细菌生物膜是一种在潮湿环境中广泛存在的微生物聚集体，它们不仅威胁水质，还通过腐蚀、污垢和堵塞影响各种工程系统的正常运作。
在某些极端情况下，这些生物膜甚至可能致命。例如，宇航员在国际空间站外活动时，太空服内的循环水系统用于调节体温，但生物膜的生长却可能危及他们的安全。
紫外线(UV)通过破坏微生物的DNA和酶修复系统，提供了一种无化学物质的有效控制方法。然而，传统的汞基紫外线灯在水处理中存在泄漏风险，且不适用于狭窄管道等空间。
为了解决这一难题，亚利桑那州立大学的研究人员与H2Optic Insights公司合作，开发了一种利用短波长UV-C光的新技术，以抑制生物膜在各种环境中的生长。他们的研究成果已于7月在《自然-水》杂志上发表。
亚利桑那州立大学Ira A. Fulton工程学院的土木与环境工程教授Paul Westerhoff表示：“虽然紫外线在水中灭活细菌和微生物的能力已被广泛研究，但对已形成生物膜的细菌的有效性研究却相对有限。”
Westerhoff及其团队通过将LED连接到侧面发光光纤(SEOFs)上，并将其直接放置在可能形成生物膜的表面上，成功地抑制了生物膜的生长。他们在低辐照水平下使用UV-C光，通过SEOFs传递光线，达到了抑制效果。
研究还探讨了不同UV波长对生物膜抑制的影响，发现UV-A和UV-B在低辐照水平下几乎无效，而UV-C则非常有效。团队还证明了UV-C光的间歇性照射（10分钟照射后50分钟黑暗）可以达到与连续照射相同的效果，节省了超过80%的能源。
“从设计角度看，SEOFs提供了一种灵活的解决方案，可以有效地照亮狭窄管道或不规则形状的表面，”Westerhoff说，他也是美国国家科学基金会纳米系统工程研究中心纳米技术支持水处理(NEWT)的副主任。
他进一步指出，SEOFs有可能彻底改变生物膜控制装置的设计，因为它们可以将任何波长的紫外线直接输送到生物膜可能形成的表面，而无需考虑光吸收或水散射等复杂问题。
Westerhoff表示：“将UV-C LED与SEOFs结合使用，在对抗水系统中的生物膜方面显示出了真正的希望，特别是在封闭和流动的水系统中，传统的光传输方法受到限制。”因此，这些发现有助于提高水处理系统的安全性、性能和能源效率，包括在国际空间站等具有挑战性的环境中。
韦斯特霍夫强调，需要进一步的研究来探索生物膜在不同发育阶段对不同波长的紫外线的反应，并针对不同的应用优化UV-SEOF方法，如生物医学设备和能源系统。
