Система и способ для инактивации вируса инфекционного панкреатического некроза (ipnv) посредством оптимизированного ультрафиолетового излучения
Группа изобретений относится к области водоподготовки и вирусологии и может быть использована в рыбоводческих хозяйствах. Для инактивации вируса IPN используют устройство, содержащее канал, имеющий вход для приема жидкости, подлежащей обработке и содержащей вирус инфекционного панкреатического некроза (IPNV), а также выход для выпуска обработанной жидкости, и ультрафиолетовую лампу. Лампа представляет собой полихроматическую лампу, которая испускает УФ-излучение, по существу, в интервале длин волн 200-245 или 260-400 нм и имеет внутреннее давление выше 0,16 МПа, или монохроматическую лампу, которая излучает на единственной длине волны, выбранной в интервале длин волн 100-245 или 260-400 нм. Обеспечивается повышение эффективности инактивации вируса IPN при снижении затрат электроэнергии. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил., 1 табл.
Область техники
Изобретение относится к системе и способу, обеспечивающим инактивацию вируса инфекционного панкреатического некроза (Infection Pancreatic Necrosis Virus, далее IPNV) посредством оптимизированного ультрафиолетового (УФ) излучения.
Уровень техники
IPNV является распространенным заражающим агентом в воде и других жидкостях, используемых в рыбоводческих хозяйствах. Есть основания считать данный вирус причиной поражения популяций лососевых пород, таких как норвежский и чилийский лососи. Чтобы дезинфицировать зараженную жидкость с целью инактивации IPNV и, таким образом, понизить вероятность заболевания рыб, может быть использовано УФ излучение. Для обеззараживания жидкости эффективным образом, можно инактивировать IPNV с уменьшением его содержания не менее чем на три порядка (далее - до уровня 3-log, инактивация ≥ 99,9%), используя для этого облучение стандартной УФ лампой низкого давления (НД) при длине волны 254 нм и УФ дозе, составляющей по меньшей мере примерно 250 мДж/см2. Поскольку необходимая для инактивации УФ доза относительно велика, для достижения эффективного обеззараживания стандартные УФ лампы потребляют относительно большие количества электроэнергии.
Раскрытие изобретения
В своих вариантах изобретение предлагает систему, устройство и способ применения УФ лампы, "настроенной" для оптимальной инактивации IPNV. В ходе тестов, проведенных в соответствии с вариантами изобретения, было показано, что лампы с длиной волны выше 260 нм и/или ниже 245 нм инактивируют IPNV в 3-70 раз более эффективно, чем лампы с длиной волны у 254 нм (точнее, у 253,7 нм). В данном контексте значение 254 нм соотносится с наиболее часто применяемыми в настоящее время промышленными лампами НД с длиной волны излучения у 253,7 нм. В длинноволновом интервале (в частности выше 260 нм) вода пропускает излучение лучше, чем в коротковолновом интервале (в частности ниже 245 нм). Кроме того, оказалось, что в интервале длин волн, соответствующем, по существу, 260-400 нм, полихроматические УФ лампы (лампы среднего давления, СД) инактивируют IPNV посредством существенно меньшего количества УФ излучения (меньшей УФ дозы) по сравнению с монохроматическими УФ лампами (лампами низкого давления), излучающими у 253,7 нм.
В некоторых вариантах изобретения предусмотрена возможность облучать жидкость, содержащую IPNV, спектрально оптимизированным излучением УФ лампы среднего давления, используя уровень УФ дозы, который составляет менее примерно 50% от уровня УФ дозы, типичного для лампы низкого давления, излучающей у 253,7 нм, но, тем не менее, обеспечивает инактивацию IPNV того же порядка. Таким образом, для лампы СД со спектрально оптимизированным излучением, чтобы обеспечить такой же уровень инактивации, нужно меньшее количество электроэнергии, поскольку достаточен пониженный уровень УФ дозы. Лампы, оптимизированные для инактивации IPNV, выбраны и сконструированы исходя из спектральной отзывчивости вируса IPN. Имея в своей основе этот параметр, оптимизированные лампы СД, рассчитанные на более высокое давление, по сравнению с лампами СД, рассчитанными на более низкое давление, могут обеспечить повышенный вклад в кумулятивную интенсивность. Чтобы согласовать спектральную отзывчивость вируса IPN и УФ излучение, в вариантах изобретения использована лампа СД. с давлением, превышающим 0,16 МПа, а предпочтительно превышающим 0,4 МПа или 0,5 МПа.
В некоторых вариантах УФ источником, "настроенным" на оптимизацию инактивации IPNV, может быть полихроматическая УФ лампа среднего давления (СД), испускающая УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 260-400 нм. В других вариантах УФ источником такого же назначения может быть УФ лампа СД, испускающая УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 260-300 нм. Давление в "настроенной" полихроматической УФ лампе среднего давления может превышать 0,16 МПа, например быть выше 0,3 МПа, 0,5 МПа или 0,6 МПа. В других вариантах УФ источником может быть монохроматическая лампа, испускающая УФ излучение на одной длине волны в интервале 260-400 нм, предпочтительно в интервале 260-300 нм.
В некоторых вариантах УФ источником, "настроенным" на оптимизацию инактивации IPNV, может быть полихроматическая УФ лампа среднего давления, испускающая УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 200-245 нм. В других вариантах УФ источником такого же назначения может быть УФ лампа среднего давления, испускающая УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 200-220 нм. Давление в "настроенной" полихроматической УФ лампе среднего давления может превышать 0,16 МПа, например быть выше 0,3 МПа, 0,5 МПа или 0,6 МПа. В других вариантах УФ источником такого же назначения может быть монохроматическая лампа, испускающая УФ излучение на одной длине волны в интервале 200-245 нм, предпочтительно в интервале 200-220 нм.
Как полихроматическая УФ лампа, так и монохроматическая УФ лампа, излучающие в указанных длинноволновом и в коротковолновом интервалах длин волн, рассматриваются в данном документе как "УФ лампа, адаптированная для инактивации IPNV". Согласно вариантам изобретения колбы таких ламп могут быть выполнены из синтетического кварца, полученного из чистого кремнезема (далее - из ЧК-кварца).
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения раскрыта и сформулирована в прилагаемой формуле. При этом в плане организации и способа эксплуатации в комбинации с его задачами, отличительными признаками и преимуществами изобретение будет более понятно из следующего далее подробного описания, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами, где
на фиг. 1 и 2 схематично проиллюстрированы системы, выполненные согласно вариантам изобретения и обеспечивающие дезинфекцию содержимого жидкости,
на фиг. 3 схематично проиллюстрировано устройство, предназначенное для определения биологической отзывчивости IPNV на воздействие УФ излучением согласно вариантам изобретения,
на фиг. 4 приведен график, иллюстрирующий корреляцию между дозами УФ излучения, испускаемого соответственно лампами низкого и среднего давления, и инактивацией IPNV, обеспечиваемой согласно вариантам изобретения,
фиг. 5 иллюстрирует сопоставление спектров УФ ламп СД, различающихся по давлению паров Hg (выраженному, например, в паскалях),
на фиг. 6 приведены графики кумулятивной интенсивности ламп СД с различными давлениями,
на фиг. 7 приведена кривая спектральной отзывчивости IPNV, нормированная у 254 нм,
на фиг. 8 приведены графики кумулятивной интенсивности ламп СД с различными давлениями, скорректированные с учетом спектральной отзывчивости IPNV,
на фиг. 9 приведена сводная таблица, представляющая суммарную и нормированную мощности излучения лампы СД из ЧК-кварца и лампы СД из обычного кварца,
на фиг. 10 приведены спектры излучения лампы СД из ЧК-кварца и лампы СД из обычного кварца.
Следует иметь в виду, что с целью упрощения и наглядности представленные на чертежах элементы не обязательно изображены с соблюдением масштаба. Например, для наглядности размеры некоторых из них по отношению к другим элементам могут быть увеличенными. Кроме того, там, где это целесообразно, соответствующие друг другу или аналогичные элементы имеют одинаковые или сходные цифровые обозначения.
Осуществление изобретения
Различные аспекты изобретения представлены в следующем далее подробном описании, в котором с целью пояснения приведены конкретные конструкции и детали, способствующие полному пониманию изобретения. Однако для специалиста в данной области будет понятно, что настоящее изобретение можно реализовать на практике и без указанных подробностей. Кроме того, хорошо известные особенности, чтобы не усложнять изложение, могут быть опущены или упрощены.
Как очевидным образом следует из дальнейших пояснений, при отсутствии специальных указаний нужно иметь в виду, что все конкретные сведения, использующие такую терминологию, как "вычисление" и другие термины подобного типа, относятся к операции и/или операциям, выполняемым компьютером, компьютерной системой или иным подобным электронным вычислительным устройством, которые обрабатывают и/или преобразуют данные, представленные в виде физических (например электронных) количественных параметров, хранящихся в регистрах и/или запоминающих устройствах компьютерной системы, в другие данные, аналогичным образом представленные в виде физических количественных параметров в рамках устройств, запоминающих устройств, регистров или каких-то других подобных узлов компьютерной системы, сохраняющих, передающих и отображающих информацию.
В различных вариантах изобретения предусмотрено использование УФ лампы, оптимизированной по отношению к инактивации IPNV. Такой лампой может быть УФ лампа СД, испускающая УФ излучение, по существу, в интервале 260-400 нм или, в других вариантах, в интервале 260-300 нм.
Для понижения концентрации IPNV или для его инактивации можно посредством дезинфекционных систем облучать жидкости УФ излучением. Уф лампы могут быть монохроматическими или полихроматическими. Монохроматические лампы испускают УФ излучение на единственной длине волны (например на 280 нм). В контексте данного описания под УФ лампами низкого давления (НД) подразумеваются только обычно применяемые монохроматические УФ лампы с длиной волны излучения примерно у 254 нм. Полихроматические лампы испускают УФ излучение на различных длинах волн, например в виде дискретных отдельных узких спектральных интервалов, или в интервале, перекрытом непрерывной широкой полосой (например 260-300 нм). Такие лампы могут классифицироваться как УФ лампы среднего давления (СД). В ходе испытаний, проведенных в соответствии с вариантами изобретения, было показано, что оптимальным образом адаптированные УФ лампы СД инактивируют IPNV гораздо более эффективно, чем стандартные УФ лампы НД, обеспечивающие излучение у 253,7 нм. Поскольку степени инактивации IPNV стандартными УФ лампами НД и выбранными УФ лампами СД отличаются одна от другой, интенсивность УФ излучения и длительность экспозиции, в совокупности составляющие "УФ дозу" и требуемые для обеззараживания жидкости, для каждой из ламп, могут иметь специфические значения.
Для УФ лампы НД измерение УФ дозы может быть достаточно простым (например, с использованием приведенного далее уравнения DCB), поскольку в случае единственной длины волны монохроматического УФ излучения параметры экспозиции облучения можно легко измерить. Однако для полихроматического излучения этот расчет применять нельзя. В спектрах УФ ламп СД, испускающих излучение на многих длинах волн, есть длины волн, излучение на которых активно понижает количество (т.е. подавляет) IPNV, но остальные длины волн в этом отношении нейтральны или менее эффективны. Для точного измерения интенсивности излучения лампы СД можно отдельно измерить интенсивность на каждой активной длине волны, что обычно представляет трудную задачу. В настоящее время известна только УФ доза для дезинфекции IPNV посредством стандартной УФ лампы НД, излучающей у 253,7 нм, а для излучения ламп СД соответствующие УФ дозы до сих пор не определены.
Для точного вычисления интенсивности или УФ дозы излучения УФ лампы СД в возможной ситуации, в которой соответствующее измерение провести напрямую затруднительно, варианты изобретения позволяют, используя УФ лампу НД, провести измерение такой УФ дозы, которая обеспечит эквивалентное (или почти эквивалентное) подавление микроорганизмов. Такую УФ СД дозу можно именовать УФ дозой "эквивалентного подавления" (ДЭП), поскольку ее не измеряют, а определяют как эквивалент УФ НД дозы, обеспечивающей такой же уровень подавления. Чтобы для облучения IPNV посредством УФ лампы СД определить УФ дозу эквивалентного подавления, в одном из вариантов предусмотрена возможность измерить УФ НД дозу, но не для IPNV, а для другого (контрольного) микроорганизма, такого как бактериофаг mail specific-2 (MS2). В качестве контрольного объекта можно выбрать микроорганизм с известной корреляцией между УФ НД дозами и соответствующими УФ СД дозами эквивалентного подавления, используемыми для инактивации таких же количеств контрольного микроорганизма. MS2 инактивируют посредством эквивалентных УФ НД доз и УФ СД доз, однако, могут использоваться и другие контрольные микроорганизмы с неэквивалентными УФ НД и УФ СД дозами при условии, что корреляция между такими дозами известна или может быть измерена.
В одном из примеров было показано, что УФ СД доза, примененная для подавления IPNV по меньшей мере до уровня 3-log, соответствующего инактивации ≥ 99,9%, была по меньшей мере на 50% ниже, чем для аналогичного уровня УФ НД дозы (УФ дозы излучения лампы НД, излучающей у 253,7 нм). Для сравнения можно отметить, что УФ НД доза, используемая для достижения такого же подавления IPNV, равна приблизительно 120-246 мДж/см2. Таким образом, лампами СД обеспечивается такое же подавление, как и лампами НД, но с существенно меньшей УФ дозой, которая, например, может быть по меньшей мере в 3-5 раз меньше, чем у ламп НД. В то время как для облучения MS2 разницы между СД и НД УФ излучениями, по существу, нет, при облучении IPNV УФ СД и УФ НД излучениями такое существенное различие обеспечивает получение уникального и неожиданного результата.
На фиг. 1 и 2 схематично проиллюстрированы системы 100 и 200, которые согласно вариантам изобретения выполняют дезинфекцию жидкости, содержащей IPNV. На фиг. 1 представлены УФ источники 102, позиционированные вне канала 101, а в системе по фиг. 2 УФ источники 204 установлены внутри канала 201, в выполненных в нем полостях, хотя могут быть применены любые иные конструкции или комбинации внутренних и/или наружных УФ источников.
В возможном варианте показанная на фиг. 1 система 100 содержит канал (канал, трубу) 101 для переноса жидкости, подлежащей дезинфекции, и один или более наружных УФ источников 102, выполняющих облучение для дезинфекции жидкости внутри канала 101. Канал 101 имеет вход 104 для поступления жидкости и выход 105 для ее выпуска. Предусмотрена возможность по меньшей мере частично выполнить канал 101 из материала, прозрачного для УФ, такого как стекло или кварц. У системы 100 может быть одно или более окон 103, которые в возможном варианте выполнены из материала, прозрачного для УФ, такого как стекло или кварц, причем на них можно нанести покрытие в виде слоя 125, препятствующего осаждению.
Чтобы инактивировать нежелательные примеси, такие как IPNV, обеспечена возможность облучать, посредством УФ источников 102, жидкость во время ее протекания в канале. В некоторых вариантах жидкость внутри канала 101 может выполнять функцию волновода, в результате чего по меньшей мере часть излучения, например по меньшей мере половина излученной УФ энергии, может испытать полное внутреннее отражение у границы раздела канала 101, прозрачного для УФ, и внешнего воздуха. УФ источники 102 могут представлять собой одну или более УФ ламп, адаптированных для инактивации INPV, например УФ источники среднего давления, адаптированные для испускания полихроматического излучения в нескольких (дискретных или перекрывающихся между собой) спектральных полосах (например в интервале, занимающем бактерицидную УФ зону и продолжающемся за нее). Колба УФ источника 102 может быть выполнена из синтетического ЧК-кварца. Данный источник 102 способен испускать УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 200-245 нм, но в некоторых вариантах таким источником может быть УФ лампа СД, испускающая УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 200-220 нм. В возможном варианте давление в "настроенной" полихроматической УФ лампе СД превышает 0,16 МПа, например превышает 0,3 МПа, 0,5 МПа или 0,6 МПа. В других вариантах УФ источником 102 может быть монохроматическая лампа, испускающая УФ излучение на единственной длине волны в интервале 200-245 нм, предпочтительно в интервале 200-220 нм.
УФ источники 102 можно настроить так, чтобы для инактивации IPNV в оптимальной степени они испускали УФ излучение с соблюдением фиксированной УФ дозы, которая задана, например, на стадии тестирования, проиллюстрированной на фиг. 3. Например, чтобы обеспечить инактивацию IPNV до уровня по меньшей мере 99,9%, УФ источники 102 среднего давления могут облучать жидкость УФ излучением с плотностью излучения 80 мДж/см2 или менее.
Представленная на фиг. 2 система 200 может содержать канал 201, по которому переносится подлежащая дезинфекции жидкость, облучаемая и дезинфицируемая посредством одного или более внутренних УФ источников 204. Облучающая поверхность каждого УФ источника 204 может располагаться, по существу, перпендикулярно продольной оси 209 симметрии канала 201. В таком варианте направление облучающих лучей ориентировано параллельно данной оси. Колба УФ источника 204 может быть выполнена из синтетического ЧК-кварца. Источник 204 способен испускать УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 200-245 нм, но в некоторых вариантах таким источником может быть УФ лампа СД, испускающая УФ излучение, по существу, в интервале длин волн 200-220 нм. В возможном варианте давление в "настроенной" полихроматической УФ лампе среднего давления превышает 0,16 МПа, например превышает 0,3 МПа, 0,5 МПа или 0,6 МПа. В других вариантах УФ источником 204 может быть монохроматическая лампа, испускающая УФ излучение на единственной длине волны в интервале 200-245 нм, предпочтительно в интервале 200-220 нм. Предусмотрена возможность позиционировать каждый УФ источник 204 во втулке 202, прозрачной для УФ. Такая втулка может быть изготовлена из ЧК-кварца.
В примерах, приведенных на фиг. 1 и 2, системы 100 и 200 представляют собой проточные устройства, которые дезинфицируют жидкость во время ее прохождения через каналы 101 и 201 соответственно. Однако системы 100, 200 могут быть сконфигурированы в виде любой другой конструкции, например, использующей подвижный УФ источник, перемещаемый через замкнутый контейнер с жидкостью, или УФ источник, площадь поверхности которого достаточна для облучения всего объема жидкого образца, так что для облучения всего жидкого образца не требуется перемещать источник относительно жидкости.
На фиг. 3 схематично представлено биодозиметрическое устройство 300, предназначенное для определения биологической отзывчивости IPNV на УФ облучение, осуществляемое согласно вариантам изобретения.
В возможном варианте устройство 300 содержит прибор 302, обеспечивающий наличие коллимированного пучка (прибор ПКП), который снабжен УФ источником 304, а также детектором 306, в котором можно установить магнитную мешалку. Образцы 308 жидкости, зараженной известными количествами микроорганизмов, помещают между УФ источником 304 и детектором 306, чтобы протестировать отзывчивость данных микроорганизмов на УФ дозы излучения, поступающие из УФ источника 304 и соответствующие низкому и/или среднему давлению в лампах. В образцах 308 могут содержаться аликвоты смешанных культур, помещенных, например, в чашки Петри, а именно культур IPNV и отдельно тестируемого контрольного микроорганизма, такого как MS2.
Образец 308 IPNV может быть подвергнут воздействию УФ излучения от источника 304, выполненного в варианте СД, при различных условиях экспозиции, таких как различные интенсивности и/или различные длительности облучения, причем прибор 302, обеспечивающий наличие коллимированного пучка, может, кроме того, измерять концентрацию инактивированного (или активного) IPNV для каждой из этих экспозиций, а также концентрации инактивированного IPNV для каждого сочетания этих условий. Выбором условий экспозиции, соответствующих превышению определенных значений интенсивности и/или длительности, можно обеспечить степень инактивации IPNV на уровне оптимальной концентрации (например по меньшей мере на уровне 3-log). Хотя условия экспозиции известны, соответствующие УФ дозы, в режимах СД, не могут быть непосредственно вычислены простым образом вследствие распределения полихроматического излучения по спектру.
Для получения значения УФ дозы, отвечающей среднему давлению, можно протестировать дозозависимость контрольного микроорганизма, для которого корреляция между УФ СД дозами и УФ НД дозами известна.
В частности, когда MS2 подвергают воздействию одинаковых УФ СД доз и УФ НД доз, он инактивируется, по существу, в одинаковых количествах. Чтобы определить корреляцию между концентрациями IPNV и контрольного микроорганизма, инактивированных при одних и тех же режимах экспозиции, можно подвергнуть контрольный микроорганизм воздействию различных количеств УФ излучения, соответствующего среднему давлению. В дополнение к этому, чтобы определить корреляцию между УФ НД дозами и концентрациями инактивированного контрольного микроорганизма, можно подвергнуть контрольный микроорганизм воздействию различных количеств УФ излучения, соответствующего низкому давлению.
Корреляция между концентрациями IPNV и контрольного микроорганизма, инактивированных при каждом наборе условий СД экспозиции, может быть использована для того, чтобы скоррелировать условия СД экспозиции (соотнесенные с концентрациями инактивированного IPNV) и УФ НД дозы или эквивалентные им УФ СД дозы, обеспечивающие такое же подавление и соотнесенные с концентрациями инактивированного MS2. Таким образом, значения УФ СД доз для IPNV можно получить из значений легко измеряемых УФ НД доз для контрольного микроорганизма. Оптимальный интервал УФ СД доз для IPNV может включать в себя их набор, соответствующий условиям экспозиции, при которых IPNV инактивируется в оптимальной степени (например со степенью подавления 3-log).
В соответствии с вариантами изобретения были проведены тесты с использованием прибора, который обеспечивал наличие коллимированного пучка от УФ лампы низкого давления (прибора НД-ПКП). В конструкцию данного прибора входит УФ лампа НД для измерения УФ НД дозозависимости контрольного микроорганизма и IPNV (т.е. для определения зависимости между степенью инактивации, представленной в логарифмическом масштабе, и УФ НД дозой). Использовался также прибор (СД-ПКП), обеспечивающий наличие оптимизированного коллимированного пучка, соответствующего среднему давлению, и содержащий УФ лампу СД для измерения УФ СД дозозависимости контрольного микроорганизма и IPNV (т.е. для определения зависимости между режимами экспозиции в варианте СД и степенью инактивации, представленной в логарифмическом масштабе). Каждый из тестов, т.е. тест, выполняемый посредством СД-ПКП, и тест, выполняемый посредством НД-ПКП, может быть проведен для контрольного микроорганизма и для IPNV с целью вычисления их УФ дозозависимостей в одинаковых условиях экспозиции. При этом тесты для контрольного микроорганизма и IPNV можно выполнять параллельно (например, образцы MS2 и IPNV облучают одним и тем же излучением при одинаковой длительности экспозиции). Полученные от СД-ПКП значения уровней инактивации IPNV, представленные в логарифмическом масштабе, вводили в определенную в лаборатории УФ дозозависимость (ПКП тест) для контрольного микроорганизма и на основании этих данных устанавливали дозу эквивалентного подавления (ДЭП) для IPNV, доставляемую посредством СД-ПКП.
В основу тестов, связанных с вычислением спектральной отзывчивости на УФ дозу, положены, с незначительными изменениями, тесты, описанные в публикации Anat Lakretz; Eliora Z. Ron; Hada Mamane. Biofouling control in water by various UVC wavelengths and doses. Biofouling, 2010, Vol. 26, April, №3, 57-267. Введенные изменения заключались в следующем:
- интегрированное усредненное излучение в интервале 200-300 нм вычисляли согласно публикации J.R. Bolton, К.G. Linden. Standartization of methods for fluence (UV dose) determination in bench-scale UV experiments. J. Environ. Eng. ASCE, 2003, 129, 209-215 с использованием спектрального излучения, поступающего от калиброванного спектрорадиометра (USB4000, Ocean Optics), который установлен в позицию с координатами х, у, совпадающими с координатами центра чашки для кристаллизации, (чашки Петри) у поверхности жидкой суспензии;
- спектральное поглощение воды определяли посредством УФ-ВИД спектрофотометра (Secoman Uvikon xs);
- измеряли также отражение у поверхности образца и коэффициент Петри для используемой чашки.
УФ воздействие вычисляли, умножая усредненную мощность излучения на длительность экспозиции. В добавление к этому, чтобы обеспечить четко заданную полосу для излучения, поступающего из полихроматического СД источника, на пути полихроматического пучка устанавливали полосовые фильтры с центральными длинами волн 220, 239, 254, 260 и 280 нм, полушириной (полной шириной на половине максимума), равной 20-27,5 нм, и интервалами минимального пикового пропускания в границах 12-15% (Andover Corporation, США). Кривые пропускания для полосовых фильтров измеряли на УФ-ВИД спектрофотометре (Сагу Bio100, Varian, Inc., США) с приставкой (Diffuse Reflectance accessory (DRA)-CA-3330 фирмы Labsphere, США) диаметром 150 мм. Фильтр помещали в держатель, расположенный у используемого при измерении пропускания входа в интегрирующую сферу. Для варианта с использованием фильтров реальное усредненное излучение, воздействию которого подвергали IPNV, получали, умножая (нормируя) спектральное падающее излучение (измеренное без фильтров) на ширину полосы у каждой длины волны (спектральное пропускание в процентах) с учетом спектрального поглощения воды, коэффициента Петри и отражения от поверхности воды.
Чтобы продемонстрировать общую отзывчивость различных форм IPNV к УФ дозам излучения лампы среднего давления, были протестированы различные разновидности IPNV из коллекции American Type Culture Collection (АТСС), а именно, IPNV, выделенный из форели (АТСС #VR-1318), и IPNV, выделенный из мальков щуки Esox Lucius (АТСС #VR-1320). Обе разновидности репродуцировали в клеточных культурах, в состав которых входили культуры клеток Blugill Fin (BF-2) и Chinook Salmon Embryo (CHSE-214). Данные культуры выращивались в составах Minimum Essential Medium Eagle (MEM-Eagle) с несущественным присутствием аминокислот, дополненных 10% сыворотки крови новорожденного теленка (СКНТ), 2 мМ L-глютамина и 5% раствора пенициллина/стрептомицина и содержались в инкубаторе, не содержащем CO2, при 22-24°C. Слитые друг с другом культуры были инфицированы вирусом IPN и инкубированы в течение 4-6 дней при 15-16°C. После того как в клетках проявился четкий цитопатический эффект, среду собрали, аликвотировали и сохраняли при -70°C для дальнейшего использования. Клетки обсеменяли в 96-луночных планшетах в количестве 5×104 и 8×104 клеток на лунку соответственно для CHSE-214 и для BF-2.
Образцы вируса партиями десятикратно разбавляли до уровня 10-8 и применяли для инфицирования клеточных монослоев, причем при каждом разбавлении проводили трехкратное обследование. Инфицированные культуры обработали при 15-16°C препаратом MEM-Eagle с несущественным присутствием аминокислот, дополненных 10% СКНТ, 2 мМ L-глютамина и 20 мМ ГЭПЭС. Через четыре дня после инфицирования клетки фиксировали (формальдегидом, 2%) и окрашивали в течение 10 мин. красителем Генциан виолет, 15%. Титр 50% дозы, инфицирующей ткань культуры, определяли, например, согласно способам, описанным в публикации L. J. Reed and Н Muench. A Simple Method of Estimating Fifty Per Cent Endpoints. The American journal of Hygiene, 1938, V. 27, №3, 493-497. В качестве контрольного микроорганизма применяли MS2, содержащий культуру бактериофага mail specific-2 (АТСС 15597-В1) и E. coli MS2 (АТСС 155597) в качестве клетки-хозяина. Исходные микроорганизмы MS2 приготавливали и сохраняли, например, согласно процедуре, описанной в методическом пособии "ULTRAVIOLET DISINFECTION GUIDANCE MANUAL", EPA 815-D-03-00, 7 April 2006.
Титр бактериофагов проверяли сразу же после их приготовления, а затем за 24 часа до эксперимента. Для этого прибор с коллимированным пучком использовали, например, согласно процедуре, описанной в упомянутом пособии "ULTRAVIOLET DISINFECTION GUIDANCE MANUAL". Интенсивность бактерицидного излучения и коэффициенты Петри измеряли с применением УФ детектора OPHIR. УФ пропускание у 254 нм для вирусной суспензии, помещенной в кварцевую кювету 1 см, измеряли спектрофотометром.
УФ НД дозу DCB (конкретно, УФ дозу излучения лампы низкого давления, излучающей у 253,7 нм) можно вычислить в соответствии с условиями экспозиции, например, измерив УФ пропускание микробной суспензии и интенсивность УФ излучения лампы низкого давления. УФ НД доза (DCB) может быть вычислена отдельно для каждого ПКП теста, например, следующим образом:
где DCB=УФ доза (мДж/см2),
Ei = усредненная плотность УФ излучения, измеряемая до и после облучения образца (мВт/см2),
Pf = коэффициент Петри (безразмерный параметр),
R = коэффициент отражения (безразмерный параметр) у границы раздела воздух-вода при облучении на выбранной длине волны (например 254 нм),
L = расстояние от центральной оси лампы до поверхности суспензии (см),
d = глубина суспензии (см),
а = коэффициент поглощения УФ излучения (по логарифмической шкале с основанием 10) суспензией при облучении на выбранной длине волны (например 254 нм),
t = длительность экспозиции (секунды).
УФ НД дозы тестировали в интервале 0-120 мДж/см2 (0, 20, 40, 60, 80, 100, 120 мДж/см2) для бактериофага MS2 и в интервале 0-250 мДж/см2 (0, 30, 60, 120, 250 мДж/см2) для IPNV. УФ лампа в НД-ПКП представляла собой бактерицидную лампу низкого давления с мощностью 15 Вт, излучающую у 253,7 нм. Лампа для СД-ПКП представляла собой индивидуально адаптированную лампу среднего давления с мощностью 1 кВт, выполненную с возможностью оптимизированного воздействия на IPNV. Образцы облучали, применяя два режима мощности ламп, а именно 100% и 25%. 20 мл образца каждой вирусной суспензии при медленном перемешивании облучали посредством НД-ПКП и СД-ПКП в чашках Петри (площадь поверхности 50 см2, глубина образца 1 см). Суспензию IPNV во время тестирования (в процессе облучения) устанавливали на лед.
Чтобы протестировать возможное подавляющее воздействие раствора по отношению к IPNV, образцы облучали максимальной дозой. Сразу после облучения образцов к ним добавляли IPNV в той же концентрации, как и при добавлении к образцу, не испытавшему УФ облучения. В Таблице 1 эти образцы отнесены к "средам с IPNV". Образцы без IPNV облучали максимальной дозой, чтобы протестировать возможное подавляющее воздействие раствора по отношению к клеткам. В Таблице 1 эти образцы отнесены к "средам без IPNV". Концентрацию каждого из образцов определяли, применяя процедуру подсчета MS2 (например так называемый чашечный метод) и процедуру анализа так называемых стерильных пятен (прозрачных пятен, образованных бактериями под воздействием вирусов) с титрованием до конечной точки. Инактивацию в логарифмическом масштабе можно вычислить, например, выразив ее как
log10(N0/N),
где N0 = концентрация микроорганизмов до воздействия УФ излучением,
N = концентрация микроорганизмов после воздействия УФ излучением.
Результаты эксперимента вычислили, как зависимость между УФ дозой и степенью инактивации, представленной в логарифмическом масштабе, и для каждого НД-ПКП эксперимента определили линейное уравнение тренда.
При использовании СД-ПКП значение УФ дозы эквивалентного подавления определяли путем сопоставления инактивации бактериофага MS2, полученной посредством НД-ПКП и выраженной в логарифмическом масштабе, с эквивалентной инактивацией, тоже выраженной в логарифмическом масштабе и полученной посредством СД-ПКП в специально выбранных условиях (включая, например, длительность экспозиции для УФ СД, УФ пропускание суспензий у 254 нм, мощность УФ лампы). Значение ДЭП, требуемое для инактивации IPNV, определяли путем сопоставления длительности обработки бактериофага MS2 излучением УФ СД (со специально выбранной известной ДЭП) и длительности обработки IPNV излучением УФ СД в специально выбранных условиях экспозиции.
На фиг. 4 приведен график, иллюстрирующий корреляции между УФ дозами и инактивацией IPNV, проведенной согласно вариантам изобретения. Представлены результаты для УФ доз излучения лампы НД, перечисленных в Таблице 1. Данные результаты получены из тестов, проведенных согласно вариантам изобретения, а также из литературных данных (в частности из публикации Н. Liltved et al. High resistance of fish pathogenic viruses to UV irradiation and ozonated seawater. Aquacultural Engineering, 2006, 34, 72-82).
В Таблице 1 перечислены результаты инактивации IPNV УФ излучением, испускаемым лампами НД. Данные результаты получены для двух разновидностей IPNV, а именно для АТСС #VR1318 (выделенного из форели) и АТСС #VR-1320 (выделенного из мальков щуки), причем для проверки полученных данных проводили два независимых теста, "серию I" и "серию II". Жизнеспособными могут считаться только те образцы, у которых параметр бляшкообразующая единица/мл превышает 25. Обеззараживание может считаться оптимальным, если инактивация, выраженная в логарифмическом масштабе, превышает 3 или находится на этом уровне.
В тестах, проведенных согласно вариантам изобретения, в облученных растворах было детектировано отсутствие подавляющего воздействия раствора на клетки и IPNV. Между отзывчивостью двух разновидностей IPNV (АТСС #VR1318 и АТСС #VR1320) после облучения их УФ излучением существенной разницы не наблюдали. Было показано, что для инактивации IPNV оптимизированная УФ лампа СД по сравнению с УФ лампой НД более эффективна. В частности, оказалось, что в цикле тестов с использованием ПКП, проводимых с оптимизированной лампой среднего давления (СД) с целью достижения уровня инактивации IPNV в интервале подавления между 0,2-log и 3,3-log, оптимизированная лампа СД. эффективней лампы НД в 2,2-8,6 раз.
На фиг. 5 приведен график, иллюстрирующий соотношение спектров УФ ламп СД, различающихся по давлению паров Hg (выраженному, например, в Па). На чертеже видно различие относительных вкладов разных УФ ртутных ламп СД в УФ воздействие на IPNV. При этом могут быть учтены следующие сопутствующие факторы:
(1) Изменение давления паров Hg (измеренного, например, в Па) в лампе СД вызовет усиление специфических спектральных полос. Настройка давления рассмотрена далее со ссылками на фиг. 5, 6 и 8.
(2) Материал колбы лампы, который рассмотрен далее со ссылками на фиг. 9 и 10. Колба лампы выполнена, по существу, из ЧК-кварца, способного обеспечить повышенную прозрачность в спектральном интервале 200-230 нм. За счет этого лампа испускает большее количество УФ излучения в рабочем диапазоне 200-240 нм, причем данное превышение может составлять примерно 9%.
(3) Состав материалов ламп. Изменение химического состава материалов внутри ламп, например, посредством легирования, также может повысить уровень инактивации IPNV, поскольку эти материалы влияют на спектральное пропускание УФ излучения. Например, в состав материалов ламп может входить ртуть, легированная, например, добавкой в виде галогенида металла, такого как галогенид железа. Таким легированием можно обеспечить повышенное излучение, в частности, в интервалах 200-230 нм и 260-300 нм. В добавление к этому, для некоторых вариантов могут быть использованы "безэлектродные" лампы, что позволяет обеспечить более широкий выбор при применении в лампах различных химических составов.
На фиг. 6 приведен график кумулятивной интенсивности ламп СД с различными давлениями. Верхняя и нижняя кривые иллюстрируют кумулятивную интенсивность ртутной лампы с давлением паров Hg, равным соответственно 0,7 МПа и 0,16 МПа. Интенсивности в данных кривых нормированы.
На фиг. 7 приведена кривая спектральной отзывчивости IPNV, нормированная у 254 нм. Из этого графика следует, что минимум инактивации IPNV расположен примерно у 254 нм. Инактивация повышается по экспоненте как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения длины волны, т.е. по направлениям к более длинноволновой и к более коротковолновой частям спектра. Во втором из этих интервалов (с длинами волн менее 254 нм) инактивация IPNV увеличивается в три раза. В некоторых вариантах может оказаться предпочтительным другой интервал (с длинами волн более 254 нм), поскольку на более высоких длинах волн увеличивается пропускание УФ излучения водой.
В частности, на длинах волн 260 нм, 280 нм и 220 нм чувствительность IPNV по сравнению с его чувствительностью на длине волны 254 нм повышается соответственно в 1,7 раз, в 3 раза и в 17 раз. Таким образом, если использовать лампу, испускающую УФ излучение с длиной волны выше 260 нм, необходимая доза будет на 70% меньше по сравнению с дозой в варианте, использующем лампу, которая рассчитана на 254 нм, а эффективность УФ системы, выполненной согласно вариантам изобретения и, в возможном варианте, содержащей лампу с УФ излучением примерно на длине волны 220 нм, повышается до уровня 1700% по сравнению с эффективностью системы, основанной на лампе с УФ излучением у 254 нм.
Другим важным параметром функционирования УФ системы является пропускание УФ излучения водой. По мере уменьшения длины волны пропускание воды понижается. Например, у минеральной воды Эйн-Геди при освещении ее излучением с длиной волны 220 нм остаточная интенсивность пучка на глубине ниже 1 см понизилась до 35%. На этой же глубине для длины волны 260 нм остаточная интенсивность составляла 90%, т.е. для инактивации IPNV все еще оставалось 90% фотонов. Таким образом, в данном контексте интервал более высоких длин волн может оказаться предпочтительным.
На фиг. 8 приведен график кумулятивной интенсивности ламп СД с различными давлениями, скорректированный с учетом спектральной отзывчивости IPNV. Верхняя и нижняя кривые иллюстрируют кумулятивную интенсивность ртутной лампы с давлением паров Hg, равным соответственно, 0,7 МПа и 0,16 МПа. Как показано на фиг. 6, по сравнению с лампой СД более низкого давления лампа СД. более высокого давления позволяет повысить вклад в кумулятивную интенсивность приблизительно на 40%. В вариантах изобретения используют лампу СД, давление в которой выше 0,16 МПа, предпочтительно выше 0,4 МПа или 0,5 МПа и равно, например, 0,7 МПа.
На фиг. 9 приведена сводная таблица, в которой для разных спектральных интервалов (левый столбец) представлены суммарная и нормированная мощности излучения лампы СД из ЧК-кварца (центральный столбец) и лампы СД из обычного кварца (правый столбец).
На фиг. 10 приведены спектры излучения лампы СД из ЧК-кварца (верхняя кривая в области 200-230 нм) и лампы СД из обычного кварца (нижняя кривая). Как следует из данного чертежа, для этих модификаций кварца разность чувствительностей IPNV к излучению с длиной волны в интервале 200-230 нм может достигать 9%, влияя на вклад в суммарную кумулятивную интенсивность бактерицидного воздействия. В вариантах изобретения предусмотрена возможность выполнить колбу лампы из ЧК-кварца. Такая колба в спектральном интервале 200-230 нм обладает высокой прозрачностью.
В данном описании представлены различные варианты изобретения, причем особенности одних вариантов могут быть скомбинированы с особенностями других. Таким образом, конкретные варианты могут представлять собой комбинацию особенностей нескольких вариантов.
Представленное описание вариантов изобретения имеет только иллюстративный и поясняющий характер. Оно не претендует на полный охват и не ограничивает изобретение конкретными приведенными вариантами. Специалистам в этой области должно быть понятно, что в границах представленных сведений возможны многочисленные модификации, изменения, замены и эквиваленты. Поэтому следует иметь в виду, что прилагаемая формула охватывает все такие модификации и изменения, попадающие в границы объема изобретения.
1. Устройство для обработки жидкости ультрафиолетовым (УФ) излучением, содержащее:
- канал, имеющий вход для приема жидкости, подлежащей обработке и содержащей вирус инфекционного панкреатического некроза (IPNV), и выход для выпуска обработанной жидкости, и
- УФ-лампу, настроенную для оптимальной инактивации вируса IPN,
при этом лампа представляет собой полихроматическую лампу, которая испускает УФ- излучение, по существу, в интервале длин волн 260-400 нм и имеет внутреннее давление выше 0,16 МПа, или монохроматическую лампу, которая излучает на единственной длине волны, выбранной в интервале длин волн 260-400 нм.
2. Устройство по п. 1, в котором УФ-лампа представляет собой полихроматическую лампу, а давление внутри лампы превышает 0,3 МПа.
3. Устройство по п. 1, в котором УФ-лампа представляет собой полихроматическую лампу, а давление внутри лампы превышает 0,6 МПа.
4. Устройство по п. 1, в котором лампа испускает УФ-излучение, имеющее длину волны в интервале 260-300 нм.
5. Устройство по п. 1, в котором колба лампы состоит из синтетического кварца, полученного из чистого кремнезема.
6. Устройство по п. 1, в котором УФ-лампа представляет собой ртутную лампу с легированием добавкой в виде галогенида металла.
7. Устройство для ультрафиолетовой (УФ) обработки жидкости, содержащее:
- канал, имеющий вход для приема жидкости, подлежащей обработке и содержащей вирус IPN, и выход для выпуска обработанной жидкости, и
-УФ-лампу, настроенную для оптимальной инактивации вируса IPN, при этом лампа представляет собой полихроматическую лампу, которая испускает УФ-излучение, по существу, по меньшей мере в интервале длин волн 200-245 нм и имеет внутреннее давление выше 0,16 МПа, или монохроматическую лампу, которая излучает на единственной длине волны, выбранной в интервале длин волн 100-245 нм.
8. Устройство по п. 7, в котором давление внутри лампы превышает 0,3 МПа.
9. Устройство по п. 7, в котором давление внутри лампы превышает 0,6 МПа.
10. Устройство по п. 7, в котором лампа дополнительно испускает УФ-излучение, имеющее длину волны в интервале 260-300 нм.
11. Устройство по п. 7, в котором колба лампы состоит из синтетического кварца, полученного из чистого кремнезема.
12. Устройство по п. 7, в котором УФ-лампа представляет собой ртутную лампу с легированием добавкой в виде галогенида металла.
13. Способ инактивации вируса IPN, включающий облучение жидкости, содержащей вирус IPN, УФ-излучением, испускаемым УФ-лампой, настроенной для оптимальной инактивации указанного вируса,
при этом лампа представляет собой полихроматическую лампу, которая испускает УФ-излучение, по существу, в интервале длин волн 260-400 нм и имеет внутреннее давление выше 0,16 МПа, или монохроматическую лампу, которая излучает на единственной длине волны, выбранной в интервале длин волн 260-400 нм.
14. Способ инактивации вируса IPN, включающий облучение жидкости, содержащей вирус IPN, УФ-излучением, испускаемым УФ-лампой, настроенной для оптимальной инактивации указанного вируса,
при этом лампа представляет собой полихроматическую лампу, которая испускает УФ-излучение, по существу, в интервале длин волн 200-245 нм и имеет внутреннее давление выше 0,16 МПа, или монохроматическую лампу, которая излучает на единственной длине волны, выбранной в интервале длин волн 100-245 нм.
