Tại sao tia cực tím được sử dụng để diệt khuẩn?

Trong nhiều thập kỷ trước, tia UV có tác dụng diệt vi khuẩn đã được sử dụng để khử trùng đồ vật và các bề mặt khác nhau, nhưng cách thức hoạt động của nó như thế nào và tại sao tia cực tím lại có thể diệt vi khuẩn, trước hết chúng ta cũng tìm hiểu một số kiến thức về tia UV.

Đèn UV là gì?

Ánh sáng là một phần nhỏ của quang phổ điện tử và nó bao hàm tất cả các loại bức xạ điện tử. Tuy nhiên không phải tất cả các loại bức xạ này đều có thể nhìn thấy được bằng mắt thường. Màu sắc mà chúng ta nhìn thấy tạo nên phần ánh sáng được nhìn thấy của quang phổ, quang phổ này được tổ chức dựa trên năng lượng, bước sóng và tần số của từng loại bức xạ.

Quang phổ điện từ

Tia cực tím là loại ánh sáng có bước sóng ngắn hơn ánh sáng nhìn thấy nhưng dài hơn tia X. Ánh sáng UV có dải bước sóng trong khoảng 200-400 nm và được phân loại thành UVA, UVB và UVC. Trong đó UVC có bước sóng ngắn nhất ( 200-280 nm), tiếp theo là UVB ( 280-320 nm) và sau đó là UVA ( 320-400 nm). Một yếu tố làm cho ánh sáng UV khác với ánh sáng nhìn thấy thông thường chính là sức mạnh ion hóa của nó, điều này có nghĩa là nó có thể tích điện hoặc "ion hóa" các phân tử mà nó tiếp xúc. Ngoài ra, một điểm cần lưu ý nữa là năng lượng tỷ lệ nghịch với bước sóng, bước sóng càng ngắn thì năng lượng của tia sáng càng nhiều, điều đó có nghĩa là tia UVC có nhiều năng lượng nhất nhưng khả năng gây hại cho cơ thể sống cũng lớn nhất.

Chắc chắn bạn cũng đã từng nghe nói rằng tia UV nói chúng là có hại và đó cũng là lý do chúng ta cần phải dùng kem chống nắng khi đi ra ngoài ánh mặt trời. Trên thực tế, tuy UVB gây ra hiện tượng cháy nắng nhưng việc tiếp xúc vừa phải với tia UVB sẽ giúp cơ thể tổng hợp được vitamin D, điều đó cũng giải thích cho việc các bác sĩ thường khuyên chúng ta cần tiếp xúc với ánh sáng mặt trời ở một mức độ nhất định để tăng cường hoặc duy trì mức vitamin D.

Mặt trời là nguồn ánh sáng lớn nhất của chúng ta.

Mặt trời tạo ra nhiều loại ánh sáng, trong đó có 3 dạng tia UV, trong đó tia UVC có hại nhất và một số tia UVB bị phản xạ bởi tầng ôzôn của bầu khí quyển của Trái đất. Hầu hết tia UV chiếu đến bề mặt hành tinh có đến 95% tia UVA , nó ít gây hại nhất cho chúng ta. Còn đối với tia UVC, đặc điểm năng lượng cao của nó đã tạo ra khả năng diệt vi sinh vật ấn tượng nhất.

Cách diệt vi khuẩn của tia UV

DNA và một số protein bên trong vi khuẩn có thể hấp thụ các tia UVC ion hóa này, gây ra tổn thương cấu trúc. DNA được tạo ra từ các bazơ nitơ được gọi là purin và pyrimidin; adenine (A), thymine (T), guanine (G) và cytosine (C). A và G là purin, trong khi C và T là pyrimidine. Các bazơ này hoạt động theo từng cặp, trong đó A bổ sung hoặc đối lập với T trên phân tử DNA , trái ngược với G và C. Hàng tỷ bazơ liên kết với nhau trong tất cả các tổ hợp có thể để tạo nên các chuỗi DNA.

Cấu trúc DNA

Khi hấp thụ các tia UVC, các phần bị ảnh hưởng nhiều nhất là nơi chứa các pyrimidine liền kề, điều này sẽ làm cho hai hymine ở cạnh nhau liên kết với nhau và đồng phân hóa, thay vì liên kết với phần tử đối diện. Các cơ sở khác cũng bị ảnh hưởng nhưng chất dimer TT được hình thành phổ biến nhất, tạo ra sự va chạm trong các sợi DNA, xung đột với các quá trình sao chép DNA tự nhiên.

Tia UVC hình thành chất dimer thymine

Trong trường hợp DNA không thể tái tạo, vi khuẩn không thể nhân bản và cuối cùng sẽ chết đi, nói chính xác hơn thì việc tiếp xúc với tia UVC sẽ gây ra đột biến DNA. Khi các tế bào vi khuẩn ngày càng có nhiều đột biến DNA thì chúng tự báo hiệu để trải qua quá trình apoptosis - quá trình chết tế bào theo chương trình. Lúc này các tế bào sẽ không được nhân lên và việc tái tạo DNA cũng bị cản trở, kết quả là chúng tự giết chết mình. Tia UVC có thể gây ra đột biến tế bào chỉ trong vài phút, còn tia UVA và UVB cũng có thể gây tổn thương DNA nhưng không hiệu quả bằng tia UVC.

Tia UV gây ra tổn thương DNA

Tiệt trùng bằng UVC hiệu quả như thế nào?

Việc tiệt trùng bằng tia UV hiệu quả hay không còn phục thuộc vào thời gian phơi sáng và chất liệu của đối tượng. Tia UVB và UVC sẽ bị kính chắn cho nên nếu được bảo vệ bằng kính, thì chúng ta sẽ không bị cháy nắng. Nhưng tia UVA lại có thể đi qua vì bước sóng của chúng tương tự ánh sáng bình thường, vì thế nếu chiếu tia UVC qua cửa kính là không có tác dụng gì.

Tia UV diệt trùng hiệu quả nhất trên bề mặt cứng và phẳng, vì thế nếu bạn muốn khử trùng triệt để, tia UVC cần phải chiếu lên tất cả các khu vực bề mặt cần diệt vi khuẩn. Những bề mặt mấp mô hoặc các vật thể có rãnh và đường gờ thì tia UV sẽ không tiếp cận đến được, có nghĩa là vi khuẩn ở những nơi đó vẫn tồn tại.

Ngoài ra, một yếu tố quan trọng khác là thời gian tiếp xúc với tia UV, cần đề các bề mặt cần khử trùng tiếp xúc với tia UV trong vài phút, nếu chỉ chiều tia UV trong khoảng 5-10 giây sẽ không thể khử trùng hiệu quả được.

Đèn UV bỏ túi

Những thiết bị UV gia dụng hiện nay mặc dù được các nhà sản xuất quảng cáo là hiệu quả nhưng trên thực tế lại không được như vậy. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng không phải mọi lúc chúng đều có thể tiêu diệt được 99,9% vi khuẩn chỉ trong vài giây. Các thiết bị hoạt động không hiệu quả này thường chỉ tiêu diệt được 50% vi khuẩn. Muốn nâng hiệu quả tối đa, bạn cần tăng thời gian chiếu tia UV ít nhất trong 10-15 phút.

• Hóa thạch 252 triệu năm hé lộ bọ cạp biển khổng lồ cực đáng sợ
• Phát minh pin nhỏ nhất thế giới, chỉ bằng một hạt bụi
• Cây táo của Newton trong khu vườn Đại học Cambridge bị bão đánh đổ