ein System entwickeln, das Spiegel mit verschiedenen reflektierenden Beschichtungen verwendet, die sie zwischen den Testläufen austauschen können. Außerdem mussten sie einen Lichtdiffusor besorgen, um den Laserstrahl – der in der Mitte eine höhere Intensität hat – aufzunehmen und so zu verteilen, dass er gleichmäßig über die gesamte Wasserprobe verteilt ist.
Das Endergebnis war eine Reihe von Grafiken, die zeigten, wie verschiedene Keime auf UV-Licht unterschiedlicher Wellenlängen reagierten – die ersten Daten für einige der Mikroben – mit größerer Präzision als je zuvor gemessen. Und das Team fand einige unerwartete Ergebnisse. Zum Beispiel zeigten die Viren eine erhöhte Empfindlichkeit, wenn die Wellenlängen unter 240 nm abnahmen. Aber für andere Krankheitserreger wie Giardia war die UV-Empfindlichkeit ungefähr gleich, selbst wenn die Wellenlängen niedriger wurden.
& quot;Die Ergebnisse dieser Studie wurden ziemlich häufig von Wasserversorgungsunternehmen, Aufsichtsbehörden und anderen im UV-Bereich verwendet, die direkt an der Desinfektion von Wasser – und auch Luft – arbeiten," sagte Sara Beck, Umweltingenieurin von CU Boulder, Erstautorin von drei Papieren, die aus dieser Arbeit von 2012 hervorgegangen sind."Verstehen, welche Lichtwellenlängen verschiedene Krankheitserreger inaktivieren, kann Desinfektionspraktiken präziser und effizienter machen," Sie sagte.
Ich, UV-Roboter
Das gleiche System, das NIST für die Abgabe eines kontrollierten, schmalen UV-Lichtbandes an Wasserproben entwickelt hat, kann auch für zukünftige Experimente mit anderen potenziellen Anwendungen verwendet werden.
Forscher hoffen beispielsweise zu untersuchen, wie gut UV-Licht Keime auf festen Oberflächen, wie sie in Krankenhauszimmern vorkommen, und sogar in der Luft schwebende Keime abtötet. In dem Bemühen, im Krankenhaus erworbene Infektionen zu reduzieren, haben einige medizinische Zentren Räume mit einem sterilisierenden UV-Strahl von Robotern bestrahlt.
Aber es gibt noch keine wirklichen Standards für den Einsatz dieser Roboter, sagten die Forscher. Obwohl sie effektiv sein können, ist es'schwer zu wissen, wie effektiv oder die Stärken verschiedener Modelle zu vergleichen sind.
& quot;Bei Geräten, die Oberflächen bestrahlen, gibt es viele Variablen. Woher wissen Sie, dass sie'arbeiten?&Zitat; sagte Larason. Ein System wie NIST's könnte nützlich sein, um eine Standardmethode zum Testen verschiedener Modelle von Desinfektionsrobotern zu entwickeln.
Ein weiteres potenzielles Projekt könnte die Auswirkungen von Sonnenlicht auf das neuartige Coronavirus sowohl in der Luft als auch auf Oberflächen untersuchen, sagte Larason. Und die ursprünglichen Mitarbeiter sagten, sie hoffen, das Lasersystem für zukünftige Projekte zur Wasserdesinfektion einsetzen zu können.
& quot;Die Empfindlichkeit von Mikroorganismen und Viren gegenüber unterschiedlichen UV-Wellenlängen ist für die derzeitige Wasser- und Luftdesinfektion nach wie vor sehr relevant," Beck sagte:"insbesondere angesichts der Entwicklung neuer Technologien sowie neuer Herausforderungen bei der Desinfektion, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit COVID-19 und im Krankenhaus erworbenen Infektionen stehen.&Zitat;
