Científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) publican los resultados de una vieja investigación donde utilizando un láser portátil  de irradiación ultravioleta estudiaba la eficacia de las diferentes longitudes de onda de la luz UV para la inactivación de gérmenes y microorganismos.  

En 2012, los científicos del NIST participaron en una investigación y publicaron varios documentos sobre algunos hallazgos relacionados con la desinfección de agua con radiación ultravioleta, pero en estos artículos nunca se explicaron de forma completa la configuración de la irradiación que hizo posible el trabajo. Ahora, por primera vez, se publican los detalles técnicos de este experimento único, que se basó en un láser portátil para probar lo bien que las diferentes longitudes de onda de la luz UV inactivan diferentes microorganismos en el agua.

“Llevamos años con la intención de escribir sobre esto, la pandemia nos ha permitido tener tiempo para contar al mundo los hallazgos que nos habíamos encontrado en el 2012”, declaró Tom Larason del NIST. 

Los investigadores prevén utilizar esta configuración UV para nuevos experimentos que van más allá de la estudió en agua potable y en la desinfección de las superficies sólidas y el aire. Las aplicaciones potenciales podrían incluir una mejor desinfección UV de las habitaciones del hospital e incluso estudios de cómo la luz solar inactiva el coronavirus responsable de COVID-19.

Estudiando la eficacia de las diferentes longitudes de onda de la luz UV

Una forma de desinfectar el agua potable es irradiarla con luz UV, que descompone el ADN de los microorganismos dañinos y las moléculas relacionadas.

En el momento del estudio original, la mayoría de los sistemas de irradiación de agua utilizaban una lámpara UV que emitía la mayor parte de su luz UV a una sola longitud de onda, 254 nm. Sin embargo, durante años, las empresas de servicios de agua habían mostrado un creciente interés en un tipo diferente de lámpara de desinfección que era «policromática», es decir, que emitía luz UV a múltiples longitudes de onda diferentes. “Pero la eficacia de las nueva lámparas no estaba bien definida”, explica Karl Linden, ingeniero ambiental de la Universidad de Colorado Boulder (CU Boulder) que fue uno de los principales investigadores del estudio de 2012.

«Descubrimos a mediados de la década de los 2000 que las fuentes UV policromáticas eran más eficaces para la inactivación de virus, específicamente porque estas lámparas producían luz UV a longitudes de onda bajas, por debajo de 230 nm», dijo Linden. «Pero era difícil cuantificar cuánto más efectivo y cuáles eran los mecanismos de esa efectividad».

En 2012, un grupo de microbiólogos e ingenieros ambientales liderados por CU Boulder se interesó en investigar y profundizar sobre estos aspectos. Con la financiación de la Fundación de Investigación del Agua, una organización sin fines de lucro, los científicos buscaban probar metódicamente cuán sensibles eran varios gérmenes a las diferentes longitudes de onda de la luz UV.

Normalmente, la fuente de luz para estos experimentos habría sido una lámpara que genera un amplio rango de longitudes de onda UV. Para estrechar la banda de frecuencias tanto como fuera posible, el plan de los investigadores era hacer brillar la luz a través de filtros. Pero eso aún habría producido bandas de luz relativamente amplias, de 10 nm, y las frecuencias no deseadas habrían atravesado el filtro, haciendo difícil determinar exactamente qué longitudes de onda estaban inactivando a cada microorganismo.

Los microbiólogos e ingenieros querían una fuente más limpia y controlable para la luz UV. Así que pidieron ayuda al NIST para el desarrollo de un rayo UV bien controlado que se pudiese aplicar en cada muestra de microorganismos que se estaban probando. La configuración implicaba poner la muestra en cuestión, una placa de petri llena de agua con una cierta concentración de uno de los especímenes, en un recinto hermético a la luz.

Lo que hace que este experimento sea único es que el NIST diseñó el rayo UV para que fuera enviado por un láser sintonizable. «Sintonizable» significa que puede producir un rayo de luz con un ancho de banda extremadamente estrecho, menos de un solo nanómetro, en un amplio rango de longitudes de onda, en este caso de 210 nm a 300 nm. El láser también era portátil, lo que permitía a los científicos llevarlo al laboratorio donde se realizaba el trabajo. Los investigadores también usaron un detector UV calibrado por el NIST para medir la luz que golpeaba la placa de petri antes y después de cada medición, para asegurarse de que realmente sabían cuánta luz estaba golpeando cada muestra.

Los investigadores llevaron la luz UV a la placa de Petri con una serie de espejos. Sin embargo, diferentes longitudes de onda UV requieren diferentes materiales reflectantes, por lo que los investigadores del NIST tuvieron que diseñar un sistema que usara espejos con diferentes capas reflectantes que pudieran intercambiar entre las pruebas. También tuvieron que conseguir un difusor de luz para tomar el rayo láser, que tiene una mayor intensidad en el centro, y extenderlo para que fuera uniforme en toda la muestra de agua.

El resultado final fue una serie de gráficos que mostraban cómo diferentes gérmenes respondían a la luz UV de diferentes longitudes de onda, los primeros datos para algunos de los microbios,  con una precisión mayor que nunca antes medida. Y el equipo encontró algunos resultados inesperados. Por ejemplo, los virus mostraron una mayor sensibilidad cuando las longitudes de onda disminuyeron por debajo de 240 nm. Pero para otros patógenos como la Giardia, la sensibilidad UV fue casi la misma incluso cuando las longitudes de onda disminuyeron.

“Los resultados de este estudio han sido utilizados con bastante frecuencia por las compañías de servicios de agua, agencias reguladoras y otros en el campo de la UV que trabajan directamente en la desinfección del agua y también del aire”, señala la ingeniera ambiental de CU Boulder, Sara Beck, primera autora de tres trabajos producidos a partir de este trabajo de 2012. “Entender qué longitudes de onda de la luz inactiva diferentes patógenos puede hacer que las prácticas de desinfección sean más precisas y eficientes”. 

Futuros trabajos: robot de desinfección UV

El mismo sistema que el NIST diseñó para entregar una banda estrecha y controlada de luz UV a las muestras de agua también puede ser usado para futuros experimentos con otras aplicaciones potenciales. 

Por ejemplo, los investigadores esperan explorar lo bien que la luz UV mata los gérmenes en superficies sólidas como las que se encuentran en las habitaciones de los hospitales, e incluso los gérmenes suspendidos en el aire. En un esfuerzo por reducir las infecciones adquiridas en el hospital, algunos centros médicos han estado utilizando robots que incorporan un sistema de radiación UV.  

Actualmente no han estándares reales para el uso de estos robots, por lo que no se puede analizar o comparar cuando estos son más efectivos o comparar fortalezas de diferentes modelos. 

“Para los dispositivos que irradian superficies, hay muchas variables. ¿Cómo sabes que están funcionando?. Un sistema como el del NIST podría ser útil para desarrollar una forma estándar de probar diferentes modelos de robots de desinfección” propone Larason. 

Otro potencial proyecto que están evaluando los investigadores sería examinar el efecto de la luz solar en el nuevo coronavirus, tanto en el aire como en las superficies. Por su parte colaboradores originales esperan usar el sistema láser para futuros proyectos relacionados con la desinfección del agua.

«La sensibilidad de los microorganismos y virus a las diferentes longitudes de onda UV sigue siendo muy relevante para las prácticas actuales de desinfección del agua y el aire,m especialmente dado el desarrollo de nuevas tecnologías, así como los nuevos retos de desinfección, como los asociados a COVID-19 y las infecciones adquiridas en los hospitales, por ejemplo”, concluye Beck.