Parametri ottimizzati per una SARS efficace

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 16664 (2022) Citare questo articolo

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La diffusione delle infezioni da SARS-CoV-2 e la gravità della pandemia di coronavirus del 2019 (COVID-19) hanno portato al rapido sviluppo di farmaci, vaccini e contromisure per ridurre la trasmissione virale. Sebbene siano disponibili nuove strategie terapeutiche per prevenire l’infezione da SARS-CoV-2, le mutazioni virali rimangono una seria minaccia per la comunità sanitaria. Pertanto, sono necessari dispositivi medici dotati di funzionalità di eradicazione del virus per prevenire la trasmissione virale. I LED UV stanno guadagnando popolarità in campo medico, utilizzando lo spettro UVC più germicida, che agisce attraverso la formazione di fotoprodotti. Qui, abbiamo sviluppato un dispositivo medico portatile e ricaricabile in grado di disinfettare il SARS-CoV-2 in meno di 10 secondi del 99,9%, per una durata di 6 ore. Utilizzando questo dispositivo, abbiamo studiato l’effetto antivirale dei LED UVC (275 nm) contro SARS-CoV-2 in funzione della distanza di irradiazione e del tempo di esposizione. Una distanza di irradiazione di 10-20 cm, un tempo di esposizione < 10 s e dosi UV di > 10 mJ/cm2 sono state ritenute ottimali per l’eliminazione di SARS-CoV-2 (riduzione virale ≥ 99,99%). I sistemi UVC-LED presentano vantaggi come l’intensità a stabilizzazione rapida e l’insensibilità alla temperatura e possono contribuire allo sviluppo di dispositivi medici in grado di contenere l’infezione da SARS-CoV-2. Dimostrando l’inattivazione della SARS-CoV-2 con irradiazione UVC-LED a brevissimo termine, il nostro studio potrebbe suggerire linee guida per garantire un ambiente medico più sicuro.

La pandemia del coronavirus del 2019 (COVID-19) si è diffusa in tutto il mondo sin dalla sua epidemia iniziale nel 2019, causando gravi morbilità e mortalità. È causata dal SARS-CoV-2 (sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2), un virus altamente contagioso, rilevato principalmente in campioni provenienti dal tratto respiratorio e dai siti nasofaringei di pazienti affetti da COVID-191. I rapporti indicano la trasmissione tra esseri umani entro 2-10 giorni, dimostrando che il virus si diffonde attraverso il contatto diretto, come mani e superfici contaminate, e tramite vie aeree2. In condizioni ambientali, SARS-CoV-2 rimane vitale negli aerosol fino a 3 ore ed è più stabile su plastica e acciaio inossidabile (fino a 72 ore) che su rame (4 ore) e cartone (24 ore)3. L'esposizione a materiali ambientali contaminati può essere prevenuta mediante numerose tecniche di controllo, tra cui la sterilizzazione a caldo, la disinfezione chimica, la filtrazione e la disinfezione delle superfici e l'irradiazione ultravioletta (UV)4. I possibili danni materiali causati dalla sterilizzazione a caldo e dalla tossicità dei disinfettanti chimici, nonché la carenza di filtri sul mercato, rappresentano una sfida importante durante la pandemia, generando un’allarmante domanda di sistemi di disinfezione più sostenibili4. Considerata la rapida trasmissione del virus, è importante sviluppare misure e tecnologie sostenibili che possano inattivare il virus e limitare la trasmissione.

La crescita del mercato globale dei raggi UVC (ultravioletti C) è stata influenzata positivamente dall’epidemia di COVID-19. Durante la pandemia, la disinfezione UV dell'aria e delle superfici ha attirato l'attenzione sui dispositivi UV e molti prodotti sono diventati disponibili sul mercato4. Vari luoghi pubblici con diversi livelli di aria e materiali ambientali contaminati hanno iniziato a utilizzare sistemi di disinfezione delle superfici UV4. I raggi UV sono classificati in tre tipi fondamentali in base alla lunghezza d'onda: UVA (320–400 nm), UVB (280–320 nm) e UVC (100–280 nm)5. Vari centri di ricerca e laboratori stanno sviluppando prodotti a base UVC per prevenire la diffusione dell’infezione. I diodi emettitori di luce UV (LED UV) sono dispositivi privi di mercurio che possono essere utilizzati per operazioni su richiesta6. Mentre le lampade al mercurio emettono luce solo a una particolare lunghezza d'onda, i LED UV sono in grado di emettere luce a più lunghezze d'onda individuali5. Come misura di salute pubblica e sicurezza ambientale, il Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente (UNEP) ha vietato i prodotti contenenti mercurio nel 2013 e, a partire dal 2020, le lampade al mercurio a bassa pressione dovevano essere sostituite con nuove fonti che emettono raggi UV7. L’irradiazione UV è un approccio antimicrobico emergente grazie alla sua flessibilità, disponibilità e facile controllo dei modelli di radiazione8. I dispositivi medici dotati di LED UV stanno guadagnando popolarità in campo medico, con l'UVC, che agisce attraverso la formazione di fotoprodotti, considerata la regione germicida più efficace all'interno dello spettro UV9. Inoltre, uno studio recente ha riportato che l’intensità del LED UVC non è influenzata dai cambiamenti di temperatura o dal tempo di riscaldamento10. Inoltre, l'UVC-LED inattiva gli agenti patogeni attraverso diversi meccanismi, tra cui il danno agli acidi nucleici o alle proteine ​​e la produzione di radicali dell'ossigeno11,12. Uno studio recente ha riportato che l’irradiazione con UVC-LED ad una lunghezza d’onda di 280 ± 5 nm ha rapidamente inattivato il SARS-COV-2 isolato da un paziente COVID-199. Inoltre, un altro studio ha riportato l’eliminazione del SARS-COV-2 in seguito al trattamento con temperatura elevata (> 56 °C) e irradiazione UVC (100–280 nm)13. Varie tecnologie per disinfettare il COVID-19 utilizzando i raggi UV includono la tecnologia di ossidazione fotoelettrochimica (PECO) utilizzata nello sviluppo di un purificatore d'aria, in cui la luce UV-A è stata utilizzata per attivare un catalizzatore nel filtro ricoperto di nanoparticelle per ossidare i contaminanti dell'aria14. In conformità con questi risultati, abbiamo sviluppato un dispositivo medico portatile e ricaricabile per la disinfezione da SARS-CoV-2, che può essere utilizzato per sterilizzare aree o superfici difficili da raggiungere che si macchieranno o reagiranno in altro modo al contatto con prodotti chimici detergenti. Nel presente studio, dimostriamo riduzioni dipendenti dal tempo di esposizione e dalla distanza nella SARS-COV-2 mediante UVC e miriamo a ottimizzare e convalidare le prestazioni del dispositivo UVC-LED sviluppato.