Un brys ar gyfer cyhoeddi disgrifiad llawn o'r system NIST yw bod ymchwilwyr yn rhagweld defnyddio'r gosodiad UV hwn ar gyfer arbrofion newydd sy'n mynd y tu hwnt i astudio dŵr yfed ac i ddiheintio arwynebau ac aer solet. Gallai'r ceisiadau posibl gynnwys gwell diheintio UV o ystafelloedd ysbyty a hyd yn oed astudiaethau o sut mae golau'r haul yn gweithredu'r coronafeirws sy'n gyfrifol am COVID-19.
"Hyd y gwn i, nid oes neb wedi dyblygu'r gwaith hwn, o leiaf nid ar gyfer ymchwil fiolegol," meddai Larason. "Dyna pam rydyn ni eisiau cael y papur yma allan nawr."
Digon da i'w yfed
Mae gan olau uwchfioled donfeddi sy'n rhy fyr i'r llygad dynol eu gweld. Mae UV yn amrywio o tua 100 nanomedr (nm) i 400 nm, tra gall pobl weld enfys o liw o fioled (tua 400 nm) i goch (tua 750 nm).
Un ffordd o ddiheintio dŵr yfed yw ei wyro â golau UV, sy'n chwalu DNA microorganebau niweidiol a moleciwlau cysylltiedig.
Ar adeg yr astudiaeth wreiddiol, defnyddiodd y rhan fwyaf o systemau arbelydru dŵr lamp UV a oedd yn gollwng y rhan fwyaf o'i olau UV ar un donfedd, 254 nm. Ers blynyddoedd, fodd bynnag, roedd cwmnïau cyfleustodau dŵr wedi dangos diddordeb cynyddol mewn math gwahanol o lamp diheintio a oedd yn "polycromatig", sy'n golygu ei fod yn gollwng golau UV ar sawl donfedd wahanol. Ond nid oedd effeithiolrwydd y lampau newydd wedi'i ddiffinio'n dda, meddai Karl Linden, peiriannydd amgylcheddol Prifysgol Colorado Boulder (CU Boulder) a oedd yn brif ymchwilydd ar astudiaeth 2012.
Yn 2012, roedd gan grŵp o ficrobiolegwyr a pheirianwyr amgylcheddol dan arweiniad CU Boulder ddiddordeb mewn ychwanegu at y sylfaen wybodaeth a oedd gan gwmnïau cyfleustodau dŵr ynghylch diheintio UV. Gyda chyllid gan y Sefydliad Ymchwil Dŵr, sefydliad di-elw, roedd y gwyddonwyr yn ceisio profi'n drefnus pa mor sensitif oedd gwahanol germau i wahanol donfeddi o olau UV.
Fel arfer, byddai'r ffynhonnell olau ar gyfer yr arbrofion hyn wedi bod yn lamp sy'n cynhyrchu ystod eang o donfeddi UV. Er mwyn culhau'r band amleddau gymaint â phosibl, cynllun yr ymchwilwyr oedd disgleirio'r golau drwy hidlyddion. Ond byddai hynny'n dal i fod wedi cynhyrchu bandiau golau cymharol eang, 10-nm, a byddai amleddau diangen wedi gwaedu drwy'r hidlydd, gan ei gwneud yn anodd penderfynu'n union pa donfeddi oedd yn gweithredu pob microorganeb.
Roedd y microbiolegwyr a'r peirianwyr am gael ffynhonnell lanach, fwy hylaw ar gyfer y golau UV. Felly, roedden nhw'n galw ar NIST i helpu.
Datblygodd, adeiladu a gweithredu system gan NIST i ddarparu ffa UV a reolir yn dda ar bob sampl o ficro-organebau sy'n cael eu profi. Roedd y gosodiad yn cynnwys rhoi'r sampl dan sylw -- dysgl petri wedi'i llenwi â dŵr gyda chrynodiad penodol o un o'r sbesimenau -- i mewn i gaead ysgafn.
Yr hyn sy'n gwneud yr arbrawf hwn yn unigryw yw bod NIST wedi cynllunio'r ffa UV i'w ddarparu gan laser nad yw'n gallu. Ystyr "T methu" yw y gall gynhyrchu ffa o olau gyda lled band cul iawn -- llai nag un nanomedr -- dros ystod eang o donfeddi, yn yr achos hwn o 210 nm i 300 nm. Roedd y laser hefyd yn gludadwy, gan ganiatáu i wyddonwyr ddod ag ef i'r labordy lle'r oedd y gwaith yn cael ei wneud. Defnyddiodd ymchwilwyr hefyd synhwyrydd UV o radd NIST i fesur y golau sy'n taro'r dysgl petri cyn ac ar ôl pob mesur, er mwyn sicrhau eu bod yn gwybod yn iawn faint o olau oedd yn taro pob sampl.
Roedd llawer o heriau i gael y system i weithio. Bu ymchwilwyr yn fferru'r golau UV i'r dysgl petri gyda chyfres o drychau. Fodd bynnag, mae angen gwahanol ddeunyddiau myfyriol ar wahanol donfeddi UV, felly bu'n rhaid i ymchwilwyr NIST ddylunio system a oedd yn defnyddio drychau gyda gwahanol cotiau myfyriol y gallent eu cyfnewid rhwng rhediadau prawf. Roedd yn rhaid iddynt hefyd gaffael gwasgaredig golau i gymryd y ffa laser -- sydd â dwysedd uwch yn y canolwr -- a'i ledaenu fel ei fod yn unffurf ar draws y sampl dŵr cyfan.
Y canlyniad terfynol oedd cyfres o graffiau a ddangosodd sut yr ymatebodd gwahanol germau i olau UV o wahanol donfeddi -- y data cyntaf ar gyfer rhai o'r microbau -- gyda mwy o gywirdeb nag erioed wedi'i fesur o'r blaen. A daeth y tîm o hyd i rai canlyniadau annisgwyl. Er enghraifft, roedd y firysau'n dangos mwy o sensitifrwydd wrth i donfeddi ostwng yn is na 240 nm. Ond ar gyfer pathogenau eraill fel Giardia, roedd sensitifrwydd UV tua'r un peth hyd yn oed wrth i'r donfeddi fynd yn is.
"Mae canlyniadau'r astudiaeth hon wedi cael eu defnyddio'n eithaf aml gan gwmnïau cyfleustodau dŵr, asiantaethau rheoleiddio ac eraill yn y maes UV sy'n gweithio'n uniongyrchol ar ddŵr -- a hefyd aer -- diheintio," meddai cu Boulder peiriannydd amgylcheddol Sara Beck, awdur cyntaf ar dri phapur a gynhyrchwyd o'r gwaith hwn yn 2012. "Gall deall pa donfeddi o olau sy'n gweithredu gwahanol bathogenau wneud arferion diheintio yn fwy manwl ac effeithlon," meddai.
I, UV Robot
Gellir defnyddio'r un system a gynlluniwyd gan NIST ar gyfer darparu band cul, rheoledig o olau UV i samplau dŵr hefyd ar gyfer arbrofion yn y dyfodol gyda cheisiadau posibl eraill.
Er enghraifft, mae ymchwilwyr yn gobeithio archwilio pa mor dda y mae golau UV yn lladd germau ar arwynebau solet fel y rhai a geir mewn ystafelloedd ysbyty, a hyd yn oed germau a ataliwyd yn yr awyr. Mewn ymdrech i leihau heintiau a gaffaelwyd mewn ysbytai, mae rhai canolwyr meddygol wedi bod yn ystafelloedd chwyth gyda ffa sterileiddio o ymbelydredd UV a gariwyd gan robotiaid.
Ond nid oes safonau gwirioneddol eto ar gyfer defnyddio'r robotiaid hyn, meddai'r ymchwilwyr, felly er y gallant fod yn effeithiol, mae'n anodd gwybod pa mor effeithiol, neu gymharu cryfderau gwahanol fodelau.
"Ar gyfer dyfeisiau sy'n rhwygo arwynebau, mae llawer o newidynnau. Sut ydych chi'n gwybod eu bod yn gweithio?" Meddai Larason. Gallai system fel NIST fod yn ddefnyddiol ar gyfer datblygu ffordd safonol o brofi gwahanol fodelau o bots diheintio.
Gallai prosiect posibl arall archwilio effaith golau'r haul ar y coronafeirws newydd, yn yr awyr ac ar arwynebau, meddai Larason. A dywedodd y cydweithredwyr gwreiddiol eu bod yn gobeithio defnyddio'r system laser ar gyfer prosiectau yn y dyfodol sy'n ymwneud â diheintio dŵr.
"Mae sensitifrwydd microorganebau a feirysau i wahanol donfeddi UV yn dal i fod yn berthnasol iawn i arferion diheintio dŵr ac aer cyfredol," meddai Beck, "yn enwedig o ystyried datblygu technolegau newydd yn ogystal â heriau diheintio newydd, megis y rhai sy'n gysylltiedig â COVID-19 a heintiau a gaffaelwyd mewn ysbytai, er enghraifft."
