Kontekst badania
Doniesienia naukowe wskazujÄ… na globalny problem zwiÄ…zany z rosnÄ…cÄ… czÄ™stoÅ›ciÄ… wystÄ™powania mikroorganizmów opornych na wiele leków i zakażeÅ„ szpitalnych, w tym zakażeÅ„ krzyżowych pochodzÄ…cych z rÄ…k personelu medycznego, stanowiÄ…cych szacunkowo od 20% do 40% odnotowanych przypadków. Transmisja nastÄ™puje poprzez kontakt z zakażonymi przedmiotami lub powierzchniami, przy czym wirusy zazwyczaj wykazujÄ… dÅ‚uższÄ… żywotność na powierzchniach nieporowatych niż porowatych. WÅ›ród najczęściej dotykanych powierzchni przez pracowników sÅ‚użby zdrowia znajdujÄ… siÄ™ barierki łóżkowe, powierzchnie łóżek, wózki dostawcze, stoliki nadłóżkowe i pompy dożylne, urzÄ…dzenie medyczne sÅ‚użące do dostarczania kontrolowanych iloÅ›ci pÅ‚ynów, w tym odżywiania i leków, do organizmu pacjenta. Ta ciÄ…gÅ‚a interakcja wskazuje na konieczność stosowania metod zapobiegania zakażeniom, najczęściej z użyciem chemicznych Å›rodków dezynfekujÄ…cych. Jednak równoczeÅ›nie istnieje rosnÄ…ce zapotrzebowanie na zautomatyzowane, wolne od chemikaliów alternatywne rozwiÄ…zania. Jest nim promieniowanie ultrafioletowe (UVC). WiÄ™kszość urzÄ…dzeÅ„ dezynfekujÄ…cych opartych na promieniowaniu UVC dostÄ™pnych na rynku opiera siÄ™ na lampach rtÄ™ciowych, które emitujÄ… promieniowanie o szczytowej dÅ‚ugoÅ›ci fali 254 nm. Jednak delikatna konstrukcja i potrzeba wydÅ‚użonego czasu nagrzewania w tej technologii stanowiÄ… wyzwania w okreÅ›lonych zastosowaniach, a ich szkodliwa dla Å›rodowiska zawartość rtÄ™ci budzi obawy. W zwiÄ…zku z tym wiele branż, takich jak te zajmujÄ…ce siÄ™ dezynfekcjÄ… wody i powietrza, przechodzi z lamp rtÄ™ciowych na diody UV-LED. Dane literaturowe najczęściej dotyczÄ… jednak przypadku użycia jednej lampy UVC do eliminacji bakterii, która może osiÄ…gnąć znaczny poziom skutecznoÅ›ci dezynfekcji w krótkim czasie jedynie na maÅ‚ych odlegÅ‚oÅ›ciach. W przypadku użycia kilku lamp i wiÄ™kszych odlegÅ‚oÅ›ci – takich badaÅ„ jest niewiele. W tym badaniu porównano trzy oddzielne zestawy eksperymentów wykorzystujÄ…cych konfiguracje pojedynczej diody LED, 6 diod LED i 8 diod LED w celu zoptymalizowania skutecznoÅ›ci dezynfekcji.
Cel i hipotezy
Głównym celem była optymalizacja konfiguracji lamp UVC-LED w celu zwiększenia skuteczności procesu dezynfekcji. Ponadto oceniono skuteczność biobójczą lamp w różnych odległościach do 60 cm.
Metoda badawcza
W przeprowadzonych badaniach wykorzystano diody LED UV-C 5 W 3535 (RZX, Shenzhen Trillion Auspicious Lightening Co., LTD, Chiny, długość fali szczytowej 275 nm). Najpierw przetestowano pojedynczą diodę LED UV, aby ocenić jej wpływ na dezynfekcję w porównaniu z łączną wydajnością uzyskaną dzięki zastosowaniu konfiguracji 6 i 8 diod LED zainstalowanych w okrągłym panelu (średnica 14 cm) wykonanym przy użyciu drukarki 3D (Ender 3 Pro, Creality, Chiny). Odstęp pomiędzy diodami wynosił 2,5 cm. Testowano następujące konfiguracje pracy diod: odległość od źródła światła -5, 10, 15, 30, 45, 60 cm oraz czas naświetlania: 10, 30, 60 s, 90, and 120 s. Testowanym szczepem patogenu był S. aureus (ATCC 15 442) w stężeniu początkowym 5,20×109 CFU/ml.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Konfiguracja 8 lamp-LED wykazywała lepsze zdolności dezynfekcyjne w porównaniu z konfiguracjami pojedynczej lampy i 6-LED. Gdy próbki były wystawione na działanie promieniowania UV przez 10 do 120 s przy użyciu konfiguracji pojedynczej LED w odległości 5 cm, stężenie bakterii zmniejszyło się osiągając redukcję w zakresie od 2,55×109 CFU/ml do 1,82×109 CFU/ml. Odpowiednio, wartości dawki wzrosły z 113 µJ/cm2 do 1356 µJ/cm2 , wskazując odwrotną zależność między dawką a skutecznością dezynfekcji. Znacznie wyższą skuteczność dezynfekcji wykazano przy konfiguracji 6 diod LED, tj. stężenie bakterii zmniejszyło się do 1,60×105 CFU/ml i do 1,20×104 CFU/ml przy 10s do 120s napromieniowania po ekspozycji na dawki w zakresie od 250 µJ/cm2 do 3000 µJ/cm2. W przypadku konfiguracji 8 diod LED odnotowano redukcję w zakresie od 1,57×103 do 1,32×103 CFU/ml przy podobnych okresach napromieniowania, co odpowiada wartościom dawek od 320 µJ/cm2 do 3840 µJ/cm2. Gdy odległość została zwiększona do 10 cm, skuteczność dezynfekcji nieznacznie poprawiła się w przypadku konfiguracji z pojedynczą diodą LED. Wartości CFU spadły z 3,70×108 do 7,10×107 CFU/ml po ekspozycji na minimalny i maksymalny czas, co odpowiada wartościom dawki od 55 µ/cm2 do 660 µJ/cm2. Ta zmiana wartości CFU sugeruje, że ​​kąt 30 stopni pojedynczej diody LED znacząco wpływał na skuteczność dezynfekcji w najbliższym zasięgu (5 cm). W konsekwencji, wraz ze wzrostem odległości między źródłem a próbką, różnice w wartościach redukcji stopniowo malały. Natomiast konfiguracja 6 diod LED konsekwentnie osiągała wyższą wydajność, przy czym wartości CFU/ml wahały się od 1,65×105 CFU/ml do 1,43×104 CFU/ml po narażeniu na zakres dawek od 140 µJ/cm2 do 1680 µJ/cm2. Jednak redukcja była bardziej wyraźna w przypadku konfiguracji 8-LED niż konfiguracji pojedynczej i 6-LED tj. od 9,23×103 do 2,70×103 CFU/ml przy podobnych warunkach ekspozycji. Co ważne podkreślenia redukcja CFU osiągnięta przy użyciu pojedynczej diody LED wykazała tendencję spadkową w miarę zwiększania odległości od źródła UV-C, w szczególności z 30 do 60 cm, co skutkowało wartościami CFU rejestrowanymi odpowiednio na poziomie 2,10×109 CFU/ml i 3,50×109 CFU/ml przy 10 s naświetlania.
Wnioski
Badanie potwierdziło wpływ liczby diod UVC-LED i ich rozmieszczenia na skuteczność dezynfekcji powierzchni. Podczas gdy pojedyncza dioda LED może być skuteczna w bliskiej odległości od dezynfekowanych przedmiotów, jej skuteczność maleje wraz ze wzrostem odległości od źródła UV-C. Z drugiej strony konfiguracje z wieloma diodami LED zapewniają wysoką skuteczność dezynfekcji, nawet przy dużych odległościach. Badania wykazały, że konfiguracja 8 diod LED osiągnęła wyjątkową skuteczność dezynfekcji na poziomie 99,99% lub 4,9-log inaktywacji, nawet w odległości 60 cm.
Ograniczenia zakresu badawczego W artykule nie wskazano czy testy zostały przeprowadzone w powtórzeniach czy był to tylko pomiar jednorazowy.
Artykuł opublikowany w Hygiene and Environmental Health Advances.