Oamenii de stiinta stiu de mult ca lumina ultravioleta poate ucide agentii patogeni de pe suprafete, din aer si apa. Robotii UV sunt folositi pentru a dezinfecta camerele goale de spital, autobuzele si trenurile; Becurile UV din sistemele HVAC elimina agentii patogeni din aerul cladirii; iar lampile UV ucid insectele din apa potabila.
Poate ati vazut baghete UV, LED-uri UV si purificatoare de aer UV promovate ca gloante de argint pentru a proteja impotriva coronavirusului. In timp ce zeci de ani de cercetare au analizat capacitatea luminii UV de a ucide multi agenti patogeni, nu exista standarde stabilite pentru produsele de dezinfectie UV in ceea ce priveste coronavirusul. Aceste produse pot functiona pentru a ucide SARS-CoV-2, virusul care provoaca COVID-19, dar nici nu este posibil.
Sunt inginer de mediu si expert in dezinfectie UV. In mai 2021, eu si colegii mei ne-am propus sa testam cu precizie diferite sisteme UV si sa vedem care a fost cel mai eficient in distrugerea sau inactivarea SARS-CoV-2.
Cum ucide lumina UV un virus?
Lumina este clasificata in functie de lungimea de unda – distanta dintre varfurile unui val de lumina – si este masurata in nanometri. Lungimile de unda UV variaza de la 100 la 400 de nanometri – mai scurta ca lungime de unda decat nuantele violete in lumina vizibila – si sunt invizibile pentru ochiul uman. Pe masura ce lungimea de unda se scurteaza, fotonii luminii contin cantitati mai mari de energie.
Diferitele lungimi de unda ale luminii UV functioneaza mai bine decat altele pentru inactivarea virusilor, iar acest lucru depinde de cat de bine sunt absorbite lungimile de unda de ADN-ul sau ARN-ul virusului. Atunci cand lumina UV este absorbita, fotonii luminii isi transfera energia si deterioreaza legaturile chimice ale materialului genetic. Virusul nu se poate replica sau provoca o infectie. Cercetatorii au aratat, de asemenea, ca proteinele pe care virusii le folosesc pentru a se atasa de o celula gazda si pentru a initia infectia – cum ar fi proteinele cu varf ale unui coronavirus – sunt, de asemenea, vulnerabile la lumina UV.
Conteaza si doza de lumina. Lumina poate varia in intensitate – lumina stralucitoare este mai intensa si exista mai multa energie in ea decat in lumina slaba. Expunerea la o lumina puternica pentru o perioada scurta de timp poate produce aceeasi doza UV ca si expunerea la o lumina slaba pentru o perioada mai lunga. Trebuie sa cunoasteti doza potrivita care poate ucide particulele de coronavirus la fiecare lungime de unda UV.
Asigurarea luminilor ultraviolete in siguranta pentru oameni
Sistemele UV traditionale utilizeaza lungimi de unda de sau aproximativ 254 nanometri. La aceste lungimi de unda lumina este periculoasa pentru pielea si ochii oamenilor, chiar si la doze mici. Lumina soarelui include lumina UV in apropierea acestor lungimi de unda; oricine a suferit vreodata o arsa solara grava stie cat de periculoasa poate fi lumina UV.
Cu toate acestea, cercetari recente au aratat ca la anumite lungimi de unda UV – in special sub 230 de nanometri – fotonii de inalta energie sunt absorbiti de straturile superioare ale celulelor moarte ale pielii si nu patrund in straturile active ale pielii unde pot aparea daune. In mod similar, stratul lacrimal din jurul ochilor blocheaza, de asemenea, aceste raze UV germicide.
Aceasta inseamna ca la lungimi de unda ale luminii UV sub 230 de nanometri, oamenii se pot misca mai liber in timp ce aerul din jurul lor este dezinfectat in timp real.
Testarea diferitelor lungimi de unda
Eu si colegii mei am testat cinci lungimi de unda UV utilizate in mod obisnuit pentru a vedea care functioneaza cel mai bine pentru a dezactiva SARS-CoV-2. Mai exact, am testat cat de mare este necesara o doza pentru a ucide 90% pana la 99,9% din particulele virale prezente.
Am efectuat aceste teste intr-o unitate de biosecuritate de nivel trei de la Universitatea din Arizona, care este construita pentru a gestiona agentii patogeni letali. Acolo am testat numeroase lumini din spectrul UV, inclusiv LED-uri UV care emit lumina la 270 si 282 nanometri, lampi traditionale cu tub UV la 254 nanometri si o tehnologie mai noua numita sursa UV dimer excitat, sau excimer, la 222 nanometri.
Pentru a testa fiecare dispozitiv, am adaugat o proba de apa cu milioane de virusi SARS-CoV-2 si am acoperit o placa Petri cu un strat subtire din acest amestec. Apoi am stralucit cu lumina UV pe vasul Petri pana am obtinut o doza specifica. In cele din urma, am examinat particulele virale pentru a vedea daca mai pot infecta celulele umane din cultura. Daca virusurile ar putea infecta celulele, doza nu era suficient de mare. Daca virusii nu au provocat o infectie, sursa UV la acea doza a ucis cu succes agentul patogen. Am repetat cu atentie acest proces pentru o serie de doze UV folosind cele cinci dispozitive UV diferite.
In timp ce toate lungimile de unda pe care le-am testat pot dezactiva SARS-CoV-2 la doze foarte mici, cele care au necesitat cea mai mica doza au fost sistemele care emit lumina UV la o lungime de unda de 222 de nanometri. In experimentul nostru, a fost nevoie de o doza de mai putin de 2 milijouli de energie pe centimetru patrat pentru a ucide 99,9% dintre particulele virale. Acest lucru se traduce prin necesitatea de aproximativ 20 de secunde pentru a dezinfecta un spatiu care primeste o intensitate scazuta de lumina UV cu lungime de unda scurta, similara cu cea utilizata in testul nostru.
Aceste sisteme de 222 de nanometri sunt aproape de doua ori mai eficiente decat lampile conventionale cu tub UV, care sunt adesea folosite in sistemele de dezinfectare cu ultraviolete. Dar, important, lampa castigatoare se intampla sa fie si cea mai sigura pentru oameni. La aceeasi intensitate a luminii UV necesara pentru a ucide 99,9% din SARS-CoV-2 in 20 de secunde, o persoana ar putea fi expusa in siguranta la lumina de 222 de nanometri timp de pana la o ora si 20 de minute.
Ceea ce inseamna aceasta este ca tipurile de lampi UV disponibile pe scara larga pot fi utilizate pentru a reduce in siguranta nivelurile de coronavirus cu oamenii prezenti.
Utilizarea mai buna a tehnologiei existente
Multe locuri sau organizatii – de la US Air Force la Space Needle din Seattle la Boeing – folosesc deja sau investigheaza modalitati de a utiliza lumina UV in intervalul de 222 de nanometri pentru a proteja sanatatea publica.
Consider ca descoperirile noastre sunt importante, deoarece cuantifica dozele exacte necesare pentru a atinge diferite niveluri de control al SARS-CoV-2, indiferent daca acestea ucid 90% sau 99,9% dintre particulele virale.
Imaginati-va cafenele, magazine alimentare, sali de clasa de scoala, restaurante si locuri de concerte care sunt acum sigure de aceasta tehnologie. Si aceasta nu este o solutie doar pentru SARS-CoV-2. Aceste tehnologii ar putea ajuta la protejarea sanatatii umane in spatiile publice in perioadele viitoare de criza, dar si in perioade de relativa normalitate, prin reducerea expunerii la amenintarile virale si bacteriene de zi cu zi.