Untersuchung der UV-C-LED-Technologie zur Desinfektion in der Tür in der Tür: eine wirksame Quecksilber- und ozonfreie Methode zur Bestrahlung von Mikroorganismen in der Luft, die in der Luft bestrahlt werden

Abstrakt

Ziel dieser Studie war es, die Wirksamkeit eines neuartigen Luftsterilisationssystems auf Luftmikroorganismen sowohl im Labor-Umfeld als auch im Büroumfeld zu bewerten. Hier haben wir eine UV-C-LED-basierte Technik verwendet, um die Luft kontinuierlich zu reinigen. Es wurde beobachtet, dass die Desinfektionsrate des UV-C-LED-Systems in 2 Stunden in 2 Stunden 99,94% gegen Staphylococci Albus (8032) gegen Staphylococci Albus beträgt, während 99,6%, 99,02% und 98,65% gegen natürliche Mikroorganismen in 2 Stunden innerhalb von 100 M3, 150 M3 und 210 M3 M3-Räumen in 2 Stunden. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse für eine 5-tägige Prüfung vor Ort, die in normalerweise operativen Büros durchgeführt wird, eine Desinfektionsrate von bis zu 92% gegen natürliche in der Luft befindliche Mikroorganismen. Die Ergebnisse zeigen auch keine Ozonemission von Null aus den UV-C-LED-Basis-Luftsterilisations-De-Vices. Diese Studie zeigt eine vielversprechende Rolle für diese von UV-C-LED-basierte neuartige Technologie bei der Kontrolle und Prävention von Infektionen, indem die Ausbreitung von Luftpathogenen effektiv und effizient entworfen wird, ohne gefährliche Quecksilber oder Chemikalien einzuführen.

CCS -Konzepte

Hardware → aufstrebende Technologien ~ aufstrebende optische und photonische Technologien.

Schlüsselwörter

Shafa Muhammad, Furqan Muhammad und Eason Liao. 2024. Untersuchung der UVC-LED-Technologie zur Desinfektion in der Tür in der Tür: Eine wirksame Quecksilber- und ozonfreie Methode zur Bestrahlung von Mikroorganismen in der Luft. Im Jahr 2024 5. Internationales Symposium für künstliche Intelligenz für Medizinwissenschaft (ISAIMS 2024), 13. bis 17. August 2024, Amsterdam, Niederlande. ACM, New York, NY, USA, 5 Seiten. https://doi.org/10.1145/3706890.3707037

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Isaims 2024, 13. bis 17. August 2024, Amsterdam, Niederlande

© 2024 Copyright vom Eigentümer/Autor (en). Veröffentlichungsrechte für ACM lizenziert.

ACM ISBN 979-8-4007-1782-6/24/08

https://doi.org/10.1145/3706890.3707037

1 Einführung

Die ultraviolette keimtaute Bestrahlung (UV-C) wurde in den vergangenen hundert Jahren als effektives Verfahren zur Bestrahlung von Krankheitserregern für die Kontrolle und Prävention von Infektionen eingesetzt [1]. Niedrigpressurige Quecksilberdampf-Entladung UV-Keimbelampen sind die am häufigsten verwendete Sterilisationsmethode in Krankenhäusern. Sie sind bekannt für ihre Breitspektrum -Keimbelastung. Diese Lampen werden häufig zur Desinfektion von Luft, Oberflächen und Wasser im Gesundheitswesen verwendet. Es hat sich gezeigt, dass die keimtaute UV-Bestrahlung bei der Verringerung der Übertragung von Infektionen in der Luft in Krankenhäusern, Klassenzimmern und militärischen Wohnungen wirksam ist [2-5]. Don et al. Untersuchten die Wirksamkeit eines abgeschirmten ultravioletten C -Luftdesinfektionssystems in einer stationären Apotheke eines Kinderkrankenhauses der Tertiärversorgung und beobachteten eine signifikante Abnahme von 78% und 62% für Pilz- und Bakterienpartikel [6]. Ethethton et al. Zeigten, dass kontinuierlich abgeschirmt

UV-C auf Raumebene kann Luftbakterien reduzieren und auch die Anzahl der HAIs senken, einschließlich derjenigen, die durch Kontaktpathogene verursacht werden [7]. Bei der Verwendung von UVC -Lampen muss jedoch der potenzielle Schaden der menschlichen Haut durch eine längere UV -Exposition berücksichtigt und verhindert werden. Außerdem produzieren UV-C-Lampen Ozon durch die Emission von UV-C-Licht bei einer Wellenlänge von 185 nm oder 222 nm, die Sauerstoffmoleküle in einzelne Sauerstoffatome dissoziiert. Diese Atome reagieren dann mit anderen Sauerstoffmolekülen, um Ozon zu bilden. Ozon ist ein leistungsstarkes Oxidationsmittel, das für die Desinfektion und Deodorisierung nützlich sein kann, aber es kann auch der Gesundheit gefährlich sein, was zu akuten und chronischen Wirkungen des menschlichen Atemsystems nach Ozonexposition ist [7-13].

Anders als UVC-Lampen basiert UV-C als neues Desinfektionsgerät auf der Festkörper-Halbleitertechnologie [14, 15]. UV-C-LED emittiert 260-280nm Single Wellenlänge Ultraviolett-Licht, um die DNA und RNA von Mikroorganismen zu bestrahlen. Es hat neue Anwendungen im UV-Markt für UV-Sterilisation und Desinfektion eröffnet, dank vieler seiner beispiellosen Verdienste, wie z. B. kleiner Formfaktor, sofortiger Einschaltwechsel, geringem Stromverbrauch, langer Lebensdauer, Einzelpeakwellenlänge und Breitband-Anti-Bakterizid-Wirkung gegen pathogene Mikroorganismen. Die merkurfreien und ozonfreien Verdienste machen auch UV-C zu einer umweltfreundlichen Technologie-Nologie mit großem Potenzial, traditionelle UV-Quecksilberlampen zu ersetzen [16, 17].

Diese Studie untersuchte die Desinfektionseffektivität einer UV-C-LED-basierten Technologie für die Desinfektion von Innenräumen sowohl in der Laborumgebung als auch in der Büroumgebung. Es hat ein großes Potenzial der UV-C-LED-Technologie für die Kontrolle und Prävention von Infektionen in der Luft gezeigt.

2 Materialien und Methoden

In dieser Studie wurde der für Tests verwendete Luftsterilisator von Massphoton Limited, Hongkong, entworfen und hergestellt. Unter anderem von den in früheren Studien verwendeten UV-Luftsterilisatoren auf Mercury Lamp-Basis verwendet Massphoton 庐 Luftsterilisator UV-C-LED als keimtaute Lichtquelle. Abbildung 1 zeigt ein Bild des Sterilisators vorne (links) und eine explodierte Ansicht seiner Innenzusammensetzung (rechts). Wie in orangefarbenen Pfeilen dargestellt, wird die unbehandelte Raumluft von den Ventilatoren (4) gezeichnet und dann durch den Einlass (6) und die Vorfiltration (5), um große Partikel und Staub in der Luft herauszufiltern. Anschließend würde Luft den kritischsten Teil des Luftsterilisators, dem hohen UV-reflektierenden Luftkanal (2) und dem UV-C-LED-Modul (10) durchlaufen. Der Luftkanal (2) ist speziell für UV-C-LEDs mit hoher UV-C-reflektierender Innenbeschichtung ausgelegt. Wir haben die UV-C-LED mit schmaler Strahlform ausgewählt, die hilft, das Licht entlang des Luftkanals zu kollimieren, wie in Abbildung 2 (a) gezeigt. Abbildung 2 (b) zeigt die Strahlenverfolgungssimulation, die durch UV-C-LEDs emittiertes Licht durch den Reflektor kollimiert wird und direkt in den Luftkanal wechselt, während das hohe Winkellicht durch seine reflektierende innere Oberfläche wieder in den Luftkanal reflektiert wird. Daher wird das keimtaute UV-C-Licht effizient genutzt und im Luftkanal gleichmäßig verteilt, um eine wirksame Sterilisation zu erhalten.

Dank des kleinen Formfaktors von UV-C-LEDs hat ein solcher Luftkanal ein viel niedrigeres Profil im Vergleich zu den Kammern der Merkur-Lampe im Gegenstück. Das UV-C-LED-Modul (10) besteht aus 45 UV-C-LEDs mit Spitzenwellenlänge bei 275 nm. Diese UV-C-LEDs haben ein langes Lebensdauer von über 10.000 Stunden. Daher ist durch seine Lebensdauer von 3 Jahren kein Ersatz erforderlich. Wenn die Luft durch den Luftkanal (2) durchläuft, wird Keimbeleuchtung aus dem UV-C-LED-Modul (10) in den Kanal emittiert, weshalb Luft sterilisiert wird. Zuletzt kommt sterilisierte Luft (als grüne Pfeile dargestellt) durch den Ausgang (9) zurück in den Raum heraus. Für diese Studie ist das von uns verwendete Modell mit einer Panelbeleuchtung (7) ausgestattet. Die Sterilisatoreinheiten sind alle in dieser Studie montiert.

Ozonfrei gehört zu den attraktivsten Eigenschaften der UV-C-LED-Technologie. In dieser Studie haben wir die Ozonkonzentration 1 Stunde in einem Intervall von 5 Minuten in einer 30-m- ³ Testkammer unter Verwendung eines 106-l-Ozonmonitors während des Betriebs des Luftsterilisators gemessen.

Um die Wirksamkeit des Luftsterilisators gegen Mikro-Ganismen in der Luft zu bewerten, haben wir zunächst den Sterilisator in einer Laborumgebung auf Staphylococci albus in einer 20 m3-Testkammer getestet. Frische, schrägige Kulturen der Staphylococcus aureus der 4. Generation (8032) wurden 18 Stunden bei einer konstanten Temperatur von 36 ° ± 1 ° ° C kultiviert und unter Verwendung von Nährstoffbrühe -Medium auf die erforderliche Konzentration verdünnt. Die Tests werden unter 25 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 bis 70% durchgeführt. In der Testkammer der Kontrollgruppe und der Ex-per-Perimentalgruppe wird Staphylococci Albus Aerosol in die Kammer gesprüht, wobei gleichzeitig ein Lüfter rührt. Nach dem Sprühen der Bakterien und der Ruhe von 5 Minuten wurden die Proben vor der Desinfektion für die Kontrollgruppe und die experimentelle Gruppe entnommen, die vor Beginn der Kontrollgruppe und vor der Desinfektion der Versuchsgruppe als positive Kontrollen verwendet wurden. Der Massphoton® -Luftsterilisator wird dann 2 Stunden lang eingeschaltet. Nach dem Sterilisationszyklus werden sowohl für die Kontrollgruppe als auch für die Versuchsgruppen Proben entnommen. Luftproben werden in Nähragar gesammelt und inkubiert. Der Test wurde dreimal wiederholt.

Nach den Wirksamkeitstests gegen Staphylococci albus testeten wir den Sterilisator gegen natürliche in der Luft befindliche Mikroorganismen in größeren Labortestkammern, 100 m3, 150 m3 bzw. 210 m3. Vor der Sterilisation wird die Luftprobe in ausgewählter Testkammer mit einem Sieb-Luftaufschlagstichter mit sechs Ebenen gesammelt. Der Luftsterilisator ist während des Sterilisationszyklus 2 Stunden eingeschaltet. Nach der Sterilisationsluftproben werden in Nähragar gesammelt und inkubiert. Der Test wurde auch dreimal wiederholt.

Als wir das Wirksamkeitsdatum aus einer kontrollierten Labortestumgebung gesammelt haben, ist es wichtig zu verstehen, wie der UV-C-LED-Luftsterilisator unter einer komplexeren realen Umgebung wie normalerweise operatives Büro mit Belegung funktioniert. Daher haben wir eine Wirksamkeitsstudie vor Ort im Büroumfeld durchgeführt. Für den Test werden vier einzelne Büros mit einem Platz von ca. 100 m3 SE-angehalten. Die Details und das Layout der Büroräume finden Sie in Tabelle 1 und Abbildung 3. Ein Massphoton® -Luftsterilisator ist für jeden Raum in der Decke installiert. Im Verlauf der Tests werden keine zusätzlichen Luftfiltrations- oder Desinfektionsgeräte als Massphoton® -Luftsterilisator verwendet. Es wird keine Unterbrechung der normalen Büroroutine eingeführt. Erwarten Sie, dass während des Tests eine Reinigung pro Cedure und Desinfektionsmittel verwendet wird. Vor- und Nach-Sterilisation-Luftproben werden aus jedem Raum mit einem Sieb-Luftaufprallprobenehmer mit sechs Ebenen entnommen. Der Sterilisationszyklus dauert 3 Stunden. Luftproben werden in Nähragar gesammelt und inkubiert.

3 Ergebnisse und Diskussionen

Tabelle 2 zeigt die Ozonmessung während des Betriebs des UV-C-LED-Luftsterilisators. Die vom Sterilisator während 1 St-St-Test in einer 30 m3-Testkammer erzeugte Ozonkonzentration beträgt 0,000 mg/m3, was UV-C-LED einer ozonfreien Technologie zeigt, die für die Koexistenz von Menschen und Maschinen unerlässlich ist. Eine solche charakteristisch-teristische UV-C-LED-Technologie würde eine kontinuierliche Luftsterilisation rund um die Uhr mit menschlicher Präsenz ermöglichen.

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Desinfektionsrate von UV-C-LED-Luftsterilisator gegen Staphylococcus aureus. Der Effekt von ultraviolettem Luftkreis wird mit der Desinfektionsrate KT, %, ausgedrückt, die aus der Formel (1) und der Formel (2) berechnet wird:

Wobei NT die natürliche Zerfallsrate von Bakterien in der Luft ist, %. V0, VT ist der bakterielle Gehalt in der Luft zu verschiedenen Zeitpunkten und nach Beginn des Kontrollgruppenexperiments (während des Experiments), gemessen in Einheiten der Koloniebildung pro Kubikmeter (CFU/M3). KT ist die Desinfektionsrate von Bakterien in der Luft,%. V1, V2 ist der bakterielle Gehalt in der Luft zu verschiedenen Zeitpunkten vor und nach der Desinfektionsbehandlung (während des Prozesses) in der experimentellen Gruppe, gemessen in Einheiten der Koloniebildung pro Cu-BIC-Messgerät (CFU/M3). Die Ergebnisse zeigen den UV-C-LED-Luftsterilisator

Die Bakterien in der Luft signifikant reduzierten, wobei nach 2 Stunden Sterilisation eine durchschnittliche Desinentektionsrate von 99,93% in einer Testkammer von 20 m3. In ähnlicher Weise zeigte der UV-C-LED-Luftsterilisator für Labortests gegen natürliche Luftbakterien in Tabelle 4 seine hocheffiziente Desinfektionsrate von 99,6%, 99,02% und 98,64% für 100 m3, 150 m3 bzw. 210 m3 Kammergrößen.

Die zuvor beschriebenen Wirksamkeitstests vor Ort, werden in 4 Einzelbüros 5 Tage lang durchgeführt. Aufgrund der Zugänglichkeit wurden die Daten am Tag 03.01.5 für Office 3 nicht gesammelt, und am Tag 1 für Amt 4. Es ist wert, dass dieser Test unter der normalerweise operativen Büroumgebung mit unterschiedlichem Belegung und Echtzeitverkehr durchgeführt wird, der mikrobielle Inhalt in der Luft vor der Sterilisation von Büro und Tag von Tag zu Tag von 77 CFU/M3 bis 1343 CFU/M3. Tabelle 5 zeigt den mikrobiellen Gehalt vor und nach der Sterilisation. Die gemessene Desinfektionsrate variiert von 21% bis zu 92%, wobei 95% Konfidenzintervall von 54,9% auf 79,3% variiert. Abbildung 4 zeigt die Änderung des mikrobiellen Gehalts vor und nach der Sterilisation. Die Variation kann auf mehrere Faktoren zurückzuführen sein, wie z. B. Büroverkehr, Belegung, Wetter, Luftqualität und usw., obwohl die Desinfektionsrate im Vergleich zum Labortest -Ergebnis variiert, beobachten wir eine signifikante Verringerung der Mikroorganismen in der Luft nach 3 Stunden sterilisieren.

4 Schlussfolgerungen

In dieser Studie untersuchten wir die Luftdesinfektion in Innenräumen mit einem neuartigen Luftsterilisator, der auf der UV-C-Technologie basiert. Dieses neuartige Luftsterilisationssystem war sehr effektiv bei der Reduzierung von Mikroorganismen in der Luft sowohl in der Laborumgebung als auch in der Büroumgebung vor Ort. Wir glauben, dass die UV-C-LED-Technologie für herkömmliche Quecksilberlampen oder Plasma-Technologien dank der merkurfreien, ozonfreien Eigenschaften von Vorteil ist. Außerdem bietet es nahezu wartungsfreie, kleine Formfaktor und energieeffiziente Vorteile. Weitere Studien könnten in Krankenhäusern und Kliniken Luftdesinfektionstests und eine Studie über ihre Bedeutung bei der Kontrolle von HAIs und Infektionen umfassen.

Anerkennung

Die Autoren erkennen die finanzielle Unterstützung durch das Projekt von Xuzhou Key Forschungs- und Entwicklungsplan (Industry Core Technology Research) (KC22424) an.

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