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消毒杀菌利器:可调谐紫外线激光器确定最佳杀菌波长

2020-8-3 09:30| 发布者: 安之竹| 查看: 1135| 评论: 0|来自: 《科学仪器评论》

摘要: NIST的科学家们开发了一种系统,该系统使用便携式可调谐激光器来传输控制良好的紫外光束。在此基础上,科罗拉多大学博尔德分校的研究小组利用该系统测试紫外线波长,以了解哪些波长对水消毒最为有效。

由于新冠病毒COVID-19的限制,在等待能够完全进入实验室的间隙,国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology, NIST)的科学家们利用这段时间报告了2012年进行的紫外线ultraviolet, UV)用于饮用水消毒的研究。这项研究于2020年7月由《科学仪器评论》(Review of Scientific Instruments)在线发表。

 

NIST的科学家们开发了一种系统,该系统使用便携式可调激光器来传输控制良好的紫外光束。在此基础上,科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder, UC Boulder)的研究小组利用该系统测试紫外线波长,以了解哪些波长对水消毒最有效。

 

  传统的水辐照系统通常使用一个紫外线灯,其发射的大部分紫外线都只具有单一波长(254nm)。在研究的过程中,人们对能够发出不同波长紫外线的消毒灯的兴趣与日俱增UC Boulder的环境工程师卡尔·林登(Karl Linden)说:“我们在2000年代中期发现,多色紫外线源对病毒灭活更为有效——特别是因为这些灯可以230nm以下的低波长产生紫外线。”。“但很难量化到底有多有效,以及这种效果的机制是什么。”

一位科学家在测试前把水样放在一个定制的平台上。每个水样中都含有微生物,如蓝氏贾第鞭毛虫和腺病毒,这两种微生物都能使人类生病。由T.Larason/NIST提供。


  这种可控紫外线光源使CU Boulder的科学家们能够在不同波长下测试每种微生物。光束源的可调谐性使科学家们能够在很宽的波长范围内(本研究中波长范围为210纳米到300纳米)产生一种带宽小于1nm的极窄光束。同时,该激光的便携性亦可使其被运送到任何进行相应研究的实验室。CU Boulder团队还使用了NIST校准的紫外线探测器,用于测量照射到样品前后的光束

 

由于不同的紫外波长需要不同的反射材料,NIST的研究人员使用了具有不同涂层的反射镜,这些反射膜可以在测试过程中互换。一个散光器被用来分散光束从而生成能够覆盖整个样品均匀光束

 

CU Boulder的科学家们制作了一系列图表,展示了不同的细菌对不同波长紫外线的反应——这是第一批针对某些微生物的此类数据。科学家们说,NIST的设允许更高的精确度,并且实验导致了一些意想不到的结果。例如,当波长降低到240nm以下时,一些病毒表现出更高的敏感性。但对于其他病原体,如贾第鞭毛虫Giardia即便波长变的更低紫外线敏感性也基本保存不变

 

UC Boulder的环境工程师萨拉•贝克说:“这项研究的结果已经被供水公司、监管机构和其它直接从事水和空气消毒工作的紫外线领域的人员广泛使用。”

 

尽管该系统是为水样测试而设计,但NIST的研究人员相信它可以用来探索紫外线对固体表面和空气中细菌的杀灭效果。例如,为了减少医院获得性感染,一些医疗中心用机器人携带的紫外线消毒光束对房间进行喷射。但研究人员说,这些机器人的使用还没有真正的标准可循“对用于辐照表面的设备,有很多变量。你怎么知道他们在工作?研究员汤姆拉拉森说。NIST开发的系统可能有助于开发标准方法来测试不同型号的消毒机器人。另一个潜在的项目可能是研究阳光对新型冠状病毒的影响,无论是在空气中还是在表面上。


  最初的合作团队希望将该激光系统用于其他与水消毒相关的未来项目。贝克说:“微生物和病毒对不同紫外线波长的敏感性仍然与当前水和空气的消毒实践密切相关,特别是考虑到新技术的发展以及新的消毒挑战,例如与COVID-19和医院获得性感染有关的挑战。”

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