Лазерно почистване на бактериално заразени повърхности

Традиционно в хранително-вкусовата промишленост почистването и дезинфекцията се извършват с помощта на препарати и течна вода. Бактериите върху повърхностите образуват биофилми и се придържат много силно към повърхността [Референция 1].

Проучванията показват, че тези биофилми не се отстраняват лесно с детергентни разтвори, защото са лепкави. Бактериите се отстраняват по-лесно от течни разтвори, отколкото от твърди повърхности като неръждаема стомана.

Биофилмите често се отстраняват трудно с механични и химически средства. Трябва да се проучат алтернативни методи за дезинфекция, които да заменят механичните ивици и химическите методи. Фигура 1 показва заразена с бактерии повърхност от неръждаема стомана.

Лазерното почистване на бактериално заразени повърхности е много ефективен метод, тъй като топлината, произведена от лазера, се използва за дезинфекция на повърхността. Фигура 2 показва лазерното почистване на замърсена палета.

Проведени са изследвания, за да се разбере ефективността на използването на различни видове лазери за почистване на заразени с бактерии повърхности. Обикновено използваните лазери са импулсни, но изборът на дължина на вълната, импулсна енергия и честота на повторение е много важен. В едно проучване [Референция 2] седем различни вида лазери, вариращи от ултравиолетови (355 nm) до далечни инфрачервени лъчи (118 μm), са използвани за изследване на тяхната ефективност при унищожаването на бактерии Escherichia coli (E-Coli). Сред тези лазери бяха използвани 10,6 μm CO2 импулсен лазер и множество Nd:YAG лазери, работещи при номинална, втора и трета хармонична дължина на вълната.

Изследванията показват, че над определена енергийна плътност CO2 импулсният лазер е най-ефективен за премахване на бактерии, следван от Nd:YAG лазера. Ефективността на ултравиолетовите лъчи при унищожаването на бактерии е добре известна, а трети ефективен лазер е тричестотният Nd:YAG лазер (355 nm излъчване). За целите на тестването E. coli се отглежда на няколко плаки и плаките се излагат на лазерна светлина. След излагане, плаките се инкубират при 37 градуса за 24 часа. Ако лазерната стерилизация работи, след растежа ще се наблюдават зони без бактерии. Таблица 1 показва различните параметри на лазера и областите без бактерии, наблюдавани след излагане на такива лазери.

Както може да се види от таблицата по-горе, енергийната плътност на лазера Lumonics Nd:YAG (10 msec импулси с 10 джаула енергия при 20 Hz) е 246 пъти по-голяма от тази на CO2 лазера и времето на експозиция също е 533 пъти по-дълго. Тази разлика може да се дължи на факта, че водата абсорбира средно инфрачервеното лъчение (при 10,6 μm) много по-силно от близкото IR (1,06 μm) и тъй като бактериите E-Coli пребивават във вода, те се убиват по-лесно.

Дължините на UV вълните при 355 nm също реагираха добре на стерилизация, както е показано в таблицата. Лазерите с утроена честота работеха при честота на повторение от 10 Hz и имаха продължителност на импулса от около 5 ns. Сравнявайки лазера с утроена честота на Surlite с лазера Lumonics Nd:YAG, може да се види, че със средна мощност 200 пъти по-малка и време на експозиция почти 5 пъти по-кратко (енергийната плътност е почти 20 пъти по-малка), лазерът Surlite постигна площ от същия порядък на почистване в сравнение с Nd: YAG (0,123 cm2 в сравнение с 0,715 cm2).

Освен лазерите, които бяха ефективни при унищожаването на E-Coli бактериите, имаше и други лазери, които бяха неефективни. Някои от тези лазери включват далечен IR лазер при 118 μm, диоден лазер при 0.81 μm и аргонов йонен лазер при 0.488 μm. За тези лазери бяха използвани няколко различни енергийни плътности, но се оказа, че те са неефективни при унищожаването на бактериите по повърхностите.

Allied Scientific Proразработи базирана на влакна система за лазерно почистване, която вече е била използвана и се е доказала като работеща в много различни области, като премахване на ръбове в авиационната индустрия, почистване на исторически паметници и обеззаразяване на ядрено съоръжение. Тези системи за лазерно почистване имат лазерна глава, оптика и галво огледала, които могат да правят различни по форма лъчи. Обикновено се използва линеен лъч, но за да се разшири приложението на тези лазерни почистващи системи за почистване на повърхности, заразени с бактерии, и за да се увеличи енергийната плътност на лъча, може да се генерира кръгъл размер на петното. Що се отнася до честотата на повторение и средната мощност, спецификациите са съвместими с параметрите на Nd:YAG лазера от Lumonics, посочени в таблица 1.

Фигура 4 показва системата за лазерно почистване от Allied Scientific pro. Това е 100-ватова система, работеща на 1030 nm дължина на вълната, наречена Laser Blast 100.

Операциите по почистване на замърсени метални повърхности в хранително-вкусовата промишленост могат значително да се възползват от лазерните почистващи системи, описани по-горе. Той е по-бърз и по-ефективен от традиционните методи, използващи механични и химични средства.