ניקוי בלייזר של משטחים נגועים בחיידק

באופן מסורתי, בתעשיית המזון, ניקוי וחיטוי מתבצעים באמצעות חומרי ניקוי ומים נוזליים. חיידקים על משטחים יוצרים סרטי ביופילם ונצמדים מאוד למשטח [הפניה 1].

מחקרים הראו שביופילם אלה אינם מוסרים בקלות עם תמיסות חומרי ניקוי מכיוון שהם דביקים. קל יותר להסיר חיידקים מתמיסות נוזליות מאשר ממשטחים מוצקים כגון נירוסטה.

לעתים קרובות קשה להסיר ביופילם באמצעים מכניים וכימיים. יש לחקור שיטות חיטוי חלופיות כדי להחליף פסים מכניים ושיטות כימיות. איור 1 מציג משטח נירוסטה נגוע בחיידק.

ניקוי בלייזר של משטחים נגועים בחיידק היא שיטה יעילה מאוד מכיוון שהחום שמייצר הלייזר משמש לחיטוי המשטח. איור 2 מציג את ניקוי הלייזר של משטח מזוהם.

מחקר נערך כדי להבין את היעילות של שימוש בסוגים שונים של לייזרים לניקוי משטחים נגועים בחיידק. הלייזרים הנפוצים בשימוש הם לייזרים פולסים, אך הבחירה באורך הגל, אנרגיית הדופק וקצב החזרות חשובה מאוד. במחקר אחד [הפניה 2], נעשה שימוש בשבעה סוגים שונים של לייזרים, החל מאולטרה סגול (355 ננומטר) ועד אינפרא אדום רחוק (118 מיקרומטר), כדי לחקור את יעילותם בהריגת חיידקי Escherichia coli (E-Coli). בין הלייזרים הללו, נעשה שימוש בלייזר דופק של 10.6 מיקרומטר CO2 ומספר לייזרים Nd:YAG הפועלים באורכי גל הרמוניים נומינליים, שניים ושלישיים.

מחקרים מראים שמעל צפיפות אנרגיה מסוימת, לייזר דופק CO2 הוא היעיל ביותר בהסרת חיידקים, ואחריו לייזר Nd:YAG. היעילות של קרני UV בהריגת חיידקים ידועה, ולייזר יעיל שלישי הוא לייזר Nd:YAG בתדר המשולש (פליטה של ​​355 ננומטר). למטרות בדיקה, E. coli גודל על מספר צלחות והצלחות נחשפו לאור לייזר. לאחר החשיפה, הצלחות הודגרו ב-37 מעלות למשך 24 שעות. אם עיקור הלייזר עובד, אזורים ללא חיידקים ייצפו לאחר הגידול. טבלה 1 מציגה את פרמטרי הלייזר השונים ואת האזורים נטולי החיידקים שנצפו לאחר חשיפה ללייזרים כאלה.

כפי שניתן לראות מהטבלה לעיל, צפיפות האנרגיה של הלייזר Lumonics Nd:YAG (פולסים של 10 אלפיות שניות עם 10 ג'אול של אנרגיה ב-20 הרץ) הייתה פי 246 מזו של לייזר CO2 וזמן החשיפה היה ארוך יותר גם פי 533. ניתן לייחס את ההבדל הזה לעובדה שהמים סופגים את קרינת ה-IR האמצעית (ב-10.6 מיקרומטר) חזקה הרבה יותר מה-IR הקרוב (1.06 מיקרומטר) ומכיוון שחיידקי ה-E-Coli שוכנים במים, הם נהרגים ביתר קלות.

אורכי הגל UV ב-355 ננומטר הגיבו היטב לעיקור כפי שמוצג בטבלה. הלייזרים המשולשים בתדר פעלו בקצב חזרות של 10 הרץ והיה להם משך דופק של כ-5 נס שניות. בהשוואה של הלייזר המשולש בתדר Surlite עם הלייזר Lumonics Nd:YAG, ניתן לראות שעם הספק ממוצע קטן פי 200 וזמן חשיפה של כמעט פי 5 קצר יותר (צפיפות האנרגיה הייתה פחותה כמעט פי 20), לייזר Surlite השיג את אותו אזור ניקוי בסדר גודל בהשוואה ל-Nd: YAG (0.123 סמ"ר בהשוואה ל-0.715 סמ"ר).

מלבד לייזרים שהיו יעילים בהריגת חיידקי ה-E-Coli, היו לייזרים אחרים שלא היו יעילים. חלק מהלייזרים הללו כללו לייזר IR רחוק ב-118 מיקרומטר, לייזר דיודה ב-0.81 מיקרומטר ולייזר יון ארגון ב-0.488 מיקרומטר. נעשה שימוש במספר צפיפויות אנרגיה שונות עבור הלייזרים הללו, אך הם נמצאו כלא יעילים בהריגת החיידקים על המשטחים.

Allied Scientific Proפיתחה מערכת ניקוי לייזר מבוססת סיבים שכבר נעשה בה שימוש והוכיחה את עצמה עובדת בתחומים רבים ושונים כגון הסרת רחמים בתעשיית התעופה, ניקוי מונומנטים היסטוריים וטיהור מתקן גרעיני. למערכות ניקוי לייזר אלו יש ראש לייזר, אופטיקה ומראות גלבו שיכולות ליצור קרניים בצורות שונות. בדרך כלל, נעשה שימוש בקרן ליניארית אך כדי להרחיב את היישום של מערכות ניקוי לייזר אלו לניקוי משטחים נגועים בחיידקים, וכדי להגביר את צפיפות האנרגיה של הקרן, ניתן ליצור גודל נקודה מעגלית. בכל הנוגע לקצב החזרות והעוצמה הממוצעת, המפרט תואם את הפרמטרים של לייזר Nd:YAG מבית Lumonics, המוזכרים בטבלה 1.

איור 4 מציג את מערכת ניקוי הלייזר של Allied Scientific pro. זוהי מערכת של 100 וואט הפועלת באורך גל של 1030 ננומטר הנקראת Laser Blast 100.

פעולות ניקוי על משטחי מתכת מזוהמים בתעשיית המזון יכולות להפיק תועלת רבה ממערכות הניקוי בלייזר שתוארו לעיל. זה מהיר ויעיל יותר משיטות מסורתיות תוך שימוש באמצעים מכניים וכימיים.