美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家们在因COVID-19限制而等待实验室完全开放的同时，利用这一罕见的机会，报告了他们在使用紫外线(UV)光消毒饮用水方面进行的开创性研究的技术细节。
返回2012年，NIST科学家及其合作者在一些基本调查结果上发表了几篇论文，其潜在利益与水公用事业公司。但这些文章从未完全解yabo214释过辐照设置，使工作成为可能。
现在，NIST的研究人员首次公布了这项独特实验的技术细节，该实验依靠一种便携式激光来测试不同波长的紫外线对水中不同微生物的灭活效果。这篇文章今天发表在《科学仪器(RSI)评论》。
“多年来，我们一直想正式写下来，”NIST的Tom Larason说。“现在我们有时间告诉全世界。”
迫切需要发表NIST系统的完整描述的一个原因是，研究人员设想将这种紫外线装置用于新的实验，而不仅仅是研究饮用水，而是研究固体表面和空气的消毒。潜在的应用可能包括更好的紫外线消毒病房，甚至研究阳光如何灭活导致COVID-19的冠状病毒。
“据我所知，还没有人重复这项工作，至少在生物研究方面没有，”Larason说。“这就是为什么我们现在要出版这份报纸的原因。”
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紫外线具有太短的波长，对于人眼太短。紫外线范围为约100纳米（Nm）至400nm，而人类可以从紫（约400nm）到红色（约750nm）的颜色彩虹。
一种对饮用水进行消毒的方法是用紫外线照射，这会分解有害微生物的DNA和相关分子。
在最初的研究中，大多数水辐照系统使用的是一种紫外线灯，这种灯发出的大部分紫外线都是一个波长，254纳米。然而，多年来，水务公司对另一种“多色”消毒灯表现出了越来越大的兴趣，这意味着它能发出不同波长的紫外线。
但新灯具的效力没有明确定义，科罗拉多大学博尔德（Cu Boulder）环境工程师Karl Linden表示，他们是2012年学习的主要调查员。
＂我们在2000年代中期发现了多色紫外源对病毒失活更有效 - 特别是因为这些灯在低波长下产生了UV光，在230nm下，“林登说。“但很难量化其有效性有多大，以及这种有效性的机制是什么。”
2012年，由科罗拉多大学博尔德分校领导的一组微生物学家和环境工程师对增加自来水公司关于紫外线消毒的知识基础感兴趣。在非营利组织水研究基金会(Water Research Foundation)的资助下，科学家们正在有条不紊地测试各种细菌对不同波长的紫外线的敏感度。
通常，用于这些实验的光源将是产生宽范围的UV波长的灯。要尽可能缩小频率，研究人员的计划是通过过滤器发光。
但这仍然会产生相对较宽的10纳米波段的光，不需要的频率会流过过滤器，这使得很难确定到底是哪个波长使每个微生物失去活性。
微生物学家和工程师们想要一种更清洁、更可控的紫外线光源。因此，他们向NIST寻求帮助。
NIST开发、建造并运行了一个系统，将受控良好的紫外线光束传输到每个被测试的微生物样本上。实验过程包括将有问题的样本放入一个不透光的外壳中。这个外壳是一个培养皿，里面装满了某种样本的水。
这个实验的独特之处在于NIST设计了一种可调谐激光器来传送紫外线。“可调谐”意味着它可以在很宽的波长范围内产生一束带宽极窄的光——小于一纳米——在这种情况下从210纳米到300纳米。
这种激光器也是便携式的，科学家可以把它带到正在进行研究的实验室。研究人员还使用nist校准的紫外线探测器测量每次测量前后照射培养皿的光线，以确保他们真的知道照射每个样本的光线有多少。
要让这个系统运作起来有很多挑战。研究人员用一系列镜子将紫外线照射到培养皿中。然而，不同的紫外线波长需要不同的反射材料，所以NIST的研究人员不得不设计一个系统，使用带有不同反射涂层的镜子，他们可以在测试亚博网站下载运行之间更换。
它们还必须采购光漫射器以采取激光束 - 该中心的强度更高 - 并将其展开，使其在整个水样上均匀。
最终结果是一系列图表，显示了不同的细菌对不同波长的紫外线 - 一些微生物的第一数据 - 比以往更高的精度。团队发现了一些意外的结果。
例如，当波长降低到240 nm以下时，病毒表现出更高的灵敏度。但对于其他病原体，如贾第虫，紫外线敏感性几乎是相同的，即使波长变低。
“这项研究的结果已经被水公用事业公司，监管机构和其他在水 - 而且空中消毒的UV领域中的紫外线和其他人使用的结果。科罗拉多大学博尔德分校的环境工程师萨拉·贝克说，她是这篇2012年发表的三篇论文的第一作者。“了解哪一种波长的光能灭活不同的病原体，可以使消毒操作更加精确和有效，”她说。
我,紫外线的机器人
对于为水样而设计用于提供控制，窄带的UV光带的NIST也可用于其他潜在应用的未来实验。
例如，研究人员希望探索紫外线如何杀死固体表面的细菌，比如在医院病房里发现的细菌，甚至是悬浮在空气中的细菌。为了减少医院获得性感染，一些医疗中心一直在用机器人携带的紫外线消毒光束对房间进行轰炸。
但研究人员表示，这些机器人的使用还没有真正的标准，所以尽管它们可能很有效，但很难知道有多有效，也很难比较不同模型的优势。
“对于辐射表面的设备来说，有很多变量。你怎么知道它们在工作——”Larason说。像NIST这样的系统对于开发测试不同模型的消毒机组的标准方法有用。
Larason说，另一个潜在的项目可以检测阳光对新型冠状病毒的影响，包括空气和表面。最初的合作者表示，他们希望在未来与水消毒有关的项目中使用激光系统。
“对不同UV波长的微生物和病毒的敏感性仍然非常相关，对当前的水和空气消毒实践有关，”贝克说,“特别是鉴于新技术的发展以及新的消毒挑战，例如与Covid-19和医院获得的感染相关的那些。”
- 詹妮弗劳伦李报道并撰写
