Ученые из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне разработали портативное устройство с автономным питанием, работающее от ультрафиолета, под названием «Трибо-дезинфицирующее средство», которое может инактивировать две бактерии, ответственные за многие болезни и смерти пищевого происхождения.
УФ-лампа трибо-санитайзера питается за счет трибоэлектрического эффекта — электричества, которое генерируется при контакте двух разнородных материалов. Согласно результатам, опубликованным в журнале Nano Energy, в ходе испытаний трибо-дезинфицирующее средство успешно инактивировало две потенциально смертельные бактерии пищевого происхождения: Escherichia coli O157:H7 и Listeria monocytogenes, в основном путем повреждения их ДНК.
Бактерии, выбранные в качестве мишени для тестирования, являются двумя наиболее распространенными причинами вспышек серьезных заболеваний пищевого происхождения в США. Escherichia coli вырабатывает токсины, которые могут вызывать сильные спазмы в животе, лихорадку, почечную недостаточность, а Listeria monocytogenes может вызывать листериоз, у которого самые высокие показатели госпитализации и смертности от болезней пищевого происхождения.
Команда оценила способность трибо-дезинфицирующего средства обеззараживать бактериями в жидкостях и трех твердых веществах — свежей яблочной кожуре, салате ромэн и полиэтилентерефталате, широко известном как ПЭТ, популярном материале для упаковки продуктов питания и напитков.
Результаты показали, что трибо-дезинфицирующее средство имеет большой потенциал для соответствия стандартам санитарной обработки Управления по контролю за продуктами и лекарствами. В частности, устройство «достигло снижения штамма E. coli как минимум на 99,999% в буферном растворе и на ПЭТ, продемонстрировав превосходную способность трибо-дезинфицирующего средства», сказал соответствующий автор И-Ченг Ван, профессор безопасности пищевых продуктов и инженерии.
При производстве устройство достигло меньшего, но все же полезного снижения содержания бактерий E. coli примерно на 99,98 %, 99,9 % L. monocytogenes на яблочной кожуре, 99,8 % E. coli и 98 % L. monocytogenes на салате ромэн.
«Эти результаты сопоставимы с теми, о которых сообщалось в других исследованиях, в которых использовался ультрафиолетовый свет с коммерческим источником энергии для обеззараживания свежих продуктов», — сказал докторант Захари (Чжэньхуэй) Цзинь, который был соавтором статьи вместе с выпускником Фуцзюньчжу. Чжао.
Трибоэлектрический источник энергии трибо-дезинфицирующего средства может преобразовывать механическую энергию из окружающей среды, например, движений человека и ветра, которая в противном случае была бы потрачена впустую, поэтому исследовательская группа описывает его как «автономный».
Воздушный зазор, который команда включила в конструкцию своего трибоэлектрического источника энергии, имитирует молнию за счет электростатического разрушения воздуха. Согласно исследованию, это нововведение увеличило выходную мощность трибо-санитайзера до более чем 4000 вольт и заметно увеличило яркость его УФ-лампы.
Хотя световые технологии, такие как лампа Tribo-sanitizer, «могут быть очень эффективными, когда поверхности подвергаются прямому воздействию источника света», Ван сказал, что они могут недостаточно обеззараживать участки, которые не освещаются напрямую, например, неровные или шероховатые поверхности салата и яблок.
«Это можно решить, внедрив другие методы дезактивации или используя несколько источников света под разными углами. Это одно из будущих направлений, над которым мы работаем. И если его правильно включить в существующие объекты, такие как транспортные или складские помещения, трибо-дезинфицирующее средство потенциально может обеспечить непрерывную дезинфекцию по всей цепочке поставок без необходимости использования коммерческой энергии», — сказал он.
Хотя время, необходимое для достижения снижения количества бактерий E. coli на 99,999%, было долгим — в настоящее время 90 минут — Джин сказал, что потенциал устройства для достижения непрерывной дезактивации, например, в грузовиках на шоссе, означает, что это длительное время не должно рассматриваться как существенный недостаток. Команда продолжает свои усилия по улучшению трибо-санитайзера, и «в будущем можно ожидать, что это время будет намного короче», сказал он.
Потребители могут использовать трибо-дезинфицирующие средства дома для дезинфекции поверхностей, продуктов питания и многого другого, потому что «ориентировочная стоимость материалов, использованных для изготовления устройства, составляет менее 70 долларов», сказал Джин.
Автономный характер устройства также дает ему «отличный потенциал для использования в условиях с ограниченными ресурсами, таких как районы стихийных бедствий и зоны конфликтов, где электричество отсутствует или ненадежно», сказал Ли.