Tra'n aros am fynediad llawn i'w labordai oherwydd cyfyngiadau COVID-19, mae gwyddonwyr yn y Sefydliad Cenedlaethol Safonau a Thechnoleg (NIST) wedi manteisio ar y cyfle prin hwn i roi gwybod am fanylion technegol ymchwil arloesol a gynhaliwyd ganddynt ar ddiheintio dŵr yfed gan ddefnyddio golau uwchfioled (UV).
Yn ôl yn 2012, cyhoeddodd gwyddonwyr NIST a'u cydweithwyr sawl papur ar rai canfyddiadau sylfaenol gyda manteision posibl i gwmnïau cyfleustodau dŵr. Ond nid oedd yr erthyglau hyn byth yn egluro'n llawn y gosodiad arbelydru a wnaeth y gwaith yn bosibl.
Erbyn hyn, am y tro cyntaf, mae ymchwilwyr NIST yn cyhoeddi manylion technegol yr arbrawf unigryw, a oedd yn dibynnu ar laser cludadwy i brofi pa mor dda y mae gwahanol donfeddi o olau UV yn gweithredu microorganebau gwahanol mewn dŵr. Mae'r gwaith yn ymddangos heddiw yn yr Adolygiad o Offerynnau Gwyddonol (RSI).
"Rydyn ni wedi bod eisiau ysgrifennu hyn yn ffurfiol ers blynyddoedd," meddai Tom Larason o NIST. "Nawr mae gennym amser i ddweud wrth y byd amdano."
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 solet ac aer. Gallai'r ceisiadau posibl gynnwys diheintio ystafelloedd ysbyty yn well UV 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 o nanomedrau (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 orymbelydredd â golau UV, sy'n chwalu DNA microorganebau niweidiol a moleciwlau cysylltiedig.
Adeg yr astudiaeth wreiddiol, defnyddiodd y rhan fwyaf o systemau dyfrymbelydredd 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 "polycronmataidd," sy'n golygu ei fod yn gollwng golau UV ar sawl tonfedd 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.
"Gwelsom yng nghanol y 2000au fod ffynonellau UV polycronmataidd yn fwy effeithiol ar gyfer diffyg gweithredu firysau -- yn benodol am fod y lampau hyn yn cynhyrchu golau UV ar donfeddi isel, o dan 230 nm," meddai Linden. "Ond roedd yn anodd mesur faint yn fwy effeithiol a beth oedd mecanweithiau'r effeithiolrwydd hwnnw."
Yn 2012, roedd gan grŵp o ficrobyddion a pheirianwyr amgylcheddol dan arweiniad CU Boulder ddiddordeb mewn ychwanegu at y sylfaen wybodaeth a oedd gan gwmnïau cyfleustodau dŵr ynghylch diheintio UV. Gydag arian gan y Sefydliad Ymchwil Dŵr, sefydliad di-elw, roedd y gwyddonwyr yn ceisio profi'n drefnus pa mor sensitif oedd germau amrywiol 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 taflu'r golau drwy hidlyddion. Ond byddai hynny wedi cynhyrchu bandiau golau cymharol eang, 10-nm o hyd, a byddai amleddau diangen wedi gwaedu drwy'r hidlydd, gan ei gwneud yn anodd penderfynu pa donfeddi oedd yn gweithredu pob microorganeb.
Roedd y microbiolegwyr a'r peirianwyr am gael ffynhonnell lanach a mwy dadleuol ar gyfer y golau UV. Felly, roedden nhw'n galw ar NIST i helpu.
Datblygodd, adeiladwyd a gweithredodd NIST system i ddarparu ffa UV wedi'i reoli'n 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 -- mewn man amgaeedig ysgafn.
Yr hyn sy'n gwneud yr arbrawf hwn yn unigryw yw bod NIST wedi cynllunio'r pigiad UV i'w ddarparu gan laser t analluog. Ystyr "Tunable" yw y gall gynhyrchu ffa o olau gyda lled band cul iawn -- llai nag un nanometer -- 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 synhwyrydd UV o safon NIST hefyd i fesur y golau sy'n taro'r dysgl petri cyn ac ar ôl pob mesur, er mwyn sicrhau eu bod yn gwybod faint o olau oedd yn taro pob sampl.
Roedd llawer o heriau i gael y system i weithio. Bu ymchwilwyr yn eplesu'r golau UV i'r dysgl petri gyda chyfres o drychau. Fodd bynnag, mae angen deunyddiau myfyriol gwahanol ar wahanol donfeddi UV, felly bu'n rhaid i ymchwilwyr NIST ddylunio system a oedd yn defnyddio drychau gyda gwahanol haenau myfyriol y gallent eu cyfnewid rhwng profion. Bu'n rhaid iddynt hefyd gaffael gwasgariad ysgafn i gymryd y ffa laser -- sydd â dwysedd uwch yn y canrif -- 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 o'r blaen. A daeth y tîm o hyd i rai canlyniadau annisgwyl. Er enghraifft, dangosodd y firysau fwy 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'r peiriannydd amgylcheddol CU Boulder Sara Beck, awdur cyntaf ar dri phapur a gynhyrchwyd o'r gwaith hwn yn 2012. "Gall deall pa donfeddi o wahanol bathogenau sy'n anweithredol yn y golau 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 chymwysiadau 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 wedi'u hatal yn yr awyr. Mewn ymdrech i leihau heintiau a gaffaelwyd mewn ysbytai, mae rhai canolwyr meddygol wedi bod yn ffrwydro ystafelloedd gyda ffa sterileiddio o ymbelydredd UV yn cael ei gario i mewn gan robotiaid.
Ond does dim safonau go iawn 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 dyfrymbelydredd arwynebau, mae llawer o newidynnau. Sut ydych chi'n gwybod eu bod nhw'n gweithio?" Meddai Larason. Gallai system fel NIST fod yn ddefnyddiol ar gyfer datblygu ffordd safonol o brofi gwahanol fodelau o botiau 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 cydweithwyr 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, fel y rhai sy'n gysylltiedig â COVID-19 a heintiau a gaffaelwyd mewn ysbytai, er enghraifft."
Ffynhonnell Stori:
defnyddiauddarperir ganY Sefydliad Safonau a Thechnoleg Cenedlaethol (NIST). Ysgrifennwyd gwreiddiol gan Jennifer Lauren Lee. Sylwer: Gellir golygu cynnwys ar gyfer arddull a hyd.
