1. Таблица 1
2. Таблица 2

Эпиднадзор за трансмиссивными болезнями и насекомыми во всем мире чаще всего проводится с помощью световых ловушек Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC). Эти ловушки были первоначально разработаны Судией и Чемберленом (1962) и предоставили надежный метод мониторинга переносчиков болезней с минимальным воздействием на человека. Модификации улучшили эффективность ловушки CDC ( Стюарт и соавт. 1970 , Джонстон и соавт. 1973 , Элстон и Апперсон 1977 , Addison et al. 1979 ), но энергопотребление и громоздкость продолжают оставаться недостатками, особенно во время полевых сборов в сельских районах и в развивающихся странах. Burkett et al. (1998) впервые использовались светодиоды (светодиоды) для повышения энергоэффективности; однако у ловушек было несколько недостатков: лампы не были легко взаимозаменяемыми, ширина полосы была широкой (ширина ± 50 нм), матрица освещения была ограничена одним цветом, а отраженный свет уменьшал яркость. Чтобы решить эти проблемы в новом дизайне, новая светодиодная лампа была заменена стандартной лампой накаливания в современных ловушках CDC. Во 2-й итерации в модифицированное тело светового ловушки CDC был включен новый дизайн освещения на основе светодиодной платформы. Обе конструкции увеличили скорость захвата важных с медицинской точки зрения летающих двукрылых и обеспечили гораздо более длительное время автономной работы.

Основным аттрактантом ловушки CDC для насекомых является источник света, обычно лампа накаливания мощностью 4–6 Вт. Когда ночное насекомое летит рядом с лампой, ее втягивает в мешок для сбора или в сосуд для убийства потоком воздуха, направляемого вентилятором, установленным под источником света. Влияние визуальных сигналов, обеспечиваемых светом, является ключом к эффективности захвата. Зрение у насекомых развилось только один раз; поэтому насекомые обычно видят в 3-х конкретных цветах - ультрафиолетовом (УФ), синем и зеленом ( Бирское и Читка 2001 ). Однако лампы накаливания излучают наиболее сильно в инфракрасных спектрах и слабо в спектрах видимого света синего, зеленого и красного; Кроме того, их эффективность преобразования электрического тока в свет очень низкая, примерно 6%. Остальная часть (94%) излучается в виде инфракрасного излучения или тепла ( Дженерал Электрик 2008 ). Мало того, что красный и инфракрасный свет (тепло) невидим для большинства глаз насекомых (), лампы накаливания из вольфрамовой нити не производят ультрафиолетовый свет, который виден насекомым.

Видение насекомых и световые спектры. Верхний график представляет схему консервативных фоторецепторов насекомых и их максимальной чувствительности в ультрафиолетовом, синем и зеленом спектрах. Нижний график показывает спектры, излучаемые ультрафиолетовыми светодиодами и лампами накаливания. Перекрытие зрения насекомого и системы освещения дает свет, видимый глазу насекомого. Обратите внимание, что 94% энергии лампы накаливания расходуется в инфракрасном диапазоне.

В последние годы производственные и технологические достижения снизили розничную стоимость высокоэффективных светодиодов. Светодиод представляет собой твердотельное устройство, которое преобразует электричество в свет с минимальным выделением тепла и, следовательно, является очень эффективным источником света. Типичные современные светодиоды излучают в узкой полосе пропускания 5 нм. Цвет светодиодов может варьироваться от УФ (350 нм) до инфракрасного (700 нм) в зависимости от химического состава светодиода. Угол рассеивания или конуса освещения от колбы зависит от структуры колбы и варьируется от очень узкого (как у лазерных указателей) до более широкого рассеяния (до 120 ° для всенаправленных источников света). Уровень яркости определяется электрическим током (измеряется в миллиамперах), проходящим через светодиод. Чем выше ток, тем ярче свет, но срок службы ламп уменьшается. Светодиод будет работать в течение нескольких тысяч часов, если не подвергается электрической перегрузке. Твердотельная конструкция светодиодов делает их долговечными в полевых условиях; их трудно разбить, и их редко нужно заменять.

В текущем приложении светодиодная технология была интегрирована в световые ловушки CDC в 2 инновационных режимах. Во-первых, это создание комбинированной замены светодиодной лампочки для современных ламп накаливания CDC. Второй - это основанный на платформе дизайн для использования светодиодов в модифицированном корпусе светового ловушки CDC. Обе конструкции освещения обеспечивают гибкость в выборе количества светодиодных ламп (4–16) с различными цветами, углами обзора или интенсивностью света. Для достижения максимальной скорости захвата или срока службы батареи можно использовать специальные схемы освещения, в зависимости от области применения. В то время как лампы накаливания производят широкий спектр света для привлечения насекомых, можно выбрать светодиоды для излучения узкой полосы пропускания или определенного цвета. Предыдущие исследования показали, что комары ( Уилтон и Фэй 1972 , Буркетт и Батлер 2005 ), флеботомин мух ( Меллор и Гамильтон 2003 ), а Куликоид летит ( Бишоп и др. 2004 ) притягиваются преимущественно к конкретным длинам волн света. Наконец, светодиодные лампы имеют то преимущество, что их можно быстро заменить в полевых условиях, чтобы настроить ловушку в соответствии с конкретными потребностями среды захвата.

Замена комбинированного светодиода, установленного для цоколя лампы накаливания, состоит из металлического или пластикового корпуса, который удерживает 4–8 светодиодных ламп в круглом положении (). Резистор на выводах светодиодов регулирует ток 6 В на светодиодах. Компоновка комбинированных светодиодов полностью автономна и вставляется в патрон лампы накаливания. Светодиодные провода подключаются непосредственно к блоку питания.

Конфигурации светодиодной (LED) платформы освещения. (A) Стандартная световая ловушка Центров по контролю и профилактике заболеваний перенастроена на плату силовой цепи и ультрафиолетовую светодиодную платформу с 8 лампочками. (B) Стандартная лампа накаливания и розетка (слева) и замена ее светодиодом с той же розеткой (справа). (C) Осветительная платформа с 8 светодиодными лампами 2 типов - прозрачные лампочки (λ = 360 нм) с углом рассеивания 45 ° и металлические колбы (λ = 370 нм) с углом рассеивания 90 °.

Вторая модификация состоит из светодиодной осветительной платформы, которая встроена в модифицированный корпус ловушки CDC. Платформа представляет собой восьмиугольную печатную плату со светодиодными портами с каждой стороны (). Каждая осветительная платформа является автономной и имеет 8 портов, каждый из которых способен удерживать стандартную 5-миллиметровую светодиодную лампу и соединен между собой встроенными цепями. Несколько осветительных платформ могут использоваться параллельно путем их наложения - либо для создания более яркого излучения света, либо для создания ловушки, которая одновременно излучает свет с несколькими длинами волн. Плата силовой цепи крепится к металлическому экрану от насекомых прямо над двигателем вентилятора; он служит интерфейсом для микросхем освещения, вентилятора и блока питания. Занимаемая площадь платы силовой цепи и микросхем освещения равна окружности двигателя и расположена внутри вихревого потока, создаваемого двигателем. Размер и расположение этих компонентов не позволяют им мешать всасыванию.

Электрическая мощность, необходимая для привода световых ловушек, может ограничивать объемы сельских полевых коллекций. В этой настройке основным преимуществом светодиодного освещения является снижение энергопотребления (). Обычные ловушки CDC работают от 6-вольтовых источников питания, обычно от 4 D-элементных батарей или перезаряжаемых сухих элементов. Стандартный батарейный блок из 4 D-элементов (17,5 Ач) обеспечивает питание лампы накаливания и двигателя на 4 ночи, а также УФ-флуоресцентной лампы и двигателя на 1,5 ночи в типичных ловушках CDC. Напротив, светодиодная система освещения более эффективна и производит эквивалентное свечение в течение 8 ночей. Еще одним преимуществом системы светодиодного освещения является то, что лампы и микросхемы освещения автоматически отключаются, если напряжение падает ниже 3,2 В. В этом случае двигатель и вентилятор продолжают работать, тем самым предотвращая выход собранных образцов. Ловушка с комбинированной конфигурацией из 4-х светодиодных ламп при некоторых обстоятельствах может привлечь значительно больше насекомых, чем ловушки накаливания. Например, в сравнении парных ловушек (тропические леса Французской Гвианы) светодиодные ловушки собрали на 30% больше песчаных мух, чем лампы накаливания (). Во втором сравнении в сухих лесных районах Колумбии были использованы 2 сложенных светодиодных осветительных чипа (16 светодиодных ламп). Хотя эта конфигурация потребляла почти столько же энергии, сколько и ловушка накаливания, ловушка с накопленными чипами привлекла на 50% больше песчаных мух (). В других географических условиях ловушки успешно захватили комаров (Соединенные Штаты, Экваториальная Гвинея) и мух Culicoides (Колумбия).

Таблица 1

Потребляемая мощность и вес легкой ловушки.

Источник света Энергоэффективность1 Батареи (блок питания) Количество ночей в ловушке на единицу мощности2 Необходимая энергия в неделю Вес в неделю на ловушку Стандартная лампа накаливания с белой лампой 6% 4 Аккумулятор D-элемента 4 8 батарей 3,2 фунта Люминесцентная лампа 10% 3 Специальная батарея (одно устройство) 1,5 4 перезарядки 8 фунтов LED4 сменная лампа 35% 4 D-элементный аккумулятор 8 4 батареи 1,6 фунтов

Таблица 2

Коэффициент улавливания песчаных мух (среднее количество мух за одну ночь) .1

Источник света Французская Гвиана (4 светодиодные лампы) Колумбия (16 светодиодов) Лампа накаливания белого света 21,5 64,8 Люминесцентная УФ-лампа 42 46 Светодиодная УФ-лампа замены 28,25 91,8

В нынешних условиях новых и возникающих трансмиссивных болезней выделяются значительные ресурсы на исследования болезней, передаваемых насекомыми. К сожалению, был достигнут незначительный прогресс в способности собирать полевые образцы - существенная деятельность для мониторинга распространенности переносчиков болезней. Описанные здесь новые системы освещения используют светодиодную технологию для улучшения скорости захвата вектора заболевания и увеличения срока службы батареи. Путем реконфигурации расположения колбы можно настроить конкретные длины волн света, чтобы максимизировать захват целевых видов. Возможность замены компонентов в полевых условиях обеспечивает гибкость при колебаниях условий сбора и, таким образом, делает ловушку идеальной для полевых работ в сельских или отдаленных районах. В целом, новая система улучшит эпиднадзор за насекомыми и поможет нацелить меры борьбы в труднодоступных районах, в сельских районах и в развивающихся странах.

За помощь в сборе мух флеботомина мы благодарим Фреда Ле Корре, Лоренцу Беати и Ли Каспера во Французской Гвиане, а также Дайро Марина, Орасио Рамиреса и Клару Окампо в Колумбии. Уильям М. Конштадт внес ценный вклад в проект осветительной ловушки. Платформы светодиодного освещения запатентованы (11/936 540). Финансирование было предоставлено грантами Национального института здравоохранения R01 AI-56254 и U19 {"type": "entrez-nucleotide", "attrs": {"text": "AI065866", "term_id": "30052576", "term_text": "AI065866"}} AI065866 (Проект 2) в ЛЕМ.

Похожие