COVID-19 제한으로 인해 실험실에 대한 완전한 접근을 기다리는 동안 국립 표준 기술 연구소 (NIST)의 과학자들은 자외선 (UV) 빛을 사용하여 식수 소독에 대해 수행 한 선구적인 연구의 기술적 세부 사항을보고 할 수있는 드문 기회를 취했습니다.
2012년, NIST 과학자와 협력자들은 물 유틸리티 회사에 잠재적인 이점을 가진 몇 가지 근본적인 연구 결과에 대한 몇 가지 논문을 발표했습니다. 그러나 이 기사는 작업을 가능하게 한 조사 설정을 완전히 설명하지 못했습니다.
이제 처음으로 NIST 연구원들은 휴대용 레이저에 의존하여 UV 광의 다른 파장이 물에서 다른 미생물을 얼마나 잘 활성화했는지 테스트하는 독특한 실험의 기술적 세부 사항을 게시하고 있습니다. 이 작품은 과학 기기의 검토에 오늘 나타납니다 (RSI).
NIST 시스템에 대한 전체 설명을 게시하는 한 가지 긴급성은 연구원들이 식수 연구를 넘어 고체 표면과 공기의 소독으로 가는 새로운 실험을 위해 이 UV 설정을 사용하는 것을 구상한다는 것입니다. 잠재적인 응용 프로그램은 병원 실의 더 나은 UV 소독및 햇빛이 COVID-19를 담당하는 코로나 바이러스를 어떻게 비활성화하는지에 대한 연구를 포함 할 수 있습니다.
"내가 아는 한, 아무도 이 일을 복제하지 않았습니다, 적어도 생물학 연구를 위해," Larason는 말했습니다. "그래서 우리는 지금 이 논문을 꺼내고 싶어합니다."
마실 수 있을 만큼 좋음
자외선에는 사람의 눈이 보기에 너무 짧은 파장이 있습니다. UV 범위는 약 100나노미터(nm)에서 400nm까지 다양하지만, 인간은 보라색(약 400nm)에서 빨간색(약 750nm)까지 무지개를 볼 수 있습니다.
식수를 소독하는 한 가지 방법은 유해한 미생물의 DNA 및 관련 분자를 분해하는 UV 빛으로 조사하는 것입니다.
원래 연구의 시간에, 대부분의 물 조사 시스템은 하나의 파장, 254 nm에서 UV 빛의 대부분을 방출 UV 램프를 사용했다. 그러나 수년 동안 물 유틸리티 회사들은 여러 가지 파장에서 UV 빛을 방출한다는 것을 의미하는 "다색색"인 다른 유형의 소독 램프에 대한 관심이 증가하는 것으로 나타났습니다. 그러나 새로운 램프의 효과는 잘 정의되지 않았다, 칼 린든, 콜로라도 볼더 대학 (CU 볼더) 2012 연구에 주요 조사자이었다 환경 엔지니어말했다.
2012년 CU Boulder가 이끄는 미생물학자 와 환경 엔지니어 그룹은 수자원 유틸리티 회사가 UV 소독에 대해 가지고 있던 지식 기반을 추가하는 데 관심이 있었습니다. 비영리 단체인 물 연구 재단의 자금 지원을 통해 과학자들은 다양한 세균이 다양한 자외선의 파장에 얼마나 민감한지 체계적으로 테스트하려고 했습니다.
일반적으로 이러한 실험의 광원은 광범위한 UV 파장을 생성하는 램프였을 것입니다. 가능한 한 주파수의 밴드를 좁히기 위해, 연구원의 계획은 필터를 통해 빛을 비추는 것이었습니다. 그러나 그것은 여전히 상대적으로 넓은 생산 했을 것 이다, 빛의 10-nm 밴드, 원치 않는 주파수 필터를 통해 피를 것 이다, 어떤 파장이 각 미생물을 비활성화 했다 정확 하 게 결정 하기 어렵게.
미생물학자와 엔지니어들은 자외선에 대해 더 깨끗하고 제어 가능한 소스를 원했습니다. 그래서 그들은 NIST에 도움을 요청했습니다.
NIST는 테스트 중인 미생물의 각 샘플에 잘 제어된 UV 빔을 전달하기 위해 시스템을 개발, 구축 및 운영했습니다. 이 설정은 표본 중 한 개에 대한 특정 농도의 물로 채워진 페트리 접시인 샘플을 가벼운 인클로저에 넣는 것과 관련이 있습니다.
이 실험을 독특하게 만드는 것은 NIST가 튜닝 가능한 레이저에 의해 전달될 UV 빔을 설계했다는 것입니다. "Tcan"은 210nm에서 300 nm까지 광범위한 파장에 걸쳐 단일 나노미터 미만의 매우 좁은 대역폭을 가진 빛의 빔을 생성할 수 있습니다. 레이저는 또한 휴대용, 과학자가 작업이 수행되고 있는 실험실에 그것을 가져올 수 있도록. 연구원은 또한 NIST 보정 된 UV 검출기를 사용하여 각 측정 전후에 페트리 접시에 닿는 빛을 측정하여 각 샘플에 얼마나 많은 빛이 닿는지 실제로 알고 있는지 확인했습니다.
시스템을 작동시키기 위한 많은 과제가 있었습니다. 연구진은 일련의 거울을 사용하여 페트리 접시에 UV 빛을 페레트했습니다. 그러나 다양한 UV 파장은 서로 다른 반사 재료가 필요하므로 NIST 연구원들은 테스트 실행 간에 교체할 수 있는 다양한 반사 코팅으로 거울을 사용하는 시스템을 설계해야 했습니다. 또한 중앙에 강도가 높은 레이저 빔을 채취하기 위해 가벼운 디퓨저를 조달하고 전체 물 샘플에서 균일하도록 확산해야 했습니다.
최종 결과는 다른 파장의 UV 빛에 반응하는 방법을 보여 그래프의 시리즈였다 - 미생물의 일부에 대한 첫 번째 데이터 - 그 어느 때보 다 측정보다 더 정밀도. 그리고 팀은 예상치 못한 결과를 발견했습니다. 예를 들어, 파장이 240nm 이하로 감소함에 따라 바이러스는 감도가 증가했습니다. 그러나 자르디아와 같은 다른 병원균의 경우, 파장이 낮아지는 경우에도 자외선 감도는 거의 동일했습니다.
"이 연구 결과에서 결과는 물에서 직접 작동하는 UV 필드에 있는 물 유틸리티 회사, 규제 기관 및 그 외 -- 또한 공기 -- 소독에 의해 아주 빈번하게 이용되었습니다," CU Boulder 환경 엔지니어 사라 벡, 이 2012년 작업에서 생성된 3개의 논문에 첫번째 저자말했습니다. "빛의 파장이 다른 병원체를 비활성화하는 것을 이해하는 것은 소독 사례를 더 정확하고 효율적으로 만들 수 있습니다," 그녀는 말했습니다.
I, UV 로봇
NIST가 제어되고 좁은 UV 광 대역을 물 샘플에 제공하도록 설계된 동일한 시스템은 향후 다른 잠재적 응용 분야의 실험에도 사용할 수 있습니다.
예를 들면, 연구원은 UV 빛이 병원 방에서 찾아낸 것과 같은 단단한 표면에 세균을 얼마나 잘 죽이는지 탐구하고, 심지어 공중에 정지된 세균을 탐구하는 것을 희망합니다. 병원 취득 한 감염을 줄이기 위한 노력의 일환으로 일부 의료 센터는 로봇에 의해 운반 되는 UV 방사선의 살균 빔으로 방을 폭파 하고있다.
그러나 이 로봇의 사용에 대한 실제 표준은 아직 없다고 연구자들은 말했습니다, 그래서 그들은 효과적일 수 있더라도, 얼마나 효과적인지 알고, 또는 다른 모형의 강점을 비교하기 어렵습니다.
"표면을 조사하는 장치의 경우 많은 변수가 있습니다. 그들이 일하고 있다는 것을 어떻게 알 수 있을까요?" 라라슨은 말했다. NIST와 같은 시스템은 소독 봇의 다양한 모델을 테스트하는 표준 방법을 개발하는 데 유용할 수 있습니다.
또 다른 잠재적 인 프로젝트는 공기와 표면 모두에서 새로운 코로나 바이러스에 햇빛의 영향을 검사 할 수 있다고 Larason은 말했다. 그리고 원래 협력자들은 물 소독과 관련된 향후 프로젝트에 레이저 시스템을 사용하기를 희망한다고 말했습니다.
"다른 UV 파장에 미생물과 바이러스의 감도는 아직도 현재 물 및 공기 소독 사례에 아주 많이 관련있습니다," Beck는 말했습니다, "특히 COVID-19와 관련되었던 것과 병원 취득한 감염과 같은 새로운 기술의 발달 및 새로운 소독 도전의 발달을 감안할 때," Beck는 말했습니다.
