Ultraviolettes Licht kann Innenräume während der Pandemie sicherer machen

Professor für Umweltingenieurwesen und Mortenson-Professor für nachhaltige Entwicklung an der University of Colorado Boulder

Karl Linden erhält für seine UV-Forschung Fördermittel von der National Science Foundation. Er ist Mitglied der International UV Association (IUVA).

Die University of Colorado stellt als Mitglied von The Conversation US finanzielle Mittel bereit.

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Ultraviolettes Licht hat eine lange Geschichte als Desinfektionsmittel und das SARS-CoV-2-Virus, das COVID-19 verursacht, wird durch UV-Licht leicht unschädlich gemacht. Die Frage ist, wie man UV-Licht am besten nutzen kann, um die Ausbreitung des Virus zu bekämpfen und die menschliche Gesundheit zu schützen, wenn Menschen in Innenräumen arbeiten, lernen und einkaufen.

Das Virus verbreitet sich auf verschiedene Arten. Der Hauptübertragungsweg ist der persönliche Kontakt über Aerosole und Tröpfchen, die beim Atmen, Sprechen, Singen oder Husten einer infizierten Person freigesetzt werden. Das Virus kann auch übertragen werden, wenn Menschen kurz nach der Berührung von durch infizierte Personen kontaminierten Oberflächen ihr Gesicht berühren. Dies ist besonders besorgniserregend im Gesundheitswesen, in Einzelhandelsflächen, in denen Menschen häufig Theken und Waren berühren, sowie in Bussen, Zügen und Flugzeugen.

Als Umweltingenieur, der UV-Licht untersucht, habe ich beobachtet, dass UV-Strahlung genutzt werden kann, um das Risiko einer Übertragung auf beiden Wegen zu verringern. UV-Licht kann Bestandteil mobiler Maschinen sein, ob roboter- oder menschengesteuert, die Oberflächen desinfizieren. Sie können auch in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen eingebaut oder anderweitig in Luftströmen positioniert werden, um die Raumluft zu desinfizieren. UV-Portale, die Menschen beim Betreten von Innenräumen desinfizieren sollen, sind jedoch wahrscheinlich unwirksam und potenziell gefährlich.

Elektromagnetische Strahlung, zu der Radiowellen, sichtbares Licht und Röntgenstrahlen gehören, wird in Nanometern oder Millionstel Millimetern gemessen. UV-Strahlung besteht aus Wellenlängen zwischen 100 und 400 Nanometern, die knapp jenseits des violetten Teils des sichtbaren Lichtspektrums liegen und für das menschliche Auge unsichtbar sind. UV wird in die Bereiche UV-A, UV-B und UV-C unterteilt, die 315–400 Nanometer, 280–315 Nanometer bzw. 200–280 Nanometer betragen.

Die Ozonschicht in der Atmosphäre filtert UV-Wellenlängen unter 300 Nanometern heraus, wodurch UV-C von der Sonne blockiert wird, bevor es die Erdoberfläche erreicht. Ich stelle mir UV-A als Bräunungsbereich und UV-B als Bräunungsbereich vor. Hohe UV-B-Dosen können Hautläsionen und Hautkrebs verursachen.

UV-C enthält die wirksamsten Wellenlängen zur Abtötung von Krankheitserregern. UV-C ist auch gefährlich für Augen und Haut. Künstliche UV-Lichtquellen zur Desinfektion emittieren Licht im UV-C-Bereich oder ein breites Spektrum, das UV-C umfasst.

UV-Photonen zwischen 200 und 300 Nanometern werden von den Nukleinsäuren, aus denen DNA und RNA bestehen, ziemlich effizient absorbiert, und Photonen unter 240 Nanometern werden auch von Proteinen gut absorbiert. Diese lebenswichtigen Biomoleküle werden durch die absorbierte Energie beschädigt, wodurch das genetische Material in einem Viruspartikel oder Mikroorganismus nicht mehr in der Lage ist, sich zu vermehren oder eine Infektion auszulösen, wodurch der Krankheitserreger inaktiviert wird.

In diesem keimtötenden Bereich ist typischerweise eine sehr geringe Dosis UV-Licht erforderlich, um einen Krankheitserreger zu inaktivieren. Die UV-Dosis wird durch die Intensität der Lichtquelle und die Einwirkungsdauer bestimmt. Für eine bestimmte erforderliche Dosis erfordern Quellen mit höherer Intensität kürzere Belichtungszeiten, während Quellen mit geringerer Intensität längere Belichtungszeiten erfordern.

Es gibt einen etablierten Markt für UV-Desinfektionsgeräte. Krankenhäuser nutzen seit Jahren Roboter, die UV-C-Licht aussenden, um Patientenzimmer, Operationssäle und andere Bereiche zu desinfizieren, in denen sich bakterielle Infektionen ausbreiten können. Diese Roboter, zu denen Tru-D und Xenex gehören, betreten leere Räume zwischen Patienten und streifen aus der Ferne umher, wobei sie leistungsstarke UV-Strahlung aussenden, um Oberflächen zu desinfizieren. UV-Licht wird auch zur Desinfektion medizinischer Instrumente in speziellen UV-Bestrahlungsboxen eingesetzt.

UV-Strahlung wird zur Desinfektion von Bussen, Zügen und Flugzeugen eingesetzt oder getestet. Nach dem Gebrauch bewegen sich UV-Roboter oder von Menschen gesteuerte Maschinen, die in Fahrzeuge oder Flugzeuge passen, durch Oberflächen, die das Licht erreichen kann, und desinfizieren sie. Unternehmen erwägen auch die Technologie zur Desinfektion von Lagerhallen und Einzelhandelsflächen.

Es ist auch möglich, UV zur Luftdesinfektion zu verwenden. In Innenräumen wie Schulen, Restaurants und Geschäften, die über eine gewisse Luftzirkulation verfügen, können UV-C-Lampen über Kopf und an der Decke angebracht werden, um die zirkulierende Luft zu desinfizieren. Ebenso können HVAC-Systeme UV-Lichtquellen enthalten, um die Luft zu desinfizieren, während sie durch die Rohrleitungen strömt. Fluggesellschaften könnten UV-Technologie auch zur Desinfektion der Luft in Flugzeugen einsetzen oder UV-Licht in Badezimmern zwischen den Anwendungen einsetzen.

Stellen Sie sich vor, jeder könnte ständig von UV-C-Licht umgeben sein. Es würde jedes aerosolisierte Virus abtöten, das in die UV-Zone um Sie herum gelangt oder aus Ihrer Nase oder Ihrem Mund austritt, wenn Sie infiziert sind und das Virus ausscheiden. Das Licht würde auch Ihre Haut desinfizieren, bevor Ihre Hand Ihr Gesicht berührt. Dieses Szenario könnte eines Tages technisch möglich sein, aber die Gesundheitsrisiken geben Anlass zu großer Sorge.

Mit abnehmender UV-Wellenlänge nimmt die Fähigkeit der Photonen ab, in die Haut einzudringen. Diese Photonen mit kürzerer Wellenlänge werden in der obersten Hautschicht absorbiert, wodurch DNA-Schäden an den sich aktiv teilenden Hautzellen darunter minimiert werden. Bei Wellenlängen unter 225 Nanometern – dem fernen UV-C-Bereich – scheint UV bei Dosen unterhalb der vom Internationalen Komitee für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung festgelegten Expositionsgrenzen für die Haut unbedenklich zu sein.

Die Forschung bestätigt diese Zahlen mithilfe von Mausmodellen. Über die Exposition von Augen und verletzter Haut bei diesen fernen UV-C-Wellenlängen ist jedoch weniger bekannt, und Menschen sollten eine direkte Exposition oberhalb der sicheren Grenzwerte vermeiden.

Das Versprechen von Far UV-C zur sicheren Desinfektion von Krankheitserregern eröffnet viele Möglichkeiten für UV-Anwendungen. Es hat auch zu einigen vorzeitigen und potenziell riskanten Anwendungen geführt.

Einige Unternehmen installieren UV-Portale, die Menschen beim Durchgang bestrahlen. Während dieses Gerät in den wenigen Sekunden, in denen es durch das Portal geht, möglicherweise keinen großen Schaden oder Hautschäden anrichtet, wären die geringe abgegebene Dosis und die Möglichkeit, Kleidung zu desinfizieren, wahrscheinlich auch nicht wirksam, um eine Virusübertragung einzudämmen.

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Am wichtigsten ist, dass die Sicherheit der Augen und die Langzeitexposition nicht ausreichend untersucht wurden und dass diese Art von Geräten reguliert und auf ihre Wirksamkeit validiert werden müssen, bevor sie in öffentlichen Einrichtungen verwendet werden. Auch die Auswirkungen einer kontinuierlichen keimtötenden Bestrahlung auf das gesamte Umweltmikrobiom müssen verstanden werden.

Da weitere Studien zu Fern-UV-C belegen, dass die Exposition gegenüber der menschlichen Haut nicht gefährlich ist und Studien zur Augenexposition keinen Schaden belegen, ist es möglich, dass validierte Fern-UV-C-Lichtsysteme, die an öffentlichen Orten installiert sind, Versuche zur Kontrolle der Virusübertragung unterstützen könnten für SARS-CoV-2 und andere potenzielle virale Krankheitserreger in der Luft, heute und in der Zukunft.