Die Studie ist die erste ihrer Art in der Welt.
Ultraviolette Strahlung ist eine gängige Methode, um Bakterien und Viren abzutöten. Nun haben Forscher der Universität Tel Aviv bewiesen, dass das neuartige Coronavirus SARS-CoV-2 mit ultravioletten (UV) Leuchtdioden (UV-LEDs) effizient, schnell und kostengünstig abgetötet werden kann.
Wir haben herausgefunden, dass es ganz einfach ist, das Coronavirus mit Hilfe von LED-Lampen abzutöten, die ultraviolettes Licht ausstrahlen“, sagte Prof. Hadas Mamane, Leiterin des Environmental Engineering Program an der School of Mechanical Engineering der Universität Tel Aviv, die die Studie leitete. Sie sagte, dass die Glühbirnen weniger als eine halbe Minute benötigen, um mehr als 99,9 % der Coronaviren zu zerstören.
LEDs sind in einer breiten Palette von Wellenlängen erhältlich, die als A, B und C bezeichnet werden, erklärt Mamane.
UV-A hat eine Wellenlänge im Bereich von 315 Nanometern (nm) bis 400 nm. UV-B, auch bekannt als mittelwelliges Licht, hat eine Wellenlänge von 280-315 nm; UV-C hat eine Wellenlänge von 200-280 nm.
UV-A wird von der Sonne (und künstlichen Quellen wie Solarien) emittiert und ist schwächer als UV-B und C. Es hat einige menschliche Vorteile, wie die Bildung von Vitamin D, aber es ist auch das, was Sonnenbrände und in einigen Fällen Hautkrebs verursacht.
UV-B- und C-Strahlung erreicht den Menschen auf natürliche Weise nie, da diese Strahlen von der Ozonschicht der Erde absorbiert werden. Diese ultravioletten Wellenlängen, die die Tel Aviver Forscher untersuchten, sind bei der Desinfektion mit LED-Lampen besonders effektiv.
Wir wissen zum Beispiel, dass das medizinische Personal keine Zeit hat, beispielsweise Computertastaturen und andere Oberflächen in Krankenhäusern manuell zu desinfizieren – die Folge sind Infektionen und Quarantäne“, sagt Mamane. „Die auf LED-Lampen basierenden Desinfektionssysteme können aber zum Beispiel in die Lüftungsanlage und die Klimaanlage eingebaut werden und entkeimen die angesaugte und dann in den Raum abgegebene Luft.
In der Forschung ihres Teams gelang es ihnen, das Virus mit billigeren und leichter erhältlichen LED-Birnen abzutöten – 285-nm- gegenüber 265-nm-Birnen -, die wenig Energie verbrauchen und kein Quecksilber enthalten wie reguläre Birnen.
Sie sagte, dass, wenn sich die Wissenschaft weiterentwickelt, die Industrie in der Lage sein wird, die notwendigen Anpassungen vorzunehmen und die Glühbirnen in Robotersysteme oder Klimaanlagen, Vakuum- und Wassersysteme einzubauen und dadurch große Flächen und Räume effizient zu desinfizieren.
Unsere Forschung hat kommerzielle und gesellschaftliche Implikationen“, sagte Mamane.
Sie fügte hinzu, dass ihr Team schon lange vor dem Coronavirus an UV-LEDs gearbeitet hat. Aber als COVID-19 auftauchte, versuchten sie zu sehen, ob sie ihre Bemühungen auf die Bekämpfung des menschlichen Coronavirus übertragen könnten, und untersuchten den Einsatz von LEDs zur Abtötung von Corona bei verschiedenen Frequenzen.
Sie sagte, dass die 285-nm-LED 15 bis 30 % weniger teuer ist und nur ein wenig mehr Zeit benötigt, um effektiv zu sein.
Alles, was die Kosten reduzieren kann, könnte bei der Implementierung helfen“, sagte sie.
Sie fügte hinzu, dass UV-LEDs einen Vorteil haben, weil sie im Handumdrehen ein- und ausgeschaltet werden können.
Warum müssen Operationssäle mit UV Licht bestrahlt werden?
UVC-Licht wird bereits seit Langem als gängige Sterilisationsmethode von Wasser, Luft und Oberflächen eingesetzt – eine Methode, die in Krankenhäusern, Laboren, Büros und Fabriken täglich Anwendung findet. Die UV-Strahlen wirken auf die DNA und töten Bakterien, Viren und Pilze ab.
Mamane glaubt, dass dieser Technologie die Zukunft gehört. Sie geht davon aus, dass sie bis 2025 kosteneffektiv genug sein wird, um sich durchzusetzen.
„UV-LEDs haben eine große Zukunft“, fügte sie hinzu. „Natürlich ist es wie immer, wenn es um ultraviolette Strahlung geht, wichtig, den Menschen klarzumachen, dass es gefährlich ist, zu versuchen, diese Methode zur Desinfektion von Oberflächen im Haus zu verwenden. Man muss wissen, wie man diese Systeme konstruiert und wie man mit ihnen arbeitet, damit man dem Licht nicht direkt ausgesetzt ist.“
Die Qualität von Atemluft und Trinkwasser sowie die Sauberkeit von Oberflächen wirken sich tiefgreifend auf unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden aus. Jeder Mensch läuft Gefahr, sich mit Viren und Bakterien zu infizieren und diese zu verbreiten. Das gilt insbesondere in belebten öffentlichen Bereichen wie Büros, Fabriken, Geschäften, Bars oder Restaurants, Schulen, Museen und öffentlichen Verkehrsmitteln.
UV-C-Strahlung ist ein bekanntes Desinfektionsmittel für Luft, Oberflächen, Gegenstände und Wasser, da es das Risiko einer Infektion verringern kann. Es wird schon seit mehr als 40 Jahren in großem Stil eingesetzt. Alle bisher getesteten Bakterien und Viren (im Laufe der Jahre waren das viele Hunderte, einschließlich verschiedener Corona-Viren) reagieren auf eine UV-C-Desinfektion. In Labortests inaktivierten unsere UV-C-Lichtquellen 99 % des SARS-CoV-2-Virus auf einer Oberfläche mit einer Expositionszeit von 6 Sekunden. Das ist ein klarer Hinweis darauf, dass UV-C eine wertvolle Rolle in Ihrer Schutzstrategie spielen kann.
In den letzten Jahrzehnten haben wir eine starke Anwendungskompetenz entwickelt. Damit können wir ein breites Sortiment an UV-C-Lampen und -Leuchten anbieten, die für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können. Dazu gehören Oberluftsysteme zur Desinfektion durchströmender Luft, offene UV-C-Systeme und UV-C-Wagen, die Räume und Standorte über Nacht (oder bei Nichtgebrauch) desinfizieren, sowie UV-C-Kammern zur Desinfektion von Objekten.
Ultraviolettstrahlung, kurz UV, UV-Strahlung, UV-Licht oder Schwarzlicht, ist elektromagnetische Strahlung im optischen Frequenzbereich (Licht) mit kürzeren Wellenlängen, als das für den Menschen sichtbare Licht. Jenseits der UV-Strahlung schließt die Röntgenstrahlung an.
„Ultraviolett“ bedeutet „jenseits von Violett“; Violett ist der Farbreiz der kürzesten noch mit dem Auge wahrnehmbaren Wellenlänge. Bei Schwarzlichtlampen wird der begleitende Anteil sichtbarer Strahlung durch einen Filter weitgehend unterdrückt, sodass in einer damit bestrahlten Szene im Wesentlichen nur fluoreszierende Stoffe leuchten.
Entdeckung
Die Entdeckung der UV-Strahlung folgte aus den ersten Experimenten mit der Schwärzung von Silbersalzen im Sonnenlicht. Im Jahr 1801 machte der deutsche Physiker Johann Wilhelm Ritter in Jena die Beobachtung, dass Strahlen gerade jenseits des violetten Endes im sichtbaren Spektrum im Schwärzen von Silberchloridpapier sehr effektiv waren. Er nannte die Strahlen zunächst „de-oxidierende Strahlen“, um ihre chemische Wirkungskraft zu betonen und sie von den infraroten „Wärmestrahlen“ am anderen Ende des Spektrums zu unterscheiden. Bis ins 19. Jahrhundert wurde UV als „chemische Strahlung“ bezeichnet. Mittlerweile werden die Bezeichnungen „Infrarotstrahlung“ und „Ultraviolettstrahlung“ verwendet, um die beiden Strahlungsarten zu charakterisieren.[1]
Anfang des 20. Jahrhunderts wurde die heilende Wirkung der künstlichen UV-Strahlung entdeckt. So berichtete der österreichische Arzt Gustav Kaiser (1871–1954), der sich in Würzburg mit elektrotherapeutischen Studien beschäftigt hatte, in der Vollversammlung der Gesellschaft der Ärzte in Wien im Februar 1902 über den Selbstversuch mit einer UV-Glühlampe, mit deren Hilfe er die Gesundung einer nicht heilen wollenden Wunde erreichte. Eine schwer erkrankte tuberkulöse Patientin soll nach dem vorliegenden Bericht mittels des „blauen Lichts“ in vier Wochen geheilt worden sein. Ermutigt durch diese Erfolge dehnte Kaiser seine Versuche mit einer Hohllinse auf Hautkrankheiten aus, wobei er ebenfalls günstige Ergebnisse erzielte. Er zog daraus den Schluss, dass die UV-Strahlung keimtötend wirkt.[2]
Spektrum und Bezeichnungen
| Wellenlängen[3] | |
|---|---|
| UV-A | 380–315 nm |
| UV-B | 315–280 nm |
| UV-C | 280–100 nm |
Traditionell reicht der UV-Bereich von 380 bis 100 nm und wird mit Blick auf die Transmission atmosphärischer Gase in die Unterbereiche UV-A, UV-B und UV-C eingeteilt, siehe Tabelle. Die „unrunden“ Grenzen haben folgende Bedeutung: 380 nm ist die Empfindlichkeitsgrenze des menschlichen Auges. Ab etwa 315 nm absorbiert Ozon so stark, dass Licht kaum noch durch die Ozonschicht dringt. Ab 280 nm reicht der normale, zweiatomige Sauerstoff für die völlige Absorption innerhalb der Atmosphäre. Ab etwa 200 nm wird die Absorption durch Sauerstoff so stark, dass sie auch auf laborüblichen Distanzen stört; zudem setzt Photolyse und Ozonbildung ein. Dagegen hilft Spülen des Strahlengangs mit Schutzgas oder Evakuieren, worauf der Ausdruck „Vakuum-Ultraviolett“ (VUV) für diesen Bereich zurückgeht. Der UV-C-Bereich endet traditionell (und gemäß DIN 5031-7[3]) aufgrund experimenteller Probleme (Transmission refraktiver Optiken) etwas willkürlich bei 100 nm. Licht dieser Wellenlänge wird bereits in der Ionosphäre absorbiert.
Für die Anwendung oberhalb der Ozonschicht, also für die Aeronomie und die Astronomie hat die Einteilung in UV-A, -B und -C keine Relevanz. Hier unterscheidet man nahes (NUV), mittleres (MUV), fernes (FUV) und extremes UV (EUV) zwischen den Grenzen 400, 300, 200, 100 und 10 nm.[4][5] Auch die Weltgesundheitsorganisation (WHO) lässt den UV-Bereich schon bei 400 nm beginnen.[6]
Ultraviolettstrahlungsquellen
Veränderung der Intensitätsverteilung der Sonnenstrahlung durch die Erdatmosphäre, insbesondere die UV-Strahlung
Polarlicht über Jupiters Nordpol, vom Hubble Space Telescope im UV-Spektrum fotografiert
Bei thermischer Strahlung wird der Anteil der UV-Strahlung durch das Plancksche Strahlungsgesetz und das Wiensche Verschiebungsgesetz bestimmt. Durch angeregte Elektronen kann UV-Strahlung generiert werden, wenn deren Energie oberhalb 3,3 eV liegt. Gleiches ist bei der Temperatur der Glühwendeln von Glühlampen in geringem Maße gegeben, weshalb insbesondere Halogen-Glühlampen auch etwas Ultraviolettstrahlung aussenden.
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