Enquanto aguardam o acesso total aos seus laboratórios devido às restrições do COVID-19, os cientistas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) aproveitaram esta rara oportunidade para relatar os detalhes técnicos da pesquisa pioneira que realizaram sobre a desinfecção de água potável usando ultravioleta ( Luz UV.
Em 2012, os cientistas do NIST e seus colaboradores publicaram vários artigos sobre algumas descobertas fundamentais com benefícios potenciais para as empresas de serviços de água. Mas esses artigos nunca explicaram totalmente a configuração de irradiação que tornou o trabalho possível.
Agora, pela primeira vez, os pesquisadores do NIST estão publicando os detalhes técnicos do experimento único, que contou com um laser portátil para testar quão bem diferentes comprimentos de onda de luz ultravioleta inativaram diferentes microorganismos na água. O trabalho aparece hoje naReview of Scientific Instruments (RSI).
& quot; Nós' há anos desejamos escrever isso formalmente," disse NIST' é Tom Larason." Agora temos tempo para contar ao mundo sobre isso."
Uma urgência para publicar uma descrição completa do sistema NIST é que os pesquisadores imaginem usar essa configuração UV para novos experimentos que vão além do estudo de água potável e na desinfecção de superfícies sólidas e do ar. As aplicações potenciais podem incluir uma melhor desinfecção por UV de quartos de hospitais e até mesmo estudos de como a luz solar inativa o coronavírus responsável pelo COVID-19.
& quot; Pelo que eu sei, ninguém duplicou este trabalho, pelo menos não para a pesquisa biológica," Larason disse." É por isso' é por isso que queremos publicar este artigo agora."
Bom o suficiente para beber
A luz ultravioleta tem comprimentos de onda muito curtos para serem vistos pelo olho humano. UV varia de cerca de 100 nanômetros (nm) a 400 nm, enquanto os humanos podem ver um arco-íris de cores do violeta (cerca de 400 nm) ao vermelho (cerca de 750 nm).
Uma forma de desinfetar a água potável é irradiá-la com luz ultravioleta, que decompõe microorganismos prejudiciais' DNA e moléculas relacionadas.
Na época do estudo original, a maioria dos sistemas de irradiação de água usava uma lâmpada ultravioleta que emitia a maior parte de sua luz ultravioleta em um único comprimento de onda, 254 nm. Durante anos, porém, as empresas de serviços de água demonstraram interesse crescente em um tipo diferente de lâmpada de desinfecção que era" policromático," o que significa que emitiu luz ultravioleta em vários comprimentos de onda diferentes. Mas a eficácia das novas lâmpadas não foi bem definida, disse Karl Linden, engenheiro ambiental da Universidade do Colorado Boulder (CU Boulder) que foi o principal investigador do estudo de 2012.
& Descobrimos em meados dos anos 2000 que as fontes de UV policromáticas eram mais eficazes para a inativação de vírus - especificamente porque essas lâmpadas produziam luz UV em comprimentos de onda baixos, abaixo de 230 nm," Linden disse." Mas era difícil quantificar o quanto mais eficaz e quais eram os mecanismos dessa eficácia."
Em 2012, um grupo de microbiologistas e engenheiros ambientais liderados por CU Boulder estava interessado em aumentar a base de conhecimento que as empresas de serviços de água tinham em relação à desinfecção UV. Com financiamento da Water Research Foundation, uma organização sem fins lucrativos, os cientistas estavam procurando testar metodicamente o quão sensíveis vários germes eram a diferentes comprimentos de onda de luz ultravioleta.
Normalmente, a fonte de luz para esses experimentos teria sido uma lâmpada que gera uma ampla gama de comprimentos de onda UV. Para estreitar a banda de frequências tanto quanto possível, os pesquisadores' o plano era fazer brilhar a luz por meio de filtros. Mas isso ainda teria produzido bandas de luz de 10 nm relativamente largas, e frequências indesejadas teriam passado pelo filtro, tornando difícil determinar exatamente quais comprimentos de onda estavam inativando cada microorganismo.
Os microbiologistas e engenheiros queriam uma fonte de luz ultravioleta mais limpa e controlável. Então, eles chamaram o NIST para ajudar.
O NIST desenvolveu, construiu e operou um sistema para fornecer um feixe de UV bem controlado em cada amostra de microrganismos testados. A configuração envolvia colocar a amostra em questão - uma placa de Petri cheia de água com uma certa concentração de uma das amostras - em um invólucro à prova de luz.
O que torna este experimento único é que o NIST projetou o feixe de UV para ser fornecido por um laser sintonizável.&Sintonizável" significa que pode produzir um feixe de luz com uma largura de banda extremamente estreita - menos do que um único nanômetro - em uma ampla faixa de comprimentos de onda, neste caso de 210 nm a 300 nm. O laser também era portátil, permitindo que os cientistas o levassem para o laboratório onde o trabalho estava sendo realizado. Os pesquisadores também usaram um detector de UV calibrado pelo NIST para medir a luz que atinge a placa de Petri antes e depois de cada medição, para ter certeza de que eles realmente sabiam quanta luz estava atingindo cada amostra.
Houve muitos desafios para fazer o sistema funcionar. Os pesquisadores transportaram a luz ultravioleta para a placa de Petri com uma série de espelhos. No entanto, diferentes comprimentos de onda de UV requerem diferentes materiais reflexivos, então os pesquisadores do NIST tiveram que projetar um sistema que usasse espelhos com vários revestimentos reflexivos que eles poderiam trocar entre as execuções de teste. Eles também tiveram que adquirir um difusor de luz para pegar o feixe de laser - que tem uma intensidade maior no centro - e espalhá-lo de forma que fosse uniforme em toda a amostra de água.
O resultado final foi uma série de gráficos que mostraram como diferentes germes responderam à luz ultravioleta de diferentes comprimentos de onda - os primeiros dados para alguns dos micróbios - com maior precisão do que nunca. E a equipe encontrou alguns resultados inesperados. Por exemplo, os vírus exibiram sensibilidade aumentada conforme os comprimentos de onda diminuíram abaixo de 240 nm. Mas para outros patógenos, como Giardia, a sensibilidade UV era quase a mesma, mesmo quando os comprimentos de onda diminuíam.
& quot; Os resultados deste estudo têm sido usados com bastante frequência por empresas de serviços de água, agências regulatórias e outros na área de UV que trabalham diretamente na desinfecção da água - e também do ar," disse a engenheira ambiental CU Boulder Sara Beck, primeira autora de três artigos produzidos a partir deste trabalho de 2012.&Entender quais comprimentos de onda de luz inativam diferentes patógenos pode tornar as práticas de desinfecção mais precisas e eficientes," ela disse.
I, Robô UV
O mesmo sistema que o NIST projetou para fornecer uma faixa estreita e controlada de luz ultravioleta para amostras de água também pode ser usado para experimentos futuros com outras aplicações potenciais.
Por exemplo, os pesquisadores esperam explorar o quão bem a luz ultravioleta mata os germes em superfícies sólidas, como as encontradas em quartos de hospital, e até mesmo os germes suspensos no ar. Em um esforço para reduzir infecções adquiridas em hospitais, alguns centros médicos têm explodido salas com um feixe esterilizador de radiação ultravioleta transportado por robôs.
Mas ainda não há padrões reais para o uso desses robôs, disseram os pesquisadores, então, embora eles possam ser eficazes, é difícil saber quão eficazes são ou comparar os pontos fortes de diferentes modelos.
& quot; Para dispositivos que irradiam superfícies, existem muitas variáveis. Como você sabe que eles' estão trabalhando?" Larason disse. Um sistema como o NIST' s pode ser útil para desenvolver uma maneira padrão de testar diferentes modelos de bots de desinfecção.
Outro projeto potencial poderia examinar o efeito da luz solar sobre o novo coronavírus, tanto no ar quanto nas superfícies, disse Larason. E os colaboradores originais disseram que esperam usar o sistema a laser para projetos futuros relacionados à desinfecção de água.
& quot; A sensibilidade de microrganismos e vírus a diferentes comprimentos de onda de UV é ainda muito relevante para as práticas atuais de desinfecção de água e ar," Beck disse," especialmente devido ao desenvolvimento de novas tecnologias, bem como novos desafios de desinfecção, como aqueles associados com COVID-19 e infecções adquiridas em hospitais, por exemplo."
Fonte da história:
Materiaisfornecido porInstituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST). Original escrito por Jennifer Lauren Lee. Nota: O conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.
