În mod tradițional, în industria alimentară, curățarea și dezinfecția se realizează folosind detergenți și apă lichidă. Bacteriile de pe suprafețe formează biofilme și aderă foarte puternic la suprafață [Referința 1].
Studiile au arătat că aceste biofilme nu se îndepărtează ușor cu soluții de detergent, deoarece sunt lipicioase. Bacteriile sunt mai ușor de îndepărtat din soluțiile lichide decât de pe suprafețe solide, cum ar fi oțelul inoxidabil.
Biofilmele sunt adesea dificil de îndepărtat prin mijloace mecanice și chimice. Metode alternative de dezinfecție trebuie explorate pentru a înlocui metodele mecanice de dezinfecție și metodele chimice. Figura 1 prezintă o suprafață din oțel inoxidabil infectată bacterian.
Curățarea cu laser a suprafețelor infectate cu bacterii este o metodă foarte eficientă deoarece căldura produsă de laser este folosită pentru dezinfectarea suprafeței. Figura 2 prezintă curățarea cu laser a unui palet contaminat.
Au fost efectuate cercetări pentru a înțelege eficiența utilizării diferitelor tipuri de lasere pentru a curăța suprafețele infectate cu bacterii. Laserele utilizate în mod obișnuit sunt lasere cu impulsuri, dar alegerea lungimii de undă, a energiei pulsului și a ratei de repetiție este foarte importantă. Într-un studiu [Referința 2], șapte tipuri diferite de lasere, variind de la ultraviolete (355 nm) la infraroșu îndepărtat (118 μm), au fost folosite pentru a studia eficiența lor în uciderea bacteriilor Escherichia coli (E-Coli). Printre aceste lasere, au fost utilizate un laser cu impulsuri CO2 de 10,6 μm și lasere multiple Nd:YAG care funcționează la lungimi de undă nominale, a doua și a treia armonică.
Cercetările arată că peste o anumită densitate de energie, laserul cu impulsuri CO2 este cel mai eficient în îndepărtarea bacteriilor, urmat de laserul Nd:YAG. Eficiența razelor UV în uciderea bacteriilor este binecunoscută, iar un al treilea laser eficient este laserul Nd:YAG cu frecvență triplă (emisie de 355 nm). În scopuri de testare, E. coli a fost crescută pe mai multe plăci, iar plăcile au fost expuse la lumină laser. După expunere, plăcile au fost incubate la 37 de grade timp de 24 de ore. Dacă sterilizarea cu laser funcționează, după creștere se vor observa zone fără bacterii. Tabelul 1 prezintă diferiții parametri laser și zonele fără bacterii observate după expunerea la astfel de lasere.
După cum se poate observa din tabelul de mai sus, densitatea de energie a laserului Lumonics Nd:YAG (impulsuri de 10 msec cu 10 Jouli de energie la 20 Hz) a fost de 246 de ori mai mare decât a laserului CO2 și timpul de expunere a fost de asemenea de 533 de ori mai mare. Această diferență ar putea fi atribuită faptului că apa absoarbe radiația IR mijlocie (la 10,6 μm) mult mai puternic decât IR-ul apropiat (1,06 μm) și deoarece bacteriile E-Coli rezidă în apă, ele sunt ucise mai ușor.
Lungimile de undă UV la 355 nm au răspuns bine la sterilizare, așa cum se arată în tabel. Laserele cu frecvență triplă au funcționat la o rată de repetiție de 10 Hz și au avut o durată a pulsului de aproximativ 5 sec. Comparând laserul cu frecvență triplă Surlite cu laserul Lumonics Nd:YAG, se poate observa că, cu o putere medie de 200 ori mai mică și un timp de expunere de aproape 5 ori mai scurt (densitatea de energie a fost de aproape 20 de ori mai mică), laserul Surlite a atins aceeași zonă de curățare de ordin de mărime în comparație cu Nd: YAG (0,123 cm2 față de 0,715 cm2).
În afară de laserele care au fost eficiente în uciderea bacteriilor E-Coli, au existat și alte lasere care au fost ineficiente. Unele dintre aceste lasere au inclus un laser IR departe la 118 μm, un laser cu diodă la 0.81 μm și un laser cu ioni de argon la 0.488 μm. Au fost folosite mai multe densități de energie diferite pentru aceste lasere, dar s-au dovedit a fi ineficiente în uciderea bacteriilor de pe suprafețe.
Allied Scientific Proa dezvoltat un sistem de curățare cu laser pe bază de fibre care a fost deja utilizat și s-a dovedit a fi capabil să lucreze în multe domenii diferite, cum ar fi îndepărtarea rucilor în industria aviației, curățarea monumentelor istorice și decontaminarea unei instalații nucleare. Aceste sisteme de curățare cu laser au un cap laser, optică și oglinzi Galvo care pot face fascicule de diferite forme. În mod normal, se folosește un fascicul liniar, dar pentru a extinde aplicarea acestor sisteme de curățare cu laser la curățarea suprafețelor infectate cu bacterii și pentru a crește densitatea energetică a fasciculului, se poate genera o dimensiune circulară a punctului. În ceea ce privește rata de repetiție și puterea medie, specificațiile sunt compatibile cu parametrii laserului Nd:YAG de la Lumonics, menționați în tabelul 1.
Figura 4 prezintă sistemul de curățare cu laser de la Allied Scientific pro. Acesta este un sistem de 100 de wați care funcționează la o lungime de undă de 1030 nm numit Laser Blast 100.
Operațiunile de curățare a suprafețelor metalice contaminate din industria alimentară pot beneficia foarte mult de sistemele de curățare cu laser descrise mai sus. Este mai rapid și mai eficient decât metodele tradiționale care folosesc mijloace mecanice și chimice.
