Исследования подтверждают, что дальний УФ-диапазон C эффективно уничтожает взвешенные в воздухе патогены в помещениях.

Следующая статья взята из Guangmingyuan Light Technology , автор — Guangmingyuan Light Technology

Ученые из Университета Сент-Эндрюс, Университета Данди, Университета Лидса и Колумбийского университета проверили бактерицидную эффективность дальнего УФ-С в реальной комнате с показателями вентиляции, эквивалентными типичным домашним или офисным условиям (примерно три воздухообмена в час).

В ходе эксперимента распылитель непрерывно подавал в помещение аэрозольный туман с золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus). (Этот микроорганизм был выбран потому, что он немного менее чувствителен к дальнему УФ-излучению, чем коронавирусы, что предоставило исследователям подходящую консервативную модель.) После стабилизации концентрации микроорганизмов в помещении исследователи включили лампы дальнего УФ-излучения. Эти лампы уничтожили более 98% микроорганизмов в воздухе всего за пять минут.

Доктор Кеннет Вуд из Университета Сент-Эндрюс сказал: «Результаты наших испытаний были поразительными, значительно превосходящими то, чего можно достичь только за счет вентиляции». «С точки зрения предотвращения заболеваний, передающихся по воздуху, лампы дальнего УФ-диапазона (UVC) могут сделать внутренние помещения такими же безопасными, как поля для гольфа в Сент-Эндрюсе».

В реальных помещениях дальний УФ-С эффективно инактивирует взвешенные в воздухе патогены

包括COVID-19在内的许多传染病，都是通过空气中的病原体得以传播，因而有必要采取不依赖于人类行为的环境控制措施。一种潜在的解决方案是氯化氪准分子灯(通常称为远紫外线)，它可以有效地灭活空气中的病原体，如冠状病毒和流感病毒。研究表明，当氯化氪灯过滤掉长波紫外线辐射后，它不会引起皮肤或者眼睛的急性反应，也不会引起皮肤癌等延迟症状。虽然有实验室的数据表明远紫外有效，但在实际的房间空间中，其有效性还得不到确认。

Мы впервые демонстрируем, что развертывание дальнего УФ-С излучения в помещениях может эффективно инактивировать аэрозольный золотистый стафилококк. При скорости воздухообмена 3 раза в час (ACH) и использовании пяти фильтрованных источников УФ-излучения стационарный уровень патогенов снизился на 98,4%, что эквивалентно обеспечению дополнительных 184 эквивалентных воздухообменов. Использованная доза облучения дальним УФ-С соответствует текущему предельно допустимому уровню воздействия Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH) для непрерывного 8-часового воздействия на кожу. Наши данные свидетельствуют о том, что дальнее УФ-С излучение может быть еще более эффективным против распространенных вирусов, передающихся по воздуху, включая SARS-CoV-2, выступая в качестве эффективной технологии «невмешательства» для снижения риска воздушно-капельных заболеваний. Эти результаты обеспечивают поддержку данных пространственного масштаба для проектирования и разработки систем дальнего УФ-С излучения.

Тяжелый острый респираторный синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), вызвавший пандемию COVID-19, может передаваться по воздуху от одного человека одному или нескольким людям. В помещениях с большим скоплением людей, особенно при недостаточной вентиляции, риск воздушно-капельной передачи SARS-CoV-2 возрастает.

Как известно, высокая заразность SARS-CoV-2 перегрузила национальные системы здравоохранения, что привело к миллионам смертей и долгосрочным проблемам со здоровьем. Нанося устойчивый и разрушительный удар по мировой экономике, это, в свою очередь, привело к более глубоким проблемам в сфере благосостояния и общественного здоровья.

Очевидно, что снижение или предотвращение распространения SARS-CoV-2 является критической и беспрецедентной глобальной проблемой. Меры контроля передачи включают национальные локдауны, ограничения на социальные и коммерческие собрания, улучшение вентиляции в помещениях, кампании общественного здравоохранения, ношение защитных масок и вакцинацию. Эффективность этих мер различается. Вакцинация оставалась одной из наиболее эффективных мер для снижения смертности и тяжелых заболеваний, но ее эффективность в снижении вирусной передачи остается неясной. Ношение масок является эффективной мерой контроля для снижения риска воздушно-капельной передачи, но она зависит от индивидуального поведенческого выбора и требует высокого уровня соблюдения для влияния на подавление передачи. По мере развития пандемии COVID-19 принятие и внедрение мер контроля, влияющих на повседневную жизнь, снизились, что увеличило потребность в эффективных мерах, не зависящих от человеческого поведенческого выбора. Это не ограничивается SARS-CoV-2; воздушно-капельная передача признана значимым механизмом для ряда других вирусных инфекций, включая грипп, корь и другие человеческие коронавирусы (SARS-CoV, MERS), а также респираторно-синцитиальный вирус (RSV), бактериальные инфекции, такие как туберкулез, и некоторые патогены, передающиеся половым путем.

Бактерицидный ультрафиолет (GUV) является мерой контроля, соответствующей вышеуказанным требованиям, и имеет научную историю успеха. В 1942 году Уэллс и другие продемонстрировали, что по сравнению с помещениями без GUV, в помещениях с облучением верхней зоны GUV передача кори и паротита среди детей была ниже. Аналогично, Эскомб и другие продемонстрировали, что при использовании бактерицидного ультрафиолета в верхней зоне передача туберкулеза от пациентов морским свинкам снизилась более чем на 70%: уровень инфицирования в контрольной группе составил 35%, а в группе GUV — 9,5%. Однако основная опасность традиционного бактерицидного ультрафиолета с длиной волны 254 nm связана с возможным случайным воздействием на людей, что может вызвать солнечные ожоги кожи и роговицы. Это ограничивает использование традиционного бактерицидного ультрафиолета тщательно спроектированными системами для верхней зоны, закрытыми светильниками или облучением незанятых помещений. Даже при использовании этих мер возможно случайное воздействие, что влияет на внедрение этой технологии.

Потенциальным Решением является «УФ-излучение диапазона C», бактерицидное ультрафиолетовое излучение с длиной волны обычно от 200 до 230 nm. Распространенным источником дальнего УФ-излучения является эксимерная лампа на хлориде криптона, основная длина волны излучения которой составляет 222 nm, а остаточное излучение в УФ-диапазоне электромагнитного спектра низкое. В лабораторных экспериментах было доказано, что бактерицидные свойства эксимерных ламп KrCl инактивируют грамположительные и грамотрицательные бактерии, устойчивые к лекарствам бактерии, вирусы гриппа и человеческие коронавирусы, включая вирус SARS-CoV-2. Важно отметить, что при фильтрации, сводящей к минимуму УФ-излучение выше 230 nm, эксимерные лампы дальнего УФ-диапазона на хлориде криптона с гораздо меньшей вероятностью вызывают острые неблагоприятные реакции кожи и глаз по сравнению с традиционным бактерицидным УФ-излучением с длиной волны 254 nm. На сегодняшний день исследования на животных и людях не выявили никаких долгосрочных негативных последствий для здоровья.

Экспериментальные результаты, демонстрирующие инактивацию патогенов в контролируемых стандартных лабораторных условиях, являются обнадеживающими, но развертывание этой технологии в условиях «реального мира» не обязательно означает снижение передачи заболеваний. Исторические прецеденты использования бактерицидного ультрафиолета верхнего слоя помещения дают определенную уверенность в потенциале дальнего УФ-С (Far-UVC) для снижения передачи заболеваний, однако все еще требуются практические оценки. Такие исследования сложны и должны проводиться в течение длительного времени (обычно не менее 12 месяцев), а переходным шагом к исследованиям в реальных условиях являются эксперименты в крупных аэрозольных камерах размером с комнату. Эти камеры размером с комнату имеют контролируемый воздушный поток, температуру и влажность, предназначенные для воспроизведения реальных условий помещений. Такие пространства уже использовались для демонстрации эффективности систем бактерицидного ультрафиолета верхнего слоя помещения и для изучения выживаемости и распространения микроорганизмов. Они также могут помочь понять применение технологии в помещениях, где инфицированные люди могут находиться в течение длительного времени (аналогично школам, рабочим местам, больницам и зонам приема посетителей). Путем непрерывного контроля выброса воздушно-капельных патогенов для достижения устойчивого состояния окружающей среды отбор проб внутреннего воздуха с использованием или без использования технологии дезинфекции окружающего воздуха может предоставить данные, более близкие к реальным условиям. Здесь мы представляем первое исследование эффективности дальнего УФ-С (Far-UVC) в инактивации воздушно-капельных патогенов в полноразмерной биоаэрозольной камере в условиях устойчивого состояния.

Результаты

Пять эксимерных ламп на хлориде криптона были установлены на потолке биоаэрозольной камеры размером с комнату в Университете Лидса, отфильтрованы для снижения УФ-излучения выше 230 нм и оснащены диффузорами на окнах излучения для расширения картины облучения. Лампы были расположены в виде квинкункса (Рисунок 1), их излучение было направлено на пол. Исследование проводилось при включенных всех пяти лампах или только центральной лампе. Это было сделано для изучения влияния локального (одна лампа) и полного (пять ламп) облучения объема помещения. Помещение объемом 32 м³ вентилировалось механически со скоростью 3 воздухообмена в час (ACH), и аэрозольный золотистый стафилококк непрерывно выпускался в помещение на высоте 168 см. После 60-минутного периода стабилизации было отобрано 10 проб воздуха в течение 50 минут. Затем был включен один (центральный дальний УФ-светильник) или пять источников дальнего УФ-излучения, и отбор проб продолжался еще 50 минут.

Мы повторили эти тесты, используя три различных уровня облученности (Таблица 1). Выбранные уровни облученности основаны на рекомендациях по оптическому излучению Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) для сценария «умеренный» и предельных значениях воздействия Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH) для сценария «высокий». Кроме того, был включен дополнительный сценарий с более низкой интенсивностью облученности (сценарий «низкий»). Подробный статистический анализ приведен в Таблице S1.

Как описано в разделе «Методы», непрерывный отбор проб продолжительностью 4 минуты проводился каждые 5 минут до и после включения света. Концентрация жизнеспособных патогенов Staphylococcus aureus в воздухе в месте сбора показана на Рисунке 1. На Рисунке 2 и в Таблице 1 представлены результаты количества колониеобразующих единиц на кубический метр (cfu m-3) за 45 минут до «включения света» и за 50 минут после «включения света» соответственно. Значения после «включения света» выражены в процентах от среднего значения до включения света. Еще раз подчеркивается, что патогены постоянно выделялись в помещение на протяжении всего эксперимента.

Как и ожидалось, наибольшее снижение количества жизнеспособных бактерий Staphylococcus aureus в воздухе в установившемся режиме произошло при сценарии «высокого» облучения. По сравнению с одной лишь вентиляцией (3 воздухообмена в час), использование всех 5 ламп снизило количество жизнеспособных бактерий в установившемся режиме на 98,4% (стандартное отклонение 0,7%). Расчетный эквивалентный коэффициент воздухообмена составил от 128 до 322 eACH (доверительный интервал одного стандартного отклонения). В этом сценарии «высокого» облучения максимальная 8-часовая доза облучения ссылалась на пороговое предельное значение для кожи Американской конференции государственных промышленных гигиенистов (ACGIH) (предельная доза для 222 нм составляет 478 мДж/см² за более чем 8 часов). При сценарии «высокого» облучения средняя 8-часовая доза облучения от одной лампы не превышала пределы воздействия ICNIRP, уровень патогенов снизился на 93,7%, а расчетный эквивалентный коэффициент воздухообмена составил от 33 до 66 eACH. Хотя одна лампа не облучала всю комнату, хорошее смешивание воздуха в помещении, вероятно, способствовало этому очень значительному эффекту.

На рисунке 1 представлена трёхмерная схема камеры биоаэрозолей, показывающая размеры помещения, расположение светильников, источники патогенов и точки отбора проб (вверху), а также пример облучения дальним УФ-С излучением (внизу).

В Таблице 1 приведены средние процентные значения скорости снижения количества патогенов, облученности и дозы облучения за 8 часов при трех различных условиях освещения на двух высотах над землей. Значения 8-часового облучения, выделенные жирным курсивом, превышают предел облучения ICNIRP для длины волны 222 нм, равный 23 мДж/см². Ни одно из воздействий не превысило порог кожного облучения ACGIH 2022 года, равный 478 мДж/см². Статистическая значимость обозначается как: ns = p > 0.05, * = p ≤ 0.05, ** = p ≤ 0.01, *** = p ≤ 0.001, **** = p ≤ 0.0001.

В сценарии облучения «умеренной» интенсивности пиковая доза облучения за 8 часов ссылается на текущий предельно допустимый уровень воздействия согласно рекомендациям ICNIRP — 23 мДж/см². При использовании всех пяти ламп жизнеспособная микробная нагрузка в стационарном режиме снизилась на 92,0 %. Это примерно эквивалентно 35 eACH (диапазон 27–46 eACH), что более чем в 11 раз превышает показатель стандартной вентиляции за 15 минут. Примечательно, что, хотя пиковая доза воздействия за 8 часов немного превышает предельно допустимый уровень воздействия по рекомендациям ICNIRP, средняя доза воздействия за 8 часов более чем в 5 раз ниже этого предела (Таблица 1).

Сценарий «низкого» облучения, т. е. очень низкая интенсивность облучения дальним УФ-диапазоном C (в 10 раз ниже, чем в сценарии со «средней» скоростью воздействия), снижает нагрузку жизнеспособных патогенов на 13% (одна лампа) и 29% (пять ламп).

Рисунок 2: После включения источника дальнего УФ-С излучения процент жизнеспособных бактерий Staphylococcus aureus, остающихся в воздухе с течением времени при высоком, среднем и низком уровнях облучения, демонстрирует логарифмическую зависимость по оси Y. Обратите внимание, что патогены постоянно выделялись в помещение на протяжении всего эксперимента: исследование проводилось с использованием либо одной центральной лампы (зеленый цвет, квадратные точки данных, пунктирная линия), либо всех пяти ламп дальнего УФ-С излучения (синий цвет, круглые точки данных, сплошная линия).

Обсуждение

Впервые мы продемонстрировали в помещении полного размера при типичных условиях вентиляции и постоянном присутствии патогенов в воздухе, что дальний УФ-диапазон обладает потенциалом для быстрого и значительного снижения концентрации переносимых по воздуху патогенов. При уровнях облученности, не превышающих предельно допустимые уровни воздействия, установленные рекомендациями ICNIRP, новый экологический уровень со снижением количества жизнеспособных бактерий примерно на 92% может быть достигнут в течение 15 минут. При пороговом предельном значении ACGIH снижение примерно на 98% может быть достигнуто менее чем за 5 минут. На рисунке 3 показано сравнение двух сценариев.

Хотя SARS-CoV-2 не использовался в нашем исследовании по соображениям безопасности, аэрозольный золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) служил заменителем воздушно-капельных вирусов, таких как человеческие коронавирусы и вирусы гриппа. На рисунке 4 показан основной принцип этой теории, где сравниваются показатели инактивации дальним УФ-С излучением для воздушно-капельных человеческих коронавирусов (OC43 и 229E), воздушно-капельного вируса гриппа (H1N1) и воздушно-капельного золотистого стафилококка. Все показатели инактивации измерялись с использованием одной и той же лабораторной установки. Хотя результаты инактивации SARS-CoV-2 дальним УФ-С излучением еще не опубликованы, результаты инактивации носителя SARS-CoV-2 дальним УФ-С излучением показывают, что его чувствительность аналогична чувствительности человеческих коронавирусов OC43 и 229E. Наши результаты показывают, что золотистый стафилококк в воздухе менее чувствителен к инактивации дальним УФ-С излучением, чем вирусы гриппа и человеческие коронавирусы, передающиеся по воздуху, поэтому золотистый стафилококк является консервативным и осторожным заменителем.

Рисунок 3: Процент жизнеспособных аэрозольных бактерий Staphylococcus aureus, оставшихся на оси Y, в двух сценариях воздействия на основе предельно допустимых уровней воздействия согласно рекомендациям ICNIRP (5 ламп «средней» мощности) и пороговых предельных значений ACGIH (5 ламп «высокой» мощности). Обратите внимание, что на протяжении всего эксперимента патогены непрерывно выделялись в помещение при скорости механической вентиляции 3 воздухообмена в час.

Рисунок 4: Инактивация человеческих коронавирусов HCoV-OC43 и HCoV-229E, а также вируса гриппа A (H1N1) по сравнению с аэрозольным золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus) при низких дозах облучения дальним УФ-С излучением. Измерения проводились с использованием системы облучения аэрозольных патогенов в лабораториях Колумбийского университета. Для сравнения включены ранее опубликованные данные по HCoV-OC43, HCoV-229E и вирусу гриппа A (H1N1).

Предполагается, что процент инактивированных передающихся по воздуху коронавирусов и вирусов гриппа может быть выше, а время инактивации — короче.

Для тех, кто устанавливает лампы дальнего УФ-диапазона (far-UVC), интерпретация и применение пределов воздействия оптического излучения может быть сложной задачей. Многие выбирают консервативный подход, предполагая 8-часовую дозу облучения на основе пиковой освещённости. Однако пределы воздействия основаны на средневзвешенном по времени значении (TWA) облученности (ETWA), которое учитывает фактическое облучение, получаемое человеком в помещении. Если ETWA остается в пределах нормы, допускается более высокая пиковая облученность. В данном исследовании пиковая интенсивность лампы может быть в 5 раз выше, чем в «умеренном» сценарии, что повышает эффективность инактивации, при этом средняя 8-часовая доза все равно останется в пределах норм воздействия, установленных руководством ICNIRP.

Это подчеркивает важность правильной установки ламп дальнего УФ-С диапазона для обеспечения надлежащего и безопасного облучения указанного пространства. Например, хотя одна лампа обеспечивает общий уровень снижения количества патогенов примерно на 94% в сценарии «высокий», некоторые зоны внутри помещения не подвергаются полному облучению. По сравнению с помещением, использованным в эксперименте, реальные помещения могут быть больше, эффекты смешивания воздуха могут быть слабее, а фактическое снижение количества патогенов может быть значительно ниже. На основе предыдущих исследований моделирования мы усовершенствовали лампы дальнего УФ-С диапазона, разместив рассеивающий материал на излучающей поверхности источника света дальнего УФ-С диапазона в помещении, чтобы расширить картину облучения и увеличить зону покрытия дальним УФ-С излучением.

Наши результаты также предоставляют некоторые исходные данные, которые можно сравнить с другими технологиями, такими как портативные очистители воздуха. В зависимости от размера устройства, его скорость подачи чистого воздуха (CADR) обычно составляет от 200 до 500 кубических метров в час, тогда как в лаборатории она достигала бы 6,2–15,5 eACH. Таким образом, «средний» сценарий дальнего УФ-излучения (Far-UVC) с 5 лампами работает лучше, чем высокопроизводительные очистители воздуха HEPA. Хотя системы дальнего УФ-излучения сложнее в проектировании и установке, чем портативные очистители воздуха типа «подключи и работай», этот подход может обеспечить более высокий показатель eACH и также очень тихий. Еще одним потенциальным преимуществом дальнего УФ-излучения перед очистителями воздуха и верхним УФ-облучением является то, что оно может не требовать «хорошего» смешивания воздуха в помещении. Мы исследуем это в будущих исследованиях.

Все методы, направленные на снижение передачи по воздуху таких заболеваний, как COVID-19, в идеале следует использовать многоуровнево, включая вакцинацию при необходимости, социальное дистанцирование, ношение масок и вентиляцию. Необходимы дальнейшие исследования влияния таких параметров, как температура, влажность, скорость вентиляции и близость к источникам инфекции, однако представленные здесь результаты должны внушать уверенность в том, что дальний УФ-С диапазон, при правильном развертывании и соблюдении текущих (или будущих) нормативных ограничений по безопасности, может быть эффективной мерой контроля, не зависящей от поведения человека. Он инактивирует ключевые возбудители, передающиеся по воздуху, такие как человеческие коронавирусы и грипп, тем самым снижая их передачу по воздуху и через загрязненные поверхности.

Метод

Камера биоаэрозолей.Эксперименты проводились в контролируемой камере биоаэрозолей размером 4,26 м в длину, 3,35 м в ширину и 2,26 м в высоту. Камера работает с механической вентиляцией и под отрицательным давлением, оснащена системой подачи 100% свежего воздуха с HEPA-фильтрацией как на притоке, так и на вытяжке для обеспечения контроля эксперимента и эксплуатационной безопасности. Вентиляционный воздух подается через настенную входную решетку, расположенную в одном из углов помещения. Настенный выход расположен низко на диагонально противоположной стороне. Испытательная камера работает при расходах воздуха 0,027 м³/с, что эквивалентно трем воздухообменам в час (ACH). Предыдущие исследования показали хорошее перемешивание воздуха в этой камере. Точка выпуска Staphylococcus aureus располагалась на высоте 168 см от пола, на расстоянии 50 см от входа воздуха и 64 см от смежной стены (Рисунок 1). Точка отбора проб находилась на высоте 50 см, на расстоянии 20 см от выхода воздуха и 64 см от смежной стены. Предыдущие исследования показывают, что это место представляет среднюю концентрацию в лаборатории. Было обеспечено, чтобы ни точка выпуска бактерий, ни точка отбора проб не находились непосредственно под источником дальнего УФ-излучения (UVC) (Рисунок 1). Температура в лаборатории поддерживалась на уровне 28 °C ± 1 °C, относительная влажность — 50% ± 2%. Хотя механическая вентиляция обеспечивала хорошее перемешивание воздушного потока, внутри камеры не использовались вентиляторы для перемешивания. Эксперименты требовали биозащитного содержания; они проводились при герметичности камеры и во время аэрозолизации, с дистанционным управлением устройствами отбора проб аэрозолей и источниками дальнего УФ-излучения.

Выбор аэрозолизированных патогенов. Как описано Уэлчем и др.: На практике биоаэрозольные камеры нельзя использовать для аэрозолизированных патогенов 3-й группы риска, таких как SARS-CoV-2. Для выбора пригодного аэрозолизированного патогена, то есть разумной, но осторожной и консервативной модели воздушно-капельных человеческих коронавирусов, мы провели предварительные исследования с использованием системы УФ-облучения аэрозолизированных патогенов в лаборатории Колумбийского университета. Эта система состоит из источника аэрозолизированных патогенов, поток которого проходит через камеру УФ-облучения, состоящую из источника дальнего УФ-С излучения и окон, прозрачных для дальнего УФ-С; различные дозы дальнего УФ-С излучения можно получить, изменяя интенсивность воздействия дальнего УФ-С и скорость движения патогенов. Воздушно-капельный золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus) собирали на желатиновые фильтры (Sartorius, Германия) после облучения, растворяли в 5 мл фосфатно-солевого буфера (PBS) и анализировали на инактивацию методом подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ) на чашках с триптиково-соевым агаром (TSA).

На рисунке 4 показаны результаты внутренних испытаний для аэрозолизированного золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) в сравнении с ранее опубликованными результатами для аэрозолизированных человеческих коронавирусов 229E и OC43, а также вируса гриппа H1N1. На основании этих предварительных исследований мы делаем вывод, что, несмотря на различия между бактериями и вирусами, аэрозолизированный золотистый стафилококк может использоваться как консервативная и разумная модель для инактивации человеческих коронавирусов дальним УФ-С излучением (far-UVC) в текущих внутренних исследованиях. Золотистый стафилококк применялся во многих внутренних экспериментах и зарекомендовал себя как надежный тестовый организм, который можно аэрозолизировать в помещениях и непрерывно отбирать пробы из пространства, что обеспечивает хорошую сопоставимость между экспериментами. Золотистый стафилококк сам по себе является патогенной бактерией, поскольку представляет собой метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA), который имеет большое значение при внутрибольничных инфекциях и часто используется в качестве эталона для оценки очистки. В условиях текущей пандемии критически важно оценивать технологии инактивации патогенов.

Лампы дальнего УФ-диапазона (Far-UVC). Пять коммерческих эксимерных ламп на хлориде криптона (KrCl) дальнего УФ-диапазона, отфильтрованных для снижения УФ-излучения выше 230 нм, были размещены в помещении на высоте 2,12 метра в виде квинкункса (узор из пяти точек на шестигранном кубике), с направлением облучения вниз, к полу. Эти лампы работают непрерывно и были модифицированы диффузионным материалом для расширения зоны распределения излучения дальнего УФ-диапазона, что максимизирует облученность. Для регулировки интенсивности облучения ламп отдел медицинской физики и клинической инженерии больницы Найнуэллс в Данди изготовил на заказ металлические сетчатые фильтры ослабления. Эти фильтры обеспечивали интенсивность облучения на уровне 10% и 1% от исходной мощности излучения дальнего УФ-диапазона. Фильтры ослабления были размещены между лампами и диффузионным материалом.

Поле облучённости (E) внутри кабины измерялось на горизонтальной плоскости с помощью калиброванного УФ-С радиометра (детектор UV-3727-5 с оптической головкой X1-5, Gigahertz-Optik, Германия, 29 апреля 2021 года). Измерения проводились на двух высотах (z) 1,7 метра и 1 метр над землёй с шагом 0,5 метра. В уравнении (1) экспозиция определяется как энергетическая экспозиция H на высоте z, так что

Здесь Eiz — это облучённость на высоте z и в позиции i, умноженная на время, проведённое в позиции iz, интегрированная по всем позициям. Пиковая доза экспозиции предполагается при t = 8 часов (28 800 секунд) в позиции i, где измерение облучённости максимально для заданного z (т. е. непосредственно под лампой). Средняя доза экспозиции определяется как 8-часовое лучевое воздействие на основе средней измеренной облучённости на заданной высоте. После тщательного рассмотрения мы решили не называть устройства с крайне короткой длиной волны, использованные в этом исследовании, поскольку эти эксперименты являются изучением принципов дальнего УФ-диапазона, а не одобрением какого-либо конкретного устройства.

Экспериментальная процедура. Приготовление суспензии и генерация биоаэрозолей. Генерация аэрозолей проводилась в контролируемой среде с учетом температуры (28 °C ± 1 °C) и относительной влажности (50 % ± 2 %). Для генерации аэрозолей использовался распылитель Collison с 6 соплами (BGI, США), работающий со скоростью 12 л/мин; он располагался вне камеры, и аэрозоли поступали в испытательную камеру через трубку. Аэрозоли, генерируемые распылителем, имели диаметр от 0,3 мкм до 5 мкм, со средним массовым аэродинамическим диаметром 2,5 мкм (геометрическое стандартное отклонение 1,8). Суспензия в контейнере распылителя (100 мл) состояла из Staphylococcus aureus (ATCC 6538), приготовленной в стерильной дистиллированной воде с концентрацией приблизительно 1,35 × 10⁶ КОЕ/мл. Предварительные исследования суспензий патогенов в других средах (например, 1% фетальной бычьей сыворотки) не показали значительного влияния на результаты.

Отбор проб с помощью пробоотборника. Процесс отбора проб использует шестиступенчатый импактор Андерсона (Anderson INC.) со скоростью потока 28 л/мин. Образцы доставляются извне в камеру и собираются через пробирки. Чашки с триптиказо-соевым агаром (TSA) на 5-й и 6-й ступенях импактора Андерсона готовились с использованием 40 г TSA (Oxoid, Великобритания) на 1 л дистиллированной воды. Примерно 90% аэрозоля золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) было собрано на 6-й стадии (диаметр аэрозоля 0,65–1,1 мкм), а остальные 10% — на 5-й стадии (диаметр аэрозоля 1,1–2,1 мкм). В предыдущих экспериментах при одинаковых условиях окружающей среды и концентрации S. aureus аэрозоли, собранные на стадиях 1–4 (2,1; 3,3; 4,7 и 7 мкм), составляли менее 1% от общего объема сбора. После отбора проб чашки с агаром инкубировали при температуре 37 °C в течение 24 часов, затем подсчитывали количество колоний на каждой чашке с помощью счетчика колоний Gallenkamp. Наконец, результаты были скорректированы с использованием таблицы поправки на положительные отверстия, а скорость потока пробоотборника использовалась для определения концентрации колониеобразующих единиц на кубический метр (КОЕ/м³) в воздухе.

Этот эксперимент. Золотистый стафилококк, передаваемый по воздуху, создал устойчивое состояние продолжительностью 60 минут в помещении, подобное тому, как инфицированный человек выделяет аэрозольные патогены из угла комнаты. Затем в каждой точке отбора проб каждые 5 минут собирали 10 образцов воздуха длительностью 4 минуты (рис. 2), а оставшееся время использовали для подготовки следующего образца. После этого включили лампу дальнего УФ-диапазона и повторили отбор проб таким же образом. Перед включением лампы дальнего УФ-диапазона концентрацию золотистого стафилококка в помещении (КОЕ/м³) определяли по среднему значению первых 10 образцов воздуха. Впоследствии концентрация (КОЕ/м³) каждого образца воздуха отображалась в процентах от начальной средней концентрации устойчивого состояния.

分析。在开启远uvc设备之前，通过与所有样品的平均浓度进行比较，将金黄色葡萄球菌的浓度归一化，以便在实验内部和实验之间进行比较。当灯打开后的衰减期结束后，在20到50分钟之间进行6次测量，以确定灯打开时的稳定浓度。由(2)式(C)和(Cuv)（灯被打开前(C)和之后(Cuv)的稳态浓度）计算出了由远超紫外线引起的等效换气率。

где N — скорость вентиляции помещения (ACH), а Nuv — эквивалентная скорость воздухообмена.

Статистический анализ. Для сравнения жизнеспособных бактерий до включения и через 20 мин после включения лампы Far-UVC использовался непарный t-критерий. Статистический анализ выполнялся с помощью GraphPad Prism (Prism 9, GraphPad Software, США). Статистическая значимость для всех случаев: ns = p > 0.05, * = p ≤ 0.05, ** = p ≤ 0.01, *** = p ≤ 0.001, **** = p ≤ 0.0001.

Оригинальная ссылка: Дальний УФ-С эффективно инактивирует переносимый по воздуху патоген в камере размером с комнату