Inattivazione ultraveloce della SARS

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 18640 (2022) Citare questo articolo

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La disinfezione elimina i microrganismi patogeni e garantisce un ambiente biosicuro per gli esseri umani. La rapida diffusione di COVID-19 sta mettendo a dura prova i metodi di disinfezione tradizionali in termini di riduzione degli effetti collaterali dannosi e di svolgimento di processi più rapidi. Spruzzare disinfettanti chimici su larga scala è dannoso per le persone e per l’ambiente, mentre la disinfezione con lampade UV e diodi a emissione di luce (LED) richiede ancora un lungo tempo di esposizione a causa della bassa irradianza e delle caratteristiche del fascio altamente divergenti. Dato che un laser mantiene un’elevata irradianza su una lunga distanza, abbiamo studiato l’efficacia dei laser come nuovo metodo di disinfezione e i risultati mostrano la capacità di inattivazione ultraveloce del virus SARS-CoV-2 con un laser da 266 nm. Questo lavoro conferma che i laser UV sono un buon candidato per la disinfezione.

Il nuovo coronavirus SARS-CoV-2 è responsabile di una pandemia che coinvolge una grave malattia respiratoria diffusa in tutto il mondo. Al 5 marzo 2022, ci sono stati oltre 440 milioni di casi confermati di COVID-19 e più di 5,9 milioni di decessi segnalati1. Anche se vaccini e farmaci sono stati ampiamente sviluppati con successo per il COVID-19, la pandemia continua a diffondersi a macchia d’olio. Le persone si sono rese conto che per una malattia pandemica come il COVID-19, l’interruzione della catena di trasmissione rimane ancora la soluzione più efficace2.

La principale via di trasmissione della SARS-CoV-2 è tramite aerosol3 o contatto4. È stato segnalato che le particelle di SARS-CoV-2 sono rilevabili fino a 3 ore negli aerosol5. Pertanto, la trasmissione di aerosol a distanza ravvicinata tra esseri umani e la trasmissione di aerosol di scambio d’aria tra sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC) tra le stanze è pericolosa in termini di diffusione del virus6,7,8,9,10. Alcuni gruppi di ricerca e istituzioni ritengono che la trasmissione tramite aerosol sia riconosciuta come la via dominante per la pandemia di COVID-19, come dimostrato in studi di ricerca3 e dichiarazioni dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS11).

I metodi chimici tradizionali non sono applicabili in tali scenari di aerosol poiché le sostanze chimiche sono tossiche o infiammabili nell’aria. Ad esempio, l'alcol medico è ottimo per la disinfezione, ma la massiccia spruzzatura di alcol può causare incendi ed esplosioni. Come altro esempio, anche sostanze chimiche come il perossido di idrogeno, l’ozono e la candeggina a base di cloro sono utili per la disinfezione, ma sono tossiche per il corpo umano e non dovrebbero essere utilizzate per irrorazioni massicce intorno alle persone. Pertanto, in nessun caso è consigliabile spruzzare sostanze chimiche per disinfettare l'aria in presenza di persone12.

Soprattutto per i sistemi HVAC, nessun metodo noto è abbastanza veloce per disinfettare gli aerosol in condizioni di flusso d’aria ad alta velocità. Prendendo come esempio un sistema di climatizzazione centralizzato, la velocità del flusso d'aria è tipicamente di 20–30 m/s13. Pertanto, per disinfettare il flusso d'aria tra le stanze in un sistema di climatizzazione centralizzato, la disinfezione deve essere completata in < 1 s per un condotto dell'aria lungo 20 m, < 0,1 s per un condotto dell'aria lungo 2 m, o < 0,01 s per un condotto dell'aria lungo 0,2 condotto d'aria lungo m. Pertanto, è necessario un metodo di disinfezione sicuro (senza sostanze chimiche tossiche o infiammabili) e veloce (abbastanza veloce da disinfettare l'aria corrente).

Secondo studi precedenti, i metodi di inattivazione basati sulle radiazioni sono sicuri rispetto alle sostanze chimiche tossiche o infiammabili e sono più convenienti per inattivare la SARS-CoV-2 e i coronavirus correlati. Tra tutti i metodi di inattivazione basati sulle radiazioni, l’irradiazione germicida ultravioletta (UVGI) è il metodo più ampiamente testato e utilizzato per inattivare la SARS-CoV-214. I diodi emettitori di luce UV (LED) e le lampade UV sono i candidati più comuni utilizzati per le sorgenti di luce UV15. Tuttavia, entrambi presentano alcuni inconvenienti. I LED hanno un'efficienza energetica molto bassa; quindi, di solito generano molto calore e hanno una vita pratica piuttosto breve. Secondo varie pubblicazioni2,16,17,18,19, i LED e le lampade UV possono raggiungere un'inattivazione del virus > 99% solo dopo almeno pochi secondi. Questo perché la luce proveniente da sorgenti luminose incoerenti come LED e lampade è molto divergente quando irradia, il che porta a un'irradianza ottica molto bassa. La luce proveniente da sorgenti luminose coerenti come i laser può propagarsi senza divergere, il che porta a un'irradianza ottica maggiore rispetto alle normali sorgenti luminose incoerenti. Ciò suggerisce che un laser UV con lunghezza d’onda intorno a 260 ~ 270 nm può essere un buon candidato per una disinfezione virale sicura e veloce. In questo manoscritto, conduciamo un esperimento di inattivazione della SARS-CoV-2 con laser fatti in casa da 2 W a 266 nm, i cui risultati confermano le prestazioni ultraveloci dell’inattivazione altamente efficace della SARS-CoV-2 con laser a 266 nm.