Luchtdesinfectie en inactivering van SARS-CoV-2 met de UVR-Mi luchtrecirculator van Biosan
Nu wereldwijd op steeds meer plaatsen het normale leven weer herneemt, woedt ook de discussie over ventilatie opnieuw in scholen, bedrijven en andere binnengelegenheden. Het gebruik van Co2-meters werd her en der aanbevolen om te controleren of de binnenlucht wel voldoende ververst wordt om zo de verspreiding van Covid-19 via de lucht tegen te gaan. Die meters geven echter enkel een indicatie van de luchtkwaliteit, maar kunnen deze zelf niet verbeteren.
Om niet enkel preventief, maar ook repressief op te treden tegen ziektes die via de lucht overgedragen worden, produceert Biosan sinds 2004 apparaten die uv-licht gebruiken voor desinfectie. Die uv-straling doodt bacteriën, schimmels en virussen zonder dat er schadelijke chemicaliën aan te pas komen en waarbij de gebruiker bovendien volledige bescherming geniet tegen directe ultraviolette straling. Het luchtdecontaminerende effect van ultraviolet licht werd al in de 19e eeuw ontdekt, net zoals de vatbaarheid hiervoor van veel ziekteverwekkers in de lucht, zoals tuberculose en griepvirussen (Peisahovičs et al., 2021; McDevitt et al., 2012). Een nieuwe opsteker die aan het licht kwam tijdens recent onderzoek is de effectiviteit van uv tegen de veroorzaker van de huidige pandemie, SARS-CoV-2.
Werking: uv-c golven versus virusstructuren
De UVR-Mi van Biosan bestaat uit 2 uv-lampen, een ventilatoreenheid uitgerust met 2 verwisselbare stoffilters en een controle-eenheid, ingekapseld in een recirculatiekamer. Het toestel zorgt voor een constante luchtcirculatie door de recirculatiekamer en ontsmet dankzij de kiemdodende uv-lampen de lucht, waardoor deze maximaal gedesinfecteerd wordt. Tijdens dit proces komen uv-c golven vrij met een golflengte tussen 200 en 280 nm, die doeltreffender zijn dan de andere golven op het uv-spectrum, zoals uv-a (315-380 nm) en uv-b (280-315 nm) (Heßling et al., 2020). Uv-c heeft namelijk de sterkste antimicrobiële en antivirale eigenschappen en berokkent schade aan pathogenen door fotochemische reacties te veroorzaken die DNA- en RNA-structuren aantasten (Heßling et al., 2020; Peisahovičs et al., 2021). Hierbij vormen aangrenzende pyrimidinemoleculen dimeren en blokkeren ze de reproductie van micro-organismen, waardoor de cellen doodgaan vóór de eerste deling of in de beginstadia (Peisahovičs et al., 2021). Onderstaande grafiek illustreert die gevoeligheid van schimmels, gist, vegetatieve bacteriën en virussen voor de uv-straling van de UVR-Mi.
Figuur 1: Gevoeligheid van micro-organismen voor de intensiteit van de uv-straling van de uv-luchtrecirculatoren UVR-M en UVR-Mi. Bankovsky, V. (2020) in UVR-M and UVR-Mi, UV Air Recirculators Test Report. R&D laboratory Biosan & RSU Institute of Microbiology and Virology, Letland, pp. 1-4.
De werking van de UVR-Mi van Biosan wordt bovendien geoptimaliseerd door de binnenste kamerwanden van de recirculatiekamer die bedekt zijn met een reflecterend oppervlak, dat uv-c stralen reflecteert (Peisahovičs et al., 2021). Hierdoor wordt de dichtheid van de uv-c stralen verhoogd, wat het desinfectie-effect verbetert. Toch is de uv-intensiteit ook afhankelijk van een andere belangrijke parameter, namelijk de afstand tot de uv-bron: hoe groter deze afstand, hoe lager de uv-intensiteit. Dit causaal verband wordt aangetoond in de grafiek hieronder.
Figuur 2: Uv-intensiteit in verhouding tot de afstand van de uv-bron. Bankovsky, V. (2020) in UVR-M and UVR-Mi, UV Air Recirculators Test Report. R&D laboratory Biosan & RSU Institute of Microbiology and Virology, Letland, pp. 1-4.
Voor welke oppervlaktes is de UVR-Mi dan precies geschikt? Veel hangt af van de aan- of afwezigheid van ventilatie in de beoogde ruimte. Zo is de luchtdecontaminatie effectiever in een ongeventileerde kamer, omdat airco de luchtcirculatie van het toestel verstoort (Peisahovičs et al., 2021). Dat is duidelijk te zien in figuur 3, want het bereik van het toestel is dubbel zo groot in een ruimte zonder ventilatie (18 m2) vergeleken met een ruimte met ventilatie (9 m2). Die actieradius kan vergroot worden door meerdere toestellen aan te schaffen. Dat is een betere oplossing dan de opvoering van het ventilatorvermogen of de intensiteit van de uv-lampen, aangezien dat zou resulteren in meer lawaai en een hoger energieverbruik (Peisahovičs et al., 2021).
Figuur 3: Effectief volume van kamerdecontaminatie door de UVR-M en de UVR-Mi recirculatoren. Peisahovičs, F. (2021) in Germicidal and Antiviral decontamination of air by UV irradiation and UV recirculator method. Biosan, Letland, pp. 1-8.
Tot slot speelt ook de relatieve luchtvochtigheid een belangrijke rol in de werking van de UVR-Mi, omdat deze de uv-adsorptie beïnvloedt (Peisahovičs et al., 2021). De luchtrecicrulator wordt idealiter gebruikt in een koele en droge kamer of gesloten laboratoriumruimte (omgevingstemperatuur: +4°C - +40°C) met een maximale relatieve vochtigheid van 80% voor temperaturen tot 31°C. Dat is zo omdat de microbiële inactivering omgekeerd evenredig is met de relatieve luchtvochtigheid: hoe hoger die laatste, hoe minder efficiënt de inactivering door de uv-stralen.
Effectiviteit van uv-c tegen SARS-CoV-2
Uv-luchtrecirculatoren hebben hun nut al bewezen tegen ziektes die via de lucht verspreid worden, zoals griepvirussen. Daarom is de UVR-Mi ideaal voor de desinfectie van de lucht en van apparatuur of oppervlakken in onderzoekslaboratoria en medische omgevingen, zoals operatiekamers, eerstehulpafdelingen en verloskamers in ziekenhuizen (Heilingloh et al., 2020).
Figuur 4: Luchtverontreiniging voor en na kortstondig gebruik van de recirculator UVR-Mi. Peisahovičs, F. (2021) in Germicidal and Antiviral decontamination of air by UV irradiation and UV recirculator method. Biosan, Letland, pp. 1-8.
Bovendien hebben eerdere rapporten aangetoond dat coronavirussen, zoals SARS-CoV-1 (SARS-virus) vatbaar zijn voor uv-c straling (Heilingloh et al., 2020). Aangezien alle coronavirussen een vergelijkbare enkelstrengse RNA-structuur bevatten, werd verondersteld dat ook het desinfecterende effect van de uv-c golven erop soortgelijk moest zijn (Heßling et al., 2021). Die denkpiste leidde onderzoekers ertoe om uit te vissen of ultraviolet licht ook effectief is tegen SARS-CoV-2.
Hoewel de studies zich nog in de beginstadia bevinden, hebben ze al veelbelovende resultaten opgeleverd. Daaruit blijkt dat SARS-CoV-2, dat de wereld al twee jaar in zijn greep houdt, heel gevoelig is voor uv-straling (Heilingloh et al., 2020). De effectiviteit is echter wel afhankelijk van de virusconcentratie en de uv-c dosis, waarover momenteel nog wat onenigheid bestaat (Bianco et al., 2021; Heßling et al., 2021).
De studie van Martin Heßling (2021) en zijn medeonderzoekers van de Duitse onderzoekinstelling IMM (Institute of Medical Engineering and Mechatronics) baseert zich op voorgaand onderzoek naar andere coronavirussen. Zij stellen voor de dosis een bovengrens van 10.6 mJ/cm2 (mediaan) voorop, maar vermoeden dat slechts 3.7 mJ/cm2 al volstaat om 99,9% van de micro-organismen te elimineren. Dat laatste wordt bevestigd door de experimentenreeks van Bianco et al. (2021). Zij testten het effect van uv-c golven met een golflengte van 254 nm voor drie verschillende dosissen (3.7, 16.9 en 84.4 mJ/cm2) op drie uiteenlopende virusconcentraties (0.05, 5 en 1000 MOI). Daaruit bleek het effect van uv-c op SARS-CoV-2 overduidelijk. Bij de laagste virusconcentraties, die vergelijkbaar zijn met geringe contaminatie waargenomen in afgesloten omgevingen zoals ziekenhuiskamers (0.05 MOI) en de gemiddelde concentratie in het sputum van een Covid-19 patiënt (5 MOI), was een dosis van slechts 3.7 mJ/cm2 al voldoende om het virus volledig te inactiveren. Zelfs bij de hoogste virusconcentratie, die equivalent is aan de hoeveelheid die gemeten wordt bij een terminale Covid-19 patiënt, volstond een dosis van minder dan 16.9 mJ/cm2 om de virusvermenigvuldiging een halt toe te roepen.
Christiane S. Heilingloh (2020) en haar medewetenschappers van het West-Duitse centrum voor infectieziekten concluderen hieruit dat uv-c bestraling een betrouwbare methode vormt voor desinfectiedoeleinden. Zowel in de medische context in zorginstellingen of in Covid-19 onderzoekslaboratoria, als in scholen of bedrijven fungeert de UVR-Mi van Biosan dus als een absolute meerwaarde om virusverspreiding aan banden te leggen.
Bekijk op YouTube hoe de UVR-Mi werkt
Voor meer informatie over de UVR-Mi kan je steeds onze medewerkers contacteren. Novolab helpt je graag!
Referentielijst
- Bianco, A., Biasin, M., Pareschi, G., Cavalieri, A., Cavatorta, C., Fenizia, C., Galli, P., Lessio, L., Lualdi, M., Redaelli, E., Saulle, I., Trabattoni, D., Zanutta, A. & Clerici, M. (2021). UV-C Irradiation is Highly Effective in Inactivating and Inhibiting SARS-CoV-2 Replication. Scientific Reports11(1), 1-9. https://doi.org/10.1038/s41598-021-85425-w.
- Heilingloh, C. S., Aufderhorst, U. W., Schipper, L. Dittmer, U., Witzke, O., Yang, D., Zheng, X, Sutter, K. Trilling, M., Alt, M., Steinmann, E. & Krawcyzk, A. (2020). Susceptibility of SARS-CoV-2 to UV Irradiation. American Journal of Infection Control, 48(10), 1-3. Doi: 1016/j.ajic.2020.07.031.
- Heßling, M., Hönes, K., Vatter, P. & Lingenfelder, C. (2020). Ultraviolet Irridation Doses for Coronavirus Inactivation – Review and Analysis of Coronavirus Photoinactivation Studies. GMS Hygiene and Infection Control, 15, 1-8. Doi: 10.3205/dgkh000343.
- McDevitt, J. J., Rudnick, S. N., Radonovich, L. J. (2012). Aerosol Susceptibility of Influenza Virus to UV-C Light. Applied and Environmental Microbiology, 78(6), 1666-1669. Doi: 10.1128/AEM.06960-11.
- Peisahovičs, F., Bankovska, S., Konstantinovs, A., Bakovskis, P., Gaivoronskis, A., Kānberga-Siliņa, K., Kigitovičs, A. & Bankovskis, V. (2021). Germidical Antiviral Decontamination of Air by UV Irradation and UV Recirculator Method. Biosan.
