أحد الأمور الملحة لنشر وصف كامل لنظام NIST هو أن يتصور الباحثون استخدام هذا الإعداد للأشعة فوق البنفسجية لإجراء تجارب جديدة تتجاوز دراسة مياه الشرب وتطهير الأسطح الصلبة والهواء. يمكن أن تشمل التطبيقات المحتملة تطهيرًا أفضل للأشعة فوق البنفسجية لغرف المستشفيات وحتى دراسات حول كيفية تعطيل أشعة الشمس للفيروس التاجي المسؤول عن COVID-19.
& مثل ؛ على حد علمي ، لم يقم أحد بتكرار هذا العمل ، على الأقل ليس من أجل البحث البيولوجي ،&مثل ؛ قال لارسون.&مثل ؛ هذا هو سبب رغبتنا في نشر هذه الورقة الآن.&مثل ؛
جيد بما يكفي للشرب
للأشعة فوق البنفسجية أطوال موجية أقصر من أن تراها العين البشرية. تتراوح الأشعة فوق البنفسجية من حوالي 100 نانومتر (نانومتر) إلى 400 نانومتر ، بينما يمكن للبشر رؤية قوس قزح من اللون البنفسجي (حوالي 400 نانومتر) إلى الأحمر (حوالي 750 نانومتر).
تتمثل إحدى طرق تعقيم مياه الشرب في تشعيعها بالأشعة فوق البنفسجية ، التي تكسر الكائنات الحية الدقيقة الضارة&# 39 ؛ الحمض النووي والجزيئات ذات الصلة.
في وقت الدراسة الأصلية ، استخدمت معظم أنظمة تشعيع الماء مصباحًا فوق البنفسجي ينبعث منه معظم ضوء الأشعة فوق البنفسجية بطول موجي واحد ، 254 نانومتر. على الرغم من ذلك ، أبدت شركات مرافق المياه ، لسنوات ، اهتمامًا متزايدًا بنوع مختلف من مصابيح التطهير التي كانت&مثل ؛ متعدد الألوان ،&مثل ؛ مما يعني أنه ينبعث من الأشعة فوق البنفسجية بأطوال موجية مختلفة متعددة. قال كارل ليندن ، مهندس بيئي بجامعة كولورادو بولدر (CU Boulder) والذي كان الباحث الرئيسي في دراسة عام 2012 ، إن فعالية المصابيح الجديدة لم يتم تحديدها جيدًا.
في عام 2012 ، كانت مجموعة من علماء الأحياء الدقيقة ومهندسي البيئة بقيادة CU Boulder مهتمة بإضافة قاعدة المعرفة التي تمتلكها شركات مرافق المياه فيما يتعلق بتطهير الأشعة فوق البنفسجية. بتمويل من Water Research Foundation ، وهي منظمة غير ربحية ، كان العلماء يتطلعون إلى اختبار منهجي لمدى حساسية الجراثيم المختلفة للأطوال الموجية المختلفة للأشعة فوق البنفسجية.
في العادة ، كان مصدر الضوء لهذه التجارب عبارة عن مصباح يولد نطاقًا واسعًا من الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية. لتضييق نطاق الترددات قدر الإمكان ، قام الباحثون&# 39 ؛ كانت الخطة تسليط الضوء من خلال المرشحات. لكن هذا لا يزال ينتج عنه نطاقات ضوئية واسعة نسبيًا يبلغ قطرها 10 نانومتر ، وكانت الترددات غير المرغوب فيها ستنزف عبر الفلتر ، مما يجعل من الصعب تحديد الأطوال الموجية التي كانت تعطل كل كائن حي دقيق.
أراد علماء الأحياء الدقيقة والمهندسون مصدرًا أكثر نظافة ويمكن التحكم فيه لضوء الأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، دعوا NIST للمساعدة.
قام المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) بتطوير وبناء وتشغيل نظام لتوصيل حزمة الأشعة فوق البنفسجية التي يتم التحكم فيها جيدًا إلى كل عينة من الكائنات الحية الدقيقة التي يتم اختبارها. تضمن الإعداد وضع العينة المعنية - طبق بتري مملوء بالماء بتركيز معين لإحدى العينات - في حاوية محكمة الإغلاق.
ما يجعل هذه التجربة فريدة من نوعها هو أن NIST صمم حزمة الأشعة فوق البنفسجية ليتم توصيلها بواسطة ليزر قابل للضبط.&مثل ؛ Tunable&مثل ؛ يعني أنه يمكن أن ينتج شعاعًا من الضوء بعرض نطاق ضيق للغاية - أقل من نانومتر واحد - على مدى واسع من الأطوال الموجية ، في هذه الحالة من 210 نانومتر إلى 300 نانومتر. كان الليزر أيضًا محمولًا ، مما سمح للعلماء بإحضاره إلى المختبر حيث يجري العمل. استخدم الباحثون أيضًا كاشفًا للأشعة فوق البنفسجية مُعايرًا من قبل المعهد القومي للمعايير والتقنية (NIST) لقياس الضوء الذي يسقط على طبق بتري قبل وبعد كل قياس ، للتأكد من أنهم يعرفون حقًا مقدار الضوء الذي يصيب كل عينة.
كان هناك الكثير من التحديات لتشغيل النظام. نقل الباحثون ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى طبق بتري بسلسلة من المرايا. ومع ذلك ، تتطلب الأطوال الموجية المختلفة للأشعة فوق البنفسجية مواد عاكسة مختلفة ، لذلك كان على الباحثين في المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) تصميم نظام يستخدم المرايا ذات الطلاءات العاكسة المختلفة التي يمكنهم تبديلها بين عمليات الاختبار. كان عليهم أيضًا شراء موزع ضوئي لأخذ شعاع الليزر - الذي يتميز بكثافة أعلى في المركز - ونشره بحيث يكون متجانسًا عبر عينة الماء بأكملها.
كانت النتيجة النهائية عبارة عن سلسلة من الرسوم البيانية التي أظهرت كيف استجابت الجراثيم المختلفة للأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية المختلفة - وهي البيانات الأولى لبعض الميكروبات - بدقة أكبر من أي وقت مضى تم قياسها من قبل. ووجد الفريق بعض النتائج غير المتوقعة. على سبيل المثال ، أظهرت الفيروسات حساسية متزايدة حيث انخفضت الأطوال الموجية إلى أقل من 240 نانومتر. ولكن بالنسبة لمسببات الأمراض الأخرى مثل الجيارديا ، كانت حساسية الأشعة فوق البنفسجية متماثلة تقريبًا حتى مع انخفاض الأطوال الموجية.
& مثل ؛ تم استخدام نتائج هذه الدراسة بشكل متكرر من قبل شركات مرافق المياه والهيئات التنظيمية وغيرها في مجال الأشعة فوق البنفسجية الذين يعملون مباشرة على تطهير المياه - وكذلك الهواء ،&" قالت مهندسة البيئة بجامعة CU Boulder ، سارة بيك ، المؤلف الأول لثلاث أوراق تم إنتاجها من عمل 2012.&مثل ؛ فهم الأطوال الموجية للضوء التي تعطل مسببات الأمراض المختلفة يمكن أن تجعل ممارسات التطهير أكثر دقة وكفاءة ،&مثل ؛ قالت.
أنا روبوت يعمل بالأشعة فوق البنفسجية
يمكن أيضًا استخدام نفس النظام الذي صممه المعهد القومي للمعايير والتقنية (NIST) لتقديم نطاق ضيق ومحكم من ضوء الأشعة فوق البنفسجية لعينات المياه في التجارب المستقبلية مع التطبيقات المحتملة الأخرى.
على سبيل المثال ، يأمل الباحثون في استكشاف مدى فعالية الأشعة فوق البنفسجية في قتل الجراثيم على الأسطح الصلبة مثل تلك الموجودة في غرف المستشفى ، وحتى الجراثيم المعلقة في الهواء. في محاولة للحد من الإصابات المكتسبة من المستشفيات ، قامت بعض المراكز الطبية بتفجير الغرف بشعاع تعقيم من الأشعة فوق البنفسجية التي تحملها الروبوتات.
قال الباحثون إنه لا توجد معايير حقيقية حتى الآن لاستخدام هذه الروبوتات ، لذا على الرغم من أنها يمكن أن تكون فعالة ، إلا أنه من الصعب معرفة مدى فعالية أو مقارنة نقاط القوة في النماذج المختلفة.
& مثل ؛ بالنسبة للأجهزة التي تشع الأسطح ، هناك الكثير من المتغيرات. كيف تعرف أنهم&# 39 ؛ يعملون؟&مثل ؛ قال لارسون. قد يكون نظام مثل NIST&مفيدًا لتطوير طريقة قياسية لاختبار نماذج مختلفة من روبوتات التطهير.
قال لاراسون إن مشروعًا محتملاً آخر يمكن أن يدرس تأثير ضوء الشمس على فيروس كورونا الجديد ، سواء في الهواء أو على الأسطح. وقال المتعاونون الأصليون إنهم يأملون في استخدام نظام الليزر للمشاريع المستقبلية المتعلقة بتطهير المياه.
& مثل ؛ حساسية الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات للأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية المختلفة لا تزال وثيقة الصلة بممارسات تطهير المياه والهواء الحالية ،&مثل ؛ قال بيك ،&مثل ؛ لا سيما بالنظر إلى تطوير تقنيات جديدة بالإضافة إلى تحديات التطهير الجديدة ، مثل تلك المرتبطة بـ COVID-19 والالتهابات المكتسبة من المستشفيات ، على سبيل المثال.&مثل ؛
