Un'urgenza per la pubblicazione di una descrizione completa del sistema NIST è che i ricercatori prevedono di utilizzare questa configurazione UV per nuovi esperimenti che vanno oltre lo studio dell'acqua potabile e nella disinfezione delle superfici solide e dell'aria. Le potenziali applicazioni potrebbero includere una migliore disinfezione UV delle stanze d'ospedale e persino studi su come la luce solare inattiva il coronavirus responsabile del COVID-19.
& quot;Per quanto ne so, nessuno ha duplicato questo lavoro, almeno non per la ricerca biologica," ha detto Larason."Questo'è il motivo per cui vogliamo pubblicare questo articolo adesso."
Abbastanza buono da bere
La luce ultravioletta ha lunghezze d'onda troppo corte per essere viste dall'occhio umano. Gli UV vanno da circa 100 nanometri (nm) a 400 nm, mentre gli esseri umani possono vedere un arcobaleno di colori dal viola (circa 400 nm) al rosso (circa 750 nm).
Un modo per disinfettare l'acqua potabile è irradiarla con luce UV, che abbatte i microrganismi dannosi' DNA e molecole correlate.
All'epoca dello studio originale, la maggior parte dei sistemi di irradiazione dell'acqua utilizzava una lampada UV che emetteva la maggior parte della sua luce UV a una singola lunghezza d'onda, 254 nm. Per anni, tuttavia, le società di servizi idrici avevano mostrato un interesse crescente per un diverso tipo di lampada per la disinfezione che fosse"policromatica," il che significa che emette luce UV a più lunghezze d'onda diverse. Ma l'efficacia delle nuove lampade non era ben definita, ha affermato Karl Linden, un ingegnere ambientale dell'Università del Colorado Boulder (CU Boulder) che è stato uno dei principali ricercatori dello studio del 2012.
Nel 2012, un gruppo di microbiologi e ingegneri ambientali guidati da CU Boulder era interessato ad aggiungere alla base di conoscenze che le società di servizi idrici avevano riguardo alla disinfezione UV. Con il finanziamento della Water Research Foundation, un'organizzazione senza scopo di lucro, gli scienziati stavano cercando di testare metodicamente la sensibilità dei vari germi alle diverse lunghezze d'onda della luce UV.
Normalmente, la fonte di luce per questi esperimenti sarebbe stata una lampada che genera un'ampia gamma di lunghezze d'onda UV. Per restringere il più possibile la banda delle frequenze, i ricercatori' il piano era far brillare la luce attraverso i filtri. Ma ciò avrebbe comunque prodotto bande di luce relativamente ampie, di 10 nm, e frequenze indesiderate avrebbero attraversato il filtro, rendendo difficile determinare esattamente quali lunghezze d'onda stavano inattivando ciascun microrganismo.
I microbiologi e gli ingegneri volevano una fonte più pulita e controllabile per la luce UV. Quindi, hanno chiesto aiuto al NIST.
Il NIST ha sviluppato, costruito e gestito un sistema per fornire un raggio UV ben controllato su ciascun campione di microrganismi in fase di test. L'allestimento prevedeva di mettere il campione in questione - una capsula di Petri piena d'acqua con una certa concentrazione di uno dei campioni - in un recinto a tenuta di luce.
Ciò che rende unico questo esperimento è che il NIST ha progettato il raggio UV per essere consegnato da un laser sintonizzabile."Regolabile" significa che può produrre un raggio di luce con una larghezza di banda estremamente stretta - meno di un singolo nanometro - su un'ampia gamma di lunghezze d'onda, in questo caso da 210 nm a 300 nm. Il laser era anche portatile, consentendo agli scienziati di portarlo nel laboratorio in cui si stava svolgendo il lavoro. I ricercatori hanno anche utilizzato un rilevatore UV calibrato dal NIST per misurare la luce che colpisce la capsula di Petri prima e dopo ogni misurazione, per assicurarsi di sapere davvero quanta luce colpisce ogni campione.
Ci sono state molte sfide per far funzionare il sistema. I ricercatori hanno traghettato la luce UV alla capsula di Petri con una serie di specchi. Tuttavia, lunghezze d'onda UV diverse richiedono materiali riflettenti diversi, quindi i ricercatori del NIST hanno dovuto progettare un sistema che utilizzasse specchi con vari rivestimenti riflettenti che potevano sostituire tra le prove. Hanno anche dovuto procurarsi un diffusore di luce per prendere il raggio laser, che ha una maggiore intensità al centro, e distribuirlo in modo che fosse uniforme su tutto il campione d'acqua.
Il risultato finale è stata una serie di grafici che hanno mostrato come diversi germi hanno risposto alla luce UV di diverse lunghezze d'onda - i primi dati per alcuni microbi - con una precisione mai misurata prima. E il team ha trovato alcuni risultati inaspettati. Ad esempio, i virus hanno mostrato una maggiore sensibilità quando le lunghezze d'onda sono diminuite al di sotto di 240 nm. Ma per altri agenti patogeni come Giardia, la sensibilità ai raggi UV era più o meno la stessa anche se le lunghezze d'onda si abbassavano.
& quot;I risultati di questo studio sono stati utilizzati abbastanza frequentemente da società di servizi idrici, agenzie di regolamentazione e altri nel campo degli UV che lavorano direttamente sulla disinfezione dell'acqua - e anche dell'aria," ha affermato Sara Beck, ingegnere ambientale di CU Boulder, prima autrice di tre articoli prodotti da questo lavoro del 2012."Capire quali lunghezze d'onda della luce inattivano diversi agenti patogeni può rendere le pratiche di disinfezione più precise ed efficienti," lei disse.
Io, Robot UV
Lo stesso sistema progettato dal NIST per fornire una banda stretta e controllata di luce UV ai campioni d'acqua può essere utilizzato anche per esperimenti futuri con altre potenziali applicazioni.
Ad esempio, i ricercatori sperano di esplorare quanto bene la luce UV uccida i germi su superfici solide come quelle che si trovano nelle stanze d'ospedale e persino i germi sospesi nell'aria. Nel tentativo di ridurre le infezioni acquisite in ospedale, alcuni centri medici hanno fatto esplodere le stanze con un raggio sterilizzante di radiazioni UV trasportate da robot.
Ma non ci sono ancora standard reali per l'uso di questi robot, hanno detto i ricercatori, quindi sebbene possano essere efficaci, è difficile sapere quanto siano efficaci o confrontare i punti di forza dei diversi modelli.
& quot;Per i dispositivi che irradiano superfici, ci sono molte variabili. Come fai a sapere che'stanno lavorando?" ha detto Larason. Un sistema come NIST's potrebbe essere utile per sviluppare un modo standard per testare diversi modelli di robot di disinfezione.
Un altro potenziale progetto potrebbe esaminare l'effetto della luce solare sul nuovo coronavirus, sia nell'aria che sulle superfici, ha affermato Larason. E i collaboratori originali hanno affermato di sperare di utilizzare il sistema laser per progetti futuri relativi alla disinfezione dell'acqua.
& quot;La sensibilità di microrganismi e virus alle diverse lunghezze d'onda UV è ancora molto rilevante per le attuali pratiche di disinfezione dell'acqua e dell'aria," Beck ha detto,"soprattutto in considerazione dello sviluppo di nuove tecnologie e delle nuove sfide di disinfezione, come quelle associate al COVID-19 e alle infezioni acquisite in ospedale, per esempio."
