Mit ultraviolettem Licht Krankheiten bekämpfen

Die Forscher werden Best-Practice-UV-Werte und Belichtungszeiten ermitteln, damit UV-basierte Desinfektionsgeräte entwickelt werden können, um luftübertragene Viren in Räumen und auf Oberflächen abzutöten. Bildnachweis: Alyssa LaGrange, Mary Baldwin College. Alle Rechte vorbehalten.

26. Mai 2020

Von Mariah Chuprinski

UNIVERSITY PARK, Pennsylvania – Jetzt und in den kommenden Monaten werden Krankenhäuser und Gewerbegebäude mit der Desinfektion großer Innenräume beauftragt, um die Übertragung von Viren wie SARS-CoV-2, das COVID-19 verursacht, zu verhindern. Eine neue, durch Saatgutzuschüsse finanzierte Studie könnte die Wissensbasis liefern, die für die Entwicklung optischer Strahlungsprodukte erforderlich ist, die in solchen groß angelegten Sanierungsprozessen eingesetzt werden.

William Bahnfleth, Co-Principal Investigator (PI) und Professor für Architekturingenieurwesen an der Penn State, schließt sich Co-PI Suresh Kuchipudi, klinischer Professor für Veterinär- und Biomedizinwissenschaften am College of Agricultural Sciences der Penn State, an, um die Fähigkeit optischer Strahlung zu untersuchen Desinfizieren Sie Oberflächen und reduzieren Sie die Übertragung von Viren.

Bahnfleth und seine Mitarbeiter erhielten für das sechsmonatige Projekt Startkapital in Höhe von rund 90.000 US-Dollar von den Huck Institutes of the Life Sciences, dem College of Engineering und den Institutes of Energy and the Environment der Penn State University.

Forscher werden ein menschliches Ersatz-Coronavirus ähnlich dem SARS-CoV-2, das COVID-19 verursacht, in einem schrankähnlichen Reaktor wie dem gezeigten gegen verschiedene Wellenlängen von ultraviolettem Licht testen. Bildnachweis: Department of Architectural Engineering / Penn State. Creative Commons

„Bestimmte Wellenlängen des ultravioletten Lichts haben die Fähigkeit, Mikroorganismen wie Pilze und Viren zu inaktivieren, indem sie ihre DNA oder RNA schädigen, sodass sie sich nicht mehr vermehren können“, sagte Bahnfleth. „Unsere Forschungsfrage für dieses Projekt geht darum, wie gut verschiedene Wellenlängen funktionieren, um Coronaviren wie COVID-19 zu deaktivieren oder abzutöten.“

In einem kabinettartigen Reaktor werden Bahnfleth, Kuchipudi und ihr Mitarbeiter Jim Freihaut, Professor für Architekturingenieurwesen an der Penn State, den Desinfektionsgrad von Coronavirus-Proben messen, die über verschiedene Expositionszeiträume ultraviolettem Licht mit 254- oder 365-Nanometer-Wellenlängen ausgesetzt wurden . Die Forscher werden in ihren Tests ein menschliches Ersatz-Coronavirus verwenden, das dem COVID-19-Virus ähnelt und vom Penn State Department of Veterinary and Biomedical Sciences bereitgestellt wird. Die Tests werden in einem Labor der Biosicherheitsstufe 2 im Penn State University Park durchgeführt.

„Wenn bewährte UV-Werte und Belichtungszeiten ermittelt werden, können UV-Desinfektionsgeräte entwickelt werden, um luftübertragene Viren in Gebäudeluftversorgungssystemen, Raum- oder Geräteoberflächen, Gesichtsmasken und Geräten zur Virenprobenahme zu deaktivieren“, sagte Freihaut. „Die gleiche Technologie könnte in Zukunft auch dazu verwendet werden, Bakterien und andere Arten von Viren zu deaktivieren, aber die Intensität des ultravioletten Lichts muss möglicherweise für jede spezifische Zielverunreinigung angepasst werden.“

Letztlich, so Freihaut, könnten die Beteiligten dieselben Fähigkeiten auch in den HLK-Systemen von Schulen und Konferenzräumen anwenden, die wichtige Brutstätten für die Verbreitung von Grippeviren aller Art darstellen.

Im zweiten Abschnitt des Projekts werden Donghyun Rim von der Penn State University, Assistenzprofessor für Architekturingenieurwesen, und Richard Mistrick, außerordentlicher Professor für Architekturingenieurwesen, mit Bahnfleth zusammenarbeiten, um die Ergebnisse des experimentellen Teils der Studie auf die rechnergestützte Modellierung der Fluiddynamik anzuwenden Lichtsimulationen. Die Simulationen dienen dazu, die Wirkung des keimtötenden Bestrahlungssystems in Kombination mit Belüftungs- und Filtermaßnahmen auf die Lebensfähigkeit von Coronavirus-Proben vorherzusagen.

„Wir werden einen Plan entwickeln, um verschiedene Elemente zu kontrollieren, die in das räumliche Modell einfließen, sowie das Infektionsrisiko, das sich im Luftverteilungsraum bewegt“, sagte Rim. „Wir werden auch die typische Luftbewegung eines Raums modellieren, die normalerweise entfernt, gereinigt und dann in einem Raum umgewälzt wird.“

Durch Zusammenführen der Testdaten aus dem Reaktorsystem und den Simulationen werden die Forscher dann die UV-Empfindlichkeitsfaktoren mit denen vergleichen, die in der Literatur für andere Virustypen, wie das Polio-verursachende Virus oder das H1N1-Grippevirus, berichtet wurden, so Freihaut .

Bahnfleth betonte die praktische Komponente dieser Studie bzw. was sie für zukünftige Verbraucher und Bauträger nützlich machen wird. Mit erfolgreichen Erkenntnissen könnte eine Lampe hergestellt werden, die sowohl über keimtötende als auch über Beleuchtungselemente verfügt, wobei das keimtötende Element so einfach ein- und ausgeschaltet werden könnte wie das Betätigen eines Lichtschalters.

„Dies ist eine 100 Jahre alte Technologie, die außerhalb spezialisierter Märkte wie dem Gesundheitswesen jedoch nur eine mäßige Verbreitung gefunden hat“, sagte Bahnfleth. „Viele erkennen jetzt jedoch, dass es sich um eine Technologie handelt, die das Potenzial hat, Menschen in vielen Arten von Gebäuden vor dem SARS-CoV-2-Virus zu schützen, das COVID-19 und andere gefährliche Krankheitserreger verursacht.“

Sez Atamturktur, Harry und Arlene Schell-Professor und Leiter der Abteilung für Architekturingenieurwesen, betonte, dass neue Forschungen im Architekturingenieurwesen – wie sie Bahnfleth, Freihaut, Rim und Mistrick verfolgen – notwendig sind, um die Zukunft des Hochbaus und Designs neu zu gestalten Methoden in den kommenden Jahren.

„Diese Forschung kann dazu beitragen, die Rückkehr zu gemeinsam genutzten Gebäuderäumen wie Büros zu beschleunigen“, sagte sie.

College of Engineering Media Relations

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