紫外线系统是否可以安装在公共场所而不会对人们造成长期伤害?

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当2020年初出现COVID-19大流行时,紫外线(UV)辐射成为防止SARS-CoV-2病毒传播的首选方法之一,同时还有口罩、洗手液和社交距离。一个问题是:几乎没有研究表明多少剂量的紫外线可以杀死病毒。使用多少波长?照射多长时间?紫外线系统是否可以安装在公共场所如机场、公共汽车站、火车站和商店而不会对人们造成长期伤害?

在一项新发表的研究中,来自宾汉姆顿大学托马斯-J-沃森工程和应用科学学院的科学家们回答了这当中的许多问题并为关于什么能提供真正的消毒的健康标准奠定了基础。

这篇题为《SARS-CoV-2紫外线消毒的系统评估和建模(Systematic evaluating and modeling of SARS-CoV-2 UVC disinfection)》的论文发表在《科学报告》上,由生物医学工程系主任Kaiming Ye教授、BME副教授Guy German和BME教授Sha Jin和博士生Sebastian Freeman、21岁博士Zachary Lipsky及亚利桑那州立大学生物设计研究所的Karen Kibler共同撰写。

这项研究的想法来自于个人防护设备(PPE)在大流行初期的短缺,其启发了叶、德国和宾汉姆顿大学的工作人员迅速为该地区的医院建立紫外线消毒站以便N-95口罩和其他物品可以重复使用。

“科学文献中有很多关于紫外线剂量的研究,但都不是以一种系统的方式。当我们开始这个项目时,确实没有任何数据或实验,因为大流行病发生得非常快,”Ye说道。

据了解,Ye和German通过国家科学基金会提供的182,728美元的2020年中期拨款获得了研究他们问题的资金。宾汉姆顿大学的研究小组则将类似于SARS-CoV-2的逆转录病毒添加到三种不同的培养基中(一种细胞培养基、水和人工再造的人类唾液),然后将它们暴露在三种不同波长的紫外线范围内。紫外线通过破坏它们的DNA和RNA来杀死病毒和其他微生物,而DNA和RNA是生命的生物有机组成部分。

Ye指出:“消毒效率在很大程度上受病毒所在的介质的影响。当病毒悬浮在唾液、水和细胞培养基中时,我们使用相同的剂量、相同的光强度和相同的波长,但效率完全不同。”

在研究过程中,最好的结果来自260至280纳米的范围,这在LED紫外线灯中非常常用。低于260纳米的波长则只能部署在无人居住的空间,因为它们会损害人类的皮肤和眼睛。

“有很多公司声称他们的产品可以完全消毒且完全安全。然而在这篇文章中,我们证明了远紫外线(222纳米)和普通紫外线(254纳米)都会降低皮肤表层角质层的机械完整性,并导致开裂的可能性变得更高。这意味着讨厌的细菌和其他微生物可以进入并有可能感染你的皮肤,”German解说道。

根据研究结果,Ye和German设计了一套对人体皮肤损害更小的LED光消毒系统。眼下,他们正在做额外的测试,然后计划为其申请专利。

此外,宾汉姆顿大学的团队还发现,两种氨基酸(L-色氨酸和L-酪氨酸)和一种维生素(烟酰胺)是紫外线的强吸收剂,如果紫外线消毒在公共场所变得更加普遍,这一发现可能会导致阻断接触并防止皮肤损伤的洗剂。

Ye认为这项研究最重要的部分是,它为标准化和规范紫外线消毒设备制造商的声明提供了科学依据。“我们想出的系统可以成为任何人想要标准化剂量的模式。这就是如何确定使用紫外线根除SARS-CoV-2–也许还有SARS-CoV-3、SARS-CoV-4、SARS-CoV-5。我们希望我们永远不会到达那里,但我们需要做好准备。”

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