Gelombang sempit sinar UV membunuh kuman – Sains Terkini

Sementara menunggu akses penuh ke laboratorium mereka karena pembatasan COVID-19, para ilmuwan di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) telah mengambil kesempatan langka ini untuk melaporkan rincian teknis dari penelitian perintis yang mereka lakukan pada desinfeksi air minum menggunakan ultraviolet ( Sinar UV.

Kembali pada tahun 2012, para ilmuwan NIST dan kolaborator mereka menerbitkan beberapa makalah tentang beberapa temuan mendasar dengan potensi manfaat bagi perusahaan air minum. Tetapi artikel-artikel ini tidak pernah sepenuhnya menjelaskan pengaturan iradiasi yang memungkinkan pekerjaan.

Sekarang, untuk pertama kalinya, para peneliti NIST mempublikasikan rincian teknis dari eksperimen unik, yang mengandalkan laser portabel untuk menguji seberapa baik panjang gelombang cahaya UV yang berbeda menonaktifkan mikroorganisme berbeda dalam air. Pekerjaan muncul hari ini di Ulasan Instrumen Ilmiah (RSI).

"Kami sudah lama ingin menulis ini secara formal," kata Tom Larason dari NIST. "Sekarang kita punya waktu untuk memberi tahu dunia tentang hal itu."

Salah satu urgensi untuk menerbitkan deskripsi lengkap tentang sistem NIST adalah bahwa para peneliti membayangkan menggunakan pengaturan UV ini untuk eksperimen baru yang melampaui studi tentang air minum dan desinfeksi permukaan padat dan udara. Aplikasi potensial dapat mencakup disinfeksi UV yang lebih baik dari kamar rumah sakit dan bahkan studi tentang bagaimana sinar matahari menonaktifkan virus corona yang bertanggung jawab untuk COVID-19.

"Sejauh yang saya tahu, tidak ada yang menggandakan karya ini, setidaknya tidak untuk penelitian biologi," kata Larason. "Itu sebabnya kami ingin mengeluarkan makalah ini sekarang."

Cukup Baik untuk Diminum


Sinar ultraviolet memiliki panjang gelombang yang terlalu pendek untuk dilihat mata manusia. UV berkisar dari sekitar 100 nanometer (nm) hingga 400 nm, sedangkan manusia dapat melihat pelangi warna dari ungu (sekitar 400 nm) hingga merah (sekitar 750 nm).

Salah satu cara untuk mendisinfeksi air minum adalah dengan menyinari dengan sinar UV, yang memecah DNA mikroorganisme berbahaya dan molekul terkait.

Pada saat penelitian awal, sebagian besar sistem iradiasi air menggunakan lampu UV yang memancarkan sebagian besar sinar UV-nya pada panjang gelombang tunggal, 254 nm. Namun, selama bertahun-tahun, perusahaan-perusahaan penyedia air menunjukkan peningkatan minat pada jenis lampu desinfeksi yang berbeda, yang "polikromatik," yang berarti lampu itu memancarkan sinar UV pada berbagai panjang gelombang. Tetapi efektivitas lampu baru itu tidak didefinisikan dengan baik, kata Karl Linden, seorang insinyur lingkungan Universitas Colorado Boulder (CU Boulder) yang merupakan peneliti utama pada studi 2012.

"Kami menemukan pada pertengahan 2000-an bahwa sumber UV polikromatik lebih efektif untuk inaktivasi virus – khususnya karena lampu ini menghasilkan sinar UV pada panjang gelombang rendah, di bawah 230 nm," kata Linden. "Tetapi sulit untuk mengukur seberapa jauh lebih efektif dan apa mekanisme efektivitas itu."

Pada 2012, sekelompok ahli mikrobiologi dan insinyur lingkungan yang dipimpin oleh CU Boulder tertarik untuk menambah basis pengetahuan yang dimiliki perusahaan air minum terkait dengan disinfeksi UV. Dengan dana dari Water Research Foundation, sebuah organisasi nirlaba, para ilmuwan mencari untuk menguji secara metodis seberapa sensitif berbagai kuman terhadap panjang gelombang cahaya UV yang berbeda.

Biasanya, sumber cahaya untuk percobaan ini adalah lampu yang menghasilkan berbagai panjang gelombang UV. Untuk mempersempit pita frekuensi sebanyak mungkin, rencana para peneliti adalah untuk menyinari cahaya melalui filter. Tetapi itu masih akan menghasilkan pita-pita cahaya yang relatif lebar, 10-nm, dan frekuensi yang tidak diinginkan akan berdarah melalui filter, sehingga sulit untuk menentukan dengan tepat panjang gelombang mana yang tidak mengaktifkan masing-masing mikroorganisme.

Para ahli mikrobiologi dan insinyur menginginkan sumber yang lebih bersih dan lebih terkendali untuk sinar UV. Jadi, mereka meminta NIST untuk membantu.

NIST mengembangkan, membangun, dan mengoperasikan suatu sistem untuk mengirimkan sinar UV yang terkontrol dengan baik ke setiap sampel mikroorganisme yang sedang diuji. Susunannya melibatkan menempatkan sampel yang dipermasalahkan – cawan petri yang diisi dengan air dengan konsentrasi tertentu dari salah satu spesimen – ke dalam selungkup kedap cahaya.

Apa yang membuat eksperimen ini unik adalah bahwa NIST merancang sinar UV yang akan dikirim oleh laser yang bisa ditala. "Merdu" berarti ia dapat menghasilkan seberkas cahaya dengan bandwidth yang sangat sempit – kurang dari satu nanometer – pada berbagai panjang gelombang, dalam hal ini dari 210 nm hingga 300 nm. Laser itu juga portabel, memungkinkan para ilmuwan untuk membawanya ke laboratorium tempat pekerjaan itu dilakukan. Para peneliti juga menggunakan detektor UV yang dikalibrasi NIST untuk mengukur cahaya yang mengenai cawan petri sebelum dan setelah setiap pengukuran, untuk memastikan mereka benar-benar tahu berapa banyak cahaya yang mengenai setiap sampel.

Ada banyak tantangan untuk membuat sistem bekerja. Para peneliti mengangkut sinar UV ke cawan petri dengan serangkaian cermin. Namun, panjang gelombang UV yang berbeda membutuhkan bahan reflektif yang berbeda, sehingga para peneliti NIST harus merancang sistem yang menggunakan cermin dengan berbagai lapisan reflektif yang dapat mereka tukarkan di antara uji coba. Mereka juga harus membeli diffuser cahaya untuk mengambil sinar laser – yang memiliki intensitas lebih tinggi di bagian tengah – dan menyebarkannya sehingga seragam di seluruh sampel air.

Hasil akhirnya adalah serangkaian grafik yang menunjukkan bagaimana kuman yang berbeda merespons sinar UV dengan panjang gelombang yang berbeda – data pertama untuk beberapa mikroba – dengan presisi lebih besar daripada yang pernah diukur sebelumnya. Dan tim menemukan beberapa hasil yang tidak terduga. Sebagai contoh, virus menunjukkan peningkatan sensitivitas ketika panjang gelombang menurun di bawah 240 nm. Tetapi untuk patogen lain seperti Giardia, sensitivitas UV hampir sama bahkan ketika panjang gelombang semakin rendah.


"Hasil dari penelitian ini telah cukup sering digunakan oleh perusahaan utilitas air, badan pengawas dan lainnya di bidang UV yang bekerja secara langsung pada air – dan juga desinfeksi udara," kata insinyur lingkungan CU Boulder, Sara Beck, penulis pertama pada tiga makalah yang dihasilkan dari karya 2012 ini. "Memahami panjang gelombang cahaya mana yang menonaktifkan patogen yang berbeda dapat membuat praktik disinfeksi lebih tepat dan efisien," katanya.

Saya, Robot UV

Sistem yang sama yang dirancang NIST untuk memberikan pita cahaya UV ke air yang terkontrol dan sempit juga dapat digunakan untuk eksperimen di masa mendatang dengan aplikasi potensial lainnya.

Sebagai contoh, para peneliti berharap untuk mengeksplorasi seberapa baik sinar UV membunuh kuman pada permukaan padat seperti yang ditemukan di kamar rumah sakit, dan bahkan kuman yang melayang di udara. Dalam upaya untuk mengurangi infeksi yang didapat di rumah sakit, beberapa pusat medis telah meledakkan kamar dengan sinar sterilisasi radiasi UV yang dibawa oleh robot.

Tetapi belum ada standar nyata untuk penggunaan robot ini, kata para peneliti, jadi meskipun mereka bisa efektif, sulit untuk mengetahui seberapa efektif, atau untuk membandingkan kekuatan model yang berbeda.

"Untuk perangkat yang menyinari permukaan, ada banyak variabel. Bagaimana Anda tahu mereka berfungsi?" Larason berkata. Sebuah sistem seperti NIST dapat berguna untuk mengembangkan cara standar untuk menguji berbagai model bot desinfeksi.

Proyek potensial lainnya dapat meneliti efek sinar matahari pada coronavirus baru, baik di udara maupun di permukaan, kata Larason. Dan kolaborator asli mengatakan mereka berharap untuk menggunakan sistem laser untuk proyek masa depan yang terkait dengan desinfeksi air.

"Sensitivitas mikroorganisme dan virus terhadap berbagai panjang gelombang UV masih sangat relevan untuk praktik desinfeksi air dan udara saat ini," kata Beck, "terutama mengingat pengembangan teknologi baru serta tantangan desinfeksi baru, seperti yang terkait dengan COVID- 19 dan infeksi yang didapat di rumah sakit, misalnya. "

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.