تمیز کردن سطوح آلوده به باکتری با لیزر

به طور سنتی، در صنایع غذایی، تمیز کردن و ضد عفونی با استفاده از مواد شوینده و آب مایع انجام می شود. باکتری های روی سطوح بیوفیلم تشکیل می دهند و به شدت به سطح می چسبند [مرجع 1].

مطالعات نشان داده است که این بیوفیلم ها به دلیل چسبندگی به راحتی با محلول های شوینده پاک نمی شوند. حذف باکتری ها از محلول های مایع راحت تر از سطوح جامد مانند فولاد ضد زنگ است.

حذف بیوفیلم ها اغلب با ابزارهای مکانیکی و شیمیایی دشوار است. روش‌های ضدعفونی جایگزین باید برای جایگزینی روش‌های شیمیایی و رگه‌زنی مکانیکی بررسی شوند. شکل 1 سطح فولاد ضد زنگ آلوده به باکتری را نشان می دهد.

تمیز کردن سطوح آلوده به باکتری با لیزر روش بسیار موثری است زیرا حرارت تولید شده توسط لیزر برای ضد عفونی کردن سطح استفاده می شود. شکل 2 تمیز کردن لیزری پالت آلوده را نشان می دهد.

تحقیقاتی برای درک اثربخشی استفاده از انواع مختلف لیزر برای تمیز کردن سطوح آلوده به باکتری انجام شده است. لیزرهایی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرند، لیزرهای پالسی هستند، اما انتخاب طول موج، انرژی پالس و سرعت تکرار بسیار مهم است. در یک مطالعه [مرجع 2]، از هفت نوع لیزر مختلف، از اشعه ماوراء بنفش (355 نانومتر) تا مادون قرمز دور (118 میکرومتر)، برای مطالعه اثربخشی آنها در کشتن باکتری اشریشیا کلی (E-Coli) استفاده شد. در بین این لیزرها، یک لیزر پالسی CO2 10.6 میکرومتر و لیزرهای متعدد Nd:YAG که در طول موج های هارمونیک اسمی، دوم و سوم کار می کنند استفاده شد.

تحقیقات نشان می دهد که بالاتر از یک چگالی انرژی مشخص، لیزر پالس CO2 موثرترین لیزر در از بین بردن باکتری ها است و پس از آن لیزر Nd:YAG. اثربخشی اشعه ماوراء بنفش در از بین بردن باکتری ها به خوبی شناخته شده است و سومین لیزر موثر لیزر Nd:YAG با فرکانس سه گانه (انتشار 355 نانومتر) است. برای اهداف آزمایش، E. coli در چندین صفحه رشد داده شد و صفحات در معرض نور لیزر قرار گرفتند. پس از قرار گرفتن در معرض، پلیت ها در دمای 37 درجه به مدت 24 ساعت انکوبه شدند. اگر استریلیزاسیون لیزری کار کند، پس از رشد، مناطق عاری از باکتری مشاهده می شود. جدول 1 پارامترهای مختلف لیزر و مناطق عاری از باکتری مشاهده شده پس از قرار گرفتن در معرض چنین لیزرهایی را نشان می دهد.

همانطور که از جدول بالا مشاهده می شود، چگالی انرژی لیزر Lumonics Nd:YAG (پالس های 10 میلی ثانیه با انرژی 10 ژول در 20 هرتز) 246 برابر لیزر CO2 و زمان قرار گرفتن در معرض آن نیز 533 برابر طولانی تر بود. این تفاوت را می‌توان به این دلیل نسبت داد که آب تابش IR متوسط ​​(در 10.6 میکرومتر) را بسیار قوی‌تر از IR نزدیک (1.06 میکرومتر) جذب می‌کند و از آنجایی که باکتری E-Coli در آب قرار دارد، راحت‌تر کشته می‌شوند.

همانطور که در جدول نشان داده شده است، طول موج UV در 355 نانومتر نیز به خوبی به عقیم سازی پاسخ داد. لیزرهای سه‌گانه فرکانس با نرخ تکرار 1{6}} هرتز کار می‌کردند و مدت زمان پالس آن حدود 5 نانو ثانیه بود. با مقایسه لیزر سه‌گانه فرکانس Surlite با لیزر Lumonics Nd:YAG، می‌توان دریافت که با توان متوسط ​​2{9}}0 برابر کمتر و زمان نوردهی تقریباً 5 برابر کوتاه‌تر (چگالی انرژی تقریباً 20 برابر کمتر بود). لیزر Surlite در مقایسه با Nd: YAG (0.123 سانتی‌متر مربع در مقایسه با 0.715 سانتی‌متر مربع) به همان ترتیب ناحیه تمیز کردن بزرگی رسید.

به غیر از لیزرهایی که در از بین بردن باکتری E-Coli مؤثر بودند، لیزرهای دیگری نیز وجود داشتند که مؤثر نبودند. برخی از این لیزرها شامل لیزر IR دور در 118 میکرومتر، لیزر دایود در 0.81 میکرومتر و لیزر یون آرگون در 0.488 میکرومتر بودند. چندین چگالی انرژی مختلف برای این لیزرها استفاده شد، اما مشخص شد که آنها در کشتن باکتری‌های روی سطوح بی‌اثر هستند.

Allied Scientific Proیک سیستم پاک‌کننده لیزری مبتنی بر فیبر را توسعه داده است که قبلاً مورد استفاده قرار گرفته است و خود را در زمینه‌های مختلف مانند حذف روچ در صنعت هوانوردی، تمیز کردن آثار تاریخی و رفع آلودگی یک تأسیسات هسته‌ای ثابت کرده است. این سیستم‌های تمیزکننده لیزری دارای سر لیزر، اپتیک و آینه‌های گالوو هستند که می‌توانند پرتوهای شکل‌های مختلفی ایجاد کنند. معمولاً از پرتو خطی استفاده می‌شود، اما برای گسترش کاربرد این سیستم‌های تمیزکننده لیزری برای تمیز کردن سطوح آلوده به باکتری، و برای افزایش چگالی انرژی پرتو، می‌توان یک اندازه نقطه دایره‌ای ایجاد کرد. تا آنجا که به سرعت تکرار و توان متوسط ​​مربوط می شود، مشخصات با پارامترهای لیزر Nd:YAG شرکت Lumonics که در جدول 1 ذکر شده است، سازگار است.

شکل 4 سیستم تمیز کردن لیزر توسط Allied Scientific pro را نشان می دهد. این سیستم 100 وات است که در طول موج 1030 نانومتر به نام Laser Blast 100 کار می کند.

عملیات تمیز کردن سطوح فلزی آلوده در صنایع غذایی می تواند تا حد زیادی از سیستم های تمیز کردن لیزری که در بالا توضیح داده شد بهره مند شود. این روش سریعتر و موثرتر از روشهای سنتی با استفاده از وسایل مکانیکی و شیمیایی است.