Abstrakt:
Die LED-UV-C-LED-Technologie hat als innovative Lösung zur Kontrolle der Ausbreitung von Infektions- und Epidemiekrankheiten große Aufmerksamkeit erregt. Diese Studie integriert die UV-C-LED-Technologie auf innovative Weise in einen Munddesinfektor und entwickelt ein Luftdesinfektionssystem auf Basis der Umluftadsorption. Das System fängt effektiv Tröpfchen und Aerosole ein, die während der oralen Diagnose und Behandlung entstehen, und erreicht durch ein integriertes UV-C-LED-Sterilisationsmodul eine effiziente mikrobielle Inaktivierung. Als Testpersonen wurden nicht pathogene Escherichia coli und natürliche Umweltbakterien ausgewählt, um reale orale Behandlungsszenarien zu simulieren und die Sterilisationseffizienz zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass das Desinfektionsgerät eine Sterilisationsrate von 97,22 % für E. coli und 96,24 % für natürliche Bakterien erreicht, was eine hervorragende Wirksamkeit der mikrobiellen Luftdesinfektion beweist. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wurde außerdem die Bestrahlungsintensität an drei Schlüsselpositionen (links, in der Mitte, rechts) rund um den Desinfektor gemessen, wodurch bestätigt wurde, dass während des Betriebs kein UV-Leckagerisiko besteht. Diese Studie stellt eine systematische Untersuchung der UV-C-LED-Desinfektionstechnologie in simulierten oralen klinischen Umgebungen dar, liefert wichtige Daten zur Unterstützung der Bioaerosol-Inaktivierung und bietet theoretische und praktische Grundlagen für die Weiterentwicklung von Technologien zur Infektionskontrolle in Umgebungen der Mundgesundheitspflege.
Schlüsselwörter
UV-C-LED; Munddesinfektionsmittel; Luftsterilisation; Aerosole; Escherichia coli; Verhütung
1. Einführung
Mit steigendem Lebensstandard und wachsendem Gesundheitsbewusstsein ist die Mundgesundheit zu einem zentralen Thema der öffentlichen Besorgnis geworden, was zu einem deutlichen Anstieg der Zahnarztbesuche geführt hat. Orale Behandlungsverfahren sind jedoch einzigartig, da Hochgeschwindigkeitshandstücke, Ultraschallgeräte und andere Werkzeuge Aerosole erzeugen, indem sie Speichel, Blut und andere Substanzen mit Lufttröpfchen vermischen [1-3]. Kleinere Aerosole können längere Zeit in der Luft schweben und sich schließlich auf Oberflächen absetzen oder eingeatmet werden, während größere Tröpfchen typischerweise ballistischen Flugbahnen folgen, die 2–4 Meter von der Behandlungsstelle entfernt erkennbar sind, aber mit der Entfernung von der Quelle abnehmen [4–8]. Aktuelle Luftdesinfektionsmethoden in Krankenhäusern konzentrieren sich hauptsächlich auf die allgemeine Raumsterilisierung. Während Luftreiniger einige in der Luft befindliche Partikel und Mikroben in großen Räumen effektiv reduzieren, sind sie gegen hochkonzentrierte Tröpfchen aus nächster Nähe, die in zahnärztlichen Umgebungen entstehen, weniger wirksam [9-11]. In vielbeschäftigten Mundpraxen, in denen sich Ärzte und Patienten in unmittelbarer Nähe befinden, können sich Tröpfchen schnell auf das medizinische Personal und die Umgebung ausbreiten, und Luftreiniger können diese Probleme oft nicht rechtzeitig beseitigen, was zu anhaltenden Infektionsrisiken führt.
Bestehende Luftreinigungsgeräte sind nicht auf orale Tröpfchen zugeschnitten und können keine gezielte Sammlung und wirksame Desinfektion erreichen, sodass sie die Übertragung von Tröpfchen bei zahnärztlichen Behandlungen nicht grundsätzlich bekämpfen. Die Entwicklung eines Munddesinfektionsgeräts, das in der Lage ist, Luft aus der oberen Mundhöhle abzusaugen und zu desinfizieren, ist von großer Bedeutung.
Das unabhängig entwickelte Munddesinfektionsgerät von MASSPHOTON integriert erstmals aerodynamische Prinzipien mit der quecksilberfreien UV-C-LED-Desinfektionstechnologie [13-17]. UV-C-LEDs, eine aufstrebende Desinfektionstechnologie, emittieren ultraviolettes Licht mit 260–280 nm, um eine Dimerisierung in DNA- und RNA-Basen (insbesondere Thymin/Uracil) zu induzieren, wodurch Krankheitserreger nicht in der Lage sind, sich zu vermehren [12]. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die die Umgebungsluft umfassend behandeln, extrahiert der Desinfektor von MASSPHOTON Tröpfchen an ihrer Quelle, verhindert so deren Ausbreitung innerhalb der Klinik und reduziert das Risiko von Kreuzinfektionen zwischen Gesundheitsdienstleistern und Patienten erheblich.
2. MATERIAL UND METHODE
2.1 Material
[Abbildung 1. Produktdiagramm und optische Simulation des UV-C-LED-Munddesinfektors: (a) 3D-Ansicht; (b) Seitenansicht; (c) UV-Leistungsdichteverteilung.]
Diese Studie präsentiert das Design und die optische Simulation eines Munddesinfektionsgeräts auf Basis der UV-C-LED-Technologie, wie in Abbildung 1 dargestellt. Das auf Zahnkliniken zugeschnittene Desinfektionsgerät zielt darauf ab, Infektionsrisiken für medizinisches Personal und Patienten während der oralen Diagnose und Behandlung zu reduzieren. Es verwendet 275-nm-UV-C-LEDs und enthält an der Oberseite Materialien mit hohem Reflexionsvermögen (>90 % Reflexionsvermögen), um die Lichtstreuung zu verbessern und UV-Energieverluste zu minimieren. Optische Simulationen mithilfe von Raytracing-Software zeigen, dass die Oberfläche des Luftfilterkanals einer UV-Intensität von mehr als 794 µW/cm² ausgesetzt ist, wodurch eine Sterilisationsrate von 99 % für E. coli in 0,36 Sekunden erreicht wird [18]. Diese effiziente Sterilisationsfunktion bietet eine kompakte, energiesparende Lösung für die Infektionskontrolle in klinischen Umgebungen.
2.2 Methode
Die Probenahmemethode und die Berechnungsformel folgen Anhang D von GB 28235 – Hygienische Anforderungen für UV-Desinfektionsgeräte, herausgegeben von der State Administration for Market Regulation und der Standardization Administration of China. Dieser nationale Standard gewährleistet professionelle und wissenschaftliche Prüfprotokolle.
3. Ergebnisse und Diskussionen
3.1 UV-Bestrahlungsintensität
Die Intensität der UV-Bestrahlung, definiert als die pro Flächeneinheit empfangene UV-Strahlungsleistung, hat direkten Einfluss auf die Wirksamkeit der Sterilisation. Tests ergaben, dass die UV-C-LED-Lampen im Desinfektor nach einer 5-minütigen Aufwärmphase eine Bestrahlungsintensität von 24.368,2–27.134,5 µW/cm² in einem vertikalen Abstand von 2 cm direkt unter der Lampe liefern, mit einem Durchschnitt von 25.956,0 µW/cm² (Tabelle 1).
[Tabelle 1. Testergebnisse der UV-Intensität.]
3.2 UV-Leckagetest
Die meisten UV-Wellenlängen sind schädlich für menschliches Gewebe, wobei UV-A, UV-B und UV-C bekanntermaßen Haut- und Augenschäden unterschiedlichen Ausmaßes verursachen können [19-21]. Um die Sicherheit zu gewährleisten, muss die UV-Exposition minimiert oder beseitigt werden. Die Forscher maßen die UV-Bestrahlungsstärke an den linken, mittleren und rechten diagonalen Positionen um den Desinfektor herum, 30 cm vertikal vom Gerät entfernt, nachdem ein stabiler Betrieb erreicht war. Aus Gründen der Genauigkeit und Zuverlässigkeit wurde jede Messung dreimal wiederholt.
Die Ergebnisse zeigen UV-Bestrahlungsstärkewerte unter 1 µW/cm² an allen Positionen (Tabelle 2), deutlich unter den Sicherheitsschwellenwerten, was bestätigt, dass der Desinfektor kein UV-Leckagerisiko darstellt und ein sicheres Zusammenleben mit Benutzern gewährleistet.
[Tabelle 2. UV-Leckagetest.]
3.3 Prüfung der Desinfektionswirksamkeit
Bei oralen Behandlungen erzeugen Hochgeschwindigkeitshandstücke Aerosole aus Speichel, Blut und anderen Substanzen, die sich mit Lufttröpfchen vermischen und in der klinischen Umgebung schweben. Um die Wirksamkeit des Desinfektionsgeräts gegen häufig vorkommende Mikroben in der Umwelt zu bewerten, wurden professionelle mikrobielle Probenahme- und Kultivierungsmethoden eingesetzt.
Als Testindikator wurde apathogener E. coli (8099) verwendet. Vor dem Betrieb des Desinfektors wurde eine E. coli-Suspension gleichmäßig auf die Saugöffnung gesprüht. Um reale Bedingungen zu simulieren, wurde am Auslass ein Handsprühgerät zum intermittierenden Sprühen (10 Sekunden) verwendet. Nach einem stabilen Betrieb sammelte ein sechsstufiger Sieb-Luftimpaktor E. coli-Koloniezahlen an den Saug- und Auslassöffnungen. Die Proben wurden kopfüber 48 Stunden lang bei 36 ± 0,5 °C inkubiert und anschließend die Kolonien gezählt.
[Tabelle 3. E. coli-Bakterizidratentest.]
Tabelle 3 zeigt, dass die Saugöffnung vor der Sterilisation 611 KBE/m³ aufwies (Abbildung 2a), nach der Behandlung auf 17 KBE/m³ abfiel, was einer Sterilisationsrate von 97,22 % entspricht (Abbildung 2b). Abbildung 2 bestätigt visuell die Fähigkeit des Desinfektors, das Risiko einer mikrobiellen Übertragung deutlich zu reduzieren.
[Abbildung 2. Vergleich von E. coli vor und nach der Sterilisation: (a) E. coli-Anzahl in der Luft vor dem Betrieb des Desinfektors; (b) E. coli-Anzahl nach dem Einsatz des Desinfektors.]
3.4 Beurteilung der bakteriziden Wirksamkeit bei mikrobieller Kontamination
Da die Lufteinlassöffnung des Geräts nach oben zeigt, während die Auslassöffnung nach unten zeigt, können Schwankungen im Luftstrom und in der Verteilung von Mikroorganismen in der Luft (natürlich vorkommende Mikroorganismen in der Luft, hauptsächlich Bakterien, Pilze und Actinomyceten) auch im selben Raum bestehen bleiben. Dies könnte möglicherweise die Wirksamkeit der Sterilisation beeinflussen.
Um sicherzustellen, dass die experimentellen Ergebnisse die tatsächliche keimtötende Leistung des Munddesinfektionsgeräts genau widerspiegeln, sammelten die Forscher vor und nach der Aktivierung des Geräts Luftproben sowohl an den Einlass- als auch an den Auslassöffnungen.
Die gesammelten Petrischalen wurden in einem Inkubator mit konstanter Temperatur bei 36 ± 0,5℃ inkubiert. Nach der Inkubation wurde das Wachstum mikrobieller Kolonien auf den Schalen beobachtet und quantifiziert.
[Tabelle 4. Test der Sterilisationsrate natürlicher Bakterien]
Aus Tabelle 4 geht hervor, dass die Saugöffnung vor dem Betrieb 41 KBE/m³ hatte und während des Betriebs aufgrund der Luftstromaggregation auf 133 KBE/m³ anstieg (Anstieg um 224,39 %). Der Auslass hatte vorher 36 KBE/m³ und danach 5 KBE/m³, was einer Reduzierung von 86,11 % entspricht. Der Vergleich der Saugleistung (133 KBE/m³) mit der Auslassleistung (5 KBE/m³) während des Betriebs ergibt eine Sterilisationsrate von 96,24 %, wie in Abbildung 3 visuell bestätigt.
[Abbildung 3. Vergleich natürlicher Bakterien vor und nach der Sterilisation: (a) Anzahl natürlicher Bakterien vor dem Betrieb des Desinfektors; (b) Natürliche Bakterienzahl nach dem Betrieb des Desinfektors.]
4. SCHLUSSFOLGERUNGEN
Der MASSPHOTON Munddesinfektor kombiniert auf innovative Weise UV-C-LEDs, hochreflektierende Materialien und effiziente Filterung. Im Vergleich zu herkömmlichen UV-Lampen bieten UV-C-LEDs Vorteile wie quecksilberfreien Betrieb, keine Aufwärmzeit, lange Lebensdauer und kompakte Größe [22]. Tests in simulierten Szenarien ergaben Sterilisationsraten von 97,22 % für E. coli und 96,24 % für natürliche Bakterien, was auf starke Desinfektionsfähigkeiten hinweist. Es wurde kein Austreten von UV-Strahlung oder Ozonproduktion festgestellt, was die Sicherheit des Benutzers gewährleistet. Während das Gerät noch nicht in klinischen Krankenhäusern getestet wurde, werden zukünftige Studien seine Leistung in echten Zahnkliniken bewerten, um eine sicherere Behandlungsumgebung und weitere wissenschaftliche Unterstützung für den Bereich zu schaffen.
5. REFERENZEN
[1]. Nunayon, SS, et al., Bewertung der Wirksamkeit eines rotierenden UVC-LED-Bestrahlungsgeräts im oberen Raum bei der Inaktivierung von aerosolisierten Escherichia coli unter verschiedenen Desinfektionsbereichen, Luftmischungen und Bestrahlungsbedingungen. Journal of Hazardous Materials, 2022. 440 (15. Okt.): S. 1-12.
[2]. Allison JR, EDBC, Die Auswirkung der Kühlmittelzufuhr und des Designs von Hochgeschwindigkeits-Zahnhandstücken auf die Aerosol- und Tröpfchenproduktion. J Dent, 2021(112:103746. doi: 10.1016/j.jdent.2021.103746. Epub 2021, 13. Juli. PMID: 34265364.).
[3]. B, P., Aerosol- und Bioaerosolpartikel in einer Zahnarztpraxis. Environ Res, 2014 (134:405-9. doi: 10.1016/j.envres.2014.06.027. Epub 22. September 2014. PMID: 25218707.).
[4]. J., S., Dentales Bioaerosol als Berufsrisiko in der Zahnarztpraxis. Ann Agric Environ Med, 2007(14(2):203-7. PMID: 18247451.).
[5]. Peng X, XXLY, Übertragungswege von 2019-nCoV und Kontrollen in der Zahnarztpraxis. Int J Oral Sci, 2020(12(1):9. doi: 10.1038/s41368-020-0075-9. PMID: 32127517; PMCID: PMC7054527.).
[6]. Shahdad S, PTHA, Die Wirksamkeit eines extraoralen Spülgeräts zur Reduzierung der Spritzerkontamination bei zahnärztlichen Aerosolerzeugungsverfahren: eine explorative Studie. Br Dent J. 2020 Sep 11:1 – 10. doi: 10.1038/s41415-020-2112-7. Epub vor dem Druck. Erratum in: Br Dent J., 2020 (doi: 10.1038/s41415-020-2288-x. PMID: 32918060; PMCID: PMC7484927.).
[7]. Ionescu AC, CMFJ, Topografische Aspekte der Luftkontamination, die durch die Verwendung zahnärztlicher Handstücke in der Operationsumgebung verursacht wird. J Am Dent Assoc, 2020(151(9):660-667. doi: 10.1016/j.adaj.2020.06.002. Epub 2020, 1. Juli. PMID: 32854868; PMCID: PMC7328555.).
[8]. Takanabe Y, MYKJ, Ausbreitung von Aerosolen, die während der Zahntherapie entstehen. Int J Environ Res Public Health, 2021(18(21):11279. doi: 10.3390/ijerph182111279. PMID: 34769795; PMCID: PMC8583477.).
[9]. Rutala WA, WD, Desinfektion und Sterilisation in Gesundheitseinrichtungen: Ein Überblick und aktuelle Probleme. Infect Dis Clin North Am, 2021(35(3):575-607. doi: 10.1016/j.idc.2021.04.004. PMID: 34362535.).
[10]. Zhang B, LLYX, Analyse von Luftreinigungsmethoden in Operationssälen chinesischer Krankenhäuser. Biomed Res Int, 2020 (2020:8278943. doi: 10.1155/2020/8278943. PMID: 32076617; PMCID: PMC7016480.).
[11]. Hakim H, GCTL, Wirkung eines abgeschirmten kontinuierlichen UV-C-Luftdesinfektionsgeräts auf die Reduzierung der Luft- und Oberflächenmikrobenkontamination in einer ambulanten pädiatrischen Onkologiestation. Am J Infect Control., 2019(47(10):1248-1254. doi: 10.1016/j.ajic.2019.03.026. Epub 2019, 1. Mai. PMID: 31053377.).
[12]. Beck SE, RHBL, Bewertung der UVC-LED-Desinfektionsleistung und Untersuchung potenzieller Dual-Wellenlängen-Synergien. Water Res, 2017 (109:207-216. doi: 10.1016/j.watres.2016.11.024. Epub 7. November 2016. PMID: 27889622; PMCID: PMC6145099.).
[13]. Zhang H, LA, Bewertung der Single-Pass-Desinfektionsleistung von Fern-UVC-Licht auf in der Luft befindliche Mikroorganismen in Kanalströmungen. Environ Sci Technol, 2022(56(24):17849-17857. doi: 10.1021/acs.est.2c04861. Epub 5. Dezember 2022. PMID: 36469399.).
[14]. Górny RL, GMPA, Wirksamkeit der UV-C-Strahlung bei der Inaktivierung von Mikroorganismen auf Materialien mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen. Ann Agric Environ Med, 2024(31(2):287-293. doi: 10.26444/aaem/189695. Epub 25. Juni 2024. PMID: 38940114.).
[15]. Inaktivierung des Corson E-, PBPA- und Hepatitis-A-Virus in phosphatgepufferter Kochsalzlösung, Apfelsaft und Kokoswasser durch 254-nm- und 279-nm-Ultraviolettlichtsysteme. Food Microbiol, 2025 (129:104756. doi: 10.1016/j.fm.2025.104756. Epub 20. Februar 2025. PMID: 40086994).
[16]. Labadie, M., et al., Zelldichte und extrazelluläre Matrixzusammensetzung mildern die Empfindlichkeit des bakteriellen Biofilms gegenüber UVC-LED-Bestrahlung. Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie, 2024. 108(1).
[17]. Bhardwaj SK, SHDA, UVC-basierte Photoinaktivierung als effizientes Instrument zur Kontrolle der Übertragung von Coronaviren. Sci Total Environ, 2021: S. 792:148548.
[18]. Rocha-Melogno L, XJDM, Experimentelle Bewertung eines vollwertigen keimtötenden UV-Bestrahlungssystems im Kanal zur Inaktivierung von Bioaerosolen. Sci Total Environ, 2024 (947:174432. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.174432. Epub 2024, 2. Juli. PMID: 38960181.).
[19]. Ishida, K., et al., Der Radikalfänger NSP-116 schützt das Hornhautepithel vor UV-A- und blauem LED-Licht. Biologisches und pharmazeutisches Bulletin, 2021. 44(7): p. 937-946.
[20]. Sathid Aimjongjun, MSNL, Seidenluteinextrakt und seine Kombination mit Vitamin E reduzieren UVB-vermittelte oxidative Schäden an retinalen Pigmentepithelzellen. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2013. Seiten 34-41 (Band 124).
[21]. DJ, B., Fern-UVC-Licht bei 222 nm zeigt ein erhebliches Potenzial zur sicheren und effizienten Inaktivierung luftübertragener Krankheitserreger in bewohnten Innenräumen. Photochem Photobiol, 2023(99(3):1047-1050. doi: 10.1111/php.13739. Epub 21. November 2022. PMID: 36330967.).
[22]. Alonzo A. Gabriel, MLPB, Eliminierung von Salmonella enterica auf gängigen Lebensmittelkontaktoberflächen aus Edelstahl mittels UV-C und Atmosphärendruck-Plasmastrahl. Food Control, 2018. 86: p. 90-100.
[1]. Nunayon, SS, et al., Bewertung der Wirksamkeit eines rotierenden UVC-LED-Bestrahlungsgeräts im oberen Raum bei der Inaktivierung von aerosolisierten Escherichia coli unter verschiedenen Desinfektionsbereichen, Luftmischungen und Bestrahlungsbedingungen. Journal of Hazardous Materials, 2022. 440 (15. Okt.): S. 1-12.
[2]. Allison JR, EDBC, Die Auswirkung der Kühlmittelzufuhr und des Designs von Hochgeschwindigkeits-Zahnhandstücken auf die Aerosol- und Tröpfchenproduktion. J Dent, 2021(112:103746. doi: 10.1016/j.jdent.2021.103746. Epub 2021, 13. Juli. PMID: 34265364.).
[3]. B, P., Aerosol- und Bioaerosolpartikel in einer Zahnarztpraxis. Environ Res, 2014 (134:405-9. doi: 10.1016/j.envres.2014.06.027. Epub 22. September 2014. PMID: 25218707.).
[4]. J., S., Dentales Bioaerosol als Berufsrisiko in der Zahnarztpraxis. Ann Agric Environ Med, 2007(14(2):203-7. PMID: 18247451.).
[5]. Peng X, XXLY, Übertragungswege von 2019-nCoV und Kontrollen in der Zahnarztpraxis. Int J Oral Sci, 2020(12(1):9. doi: 10.1038/s41368-020-0075-9. PMID: 32127517; PMCID: PMC7054527.).
[6]. Shahdad S, PTHA, Die Wirksamkeit eines extraoralen Spülgeräts zur Reduzierung der Spritzerkontamination bei zahnärztlichen Aerosolerzeugungsverfahren: eine explorative Studie. Br Dent J. 2020 Sep 11:1 – 10. doi: 10.1038/s41415-020-2112-7. Epub vor dem Druck. Erratum in: Br Dent J., 2020 (doi: 10.1038/s41415-020-2288-x. PMID: 32918060; PMCID: PMC7484927.).
[7]. Ionescu AC, CMFJ, Topografische Aspekte der Luftkontamination, die durch die Verwendung zahnärztlicher Handstücke in der Operationsumgebung verursacht wird. J Am Dent Assoc, 2020(151(9):660-667. doi: 10.1016/j.adaj.2020.06.002. Epub 2020, 1. Juli. PMID: 32854868; PMCID: PMC7328555.).
[8]. Takanabe Y, MYKJ, Ausbreitung von Aerosolen, die während der Zahntherapie entstehen. Int J Environ Res Public Health, 2021(18(21):11279. doi: 10.3390/ijerph182111279. PMID: 34769795; PMCID: PMC8583477.).
[9]. Rutala WA, WD, Desinfektion und Sterilisation in Gesundheitseinrichtungen: Ein Überblick und aktuelle Probleme. Infect Dis Clin North Am, 2021(35(3):575-607. doi: 10.1016/j.idc.2021.04.004. PMID: 34362535.).
[10]. Zhang B, LLYX, Analyse von Luftreinigungsmethoden in Operationssälen chinesischer Krankenhäuser. Biomed Res Int, 2020 (2020:8278943. doi: 10.1155/2020/8278943. PMID: 32076617; PMCID: PMC7016480.).
[11]. Hakim H, GCTL, Wirkung eines abgeschirmten kontinuierlichen UV-C-Luftdesinfektionsgeräts auf die Reduzierung der Luft- und Oberflächenmikrobenkontamination in einer ambulanten pädiatrischen Onkologiestation. Am J Infect Control., 2019(47(10):1248-1254. doi: 10.1016/j.ajic.2019.03.026. Epub 2019, 1. Mai. PMID: 31053377.).
[12]. Beck SE, RHBL, Bewertung der UVC-LED-Desinfektionsleistung und Untersuchung potenzieller Dual-Wellenlängen-Synergien. Water Res, 2017 (109:207-216. doi: 10.1016/j.watres.2016.11.024. Epub 7. November 2016. PMID: 27889622; PMCID: PMC6145099.).
[13]. Zhang H, LA, Bewertung der Single-Pass-Desinfektionsleistung von Fern-UVC-Licht auf in der Luft befindliche Mikroorganismen in Kanalströmungen. Environ Sci Technol, 2022(56(24):17849-17857. doi: 10.1021/acs.est.2c04861. Epub 5. Dezember 2022. PMID: 36469399.).
[14]. Górny RL, GMPA, Wirksamkeit der UV-C-Strahlung bei der Inaktivierung von Mikroorganismen auf Materialien mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen. Ann Agric Environ Med, 2024(31(2):287-293. doi: 10.26444/aaem/189695. Epub 25. Juni 2024. PMID: 38940114.).
[15]. Inaktivierung des Corson E-, PBPA- und Hepatitis-A-Virus in phosphatgepufferter Kochsalzlösung, Apfelsaft und Kokoswasser durch 254-nm- und 279-nm-Ultraviolettlichtsysteme. Food Microbiol, 2025 (129:104756. doi: 10.1016/j.fm.2025.104756. Epub 20. Februar 2025. PMID: 40086994).
[16]. Labadie, M., et al., Zelldichte und extrazelluläre Matrixzusammensetzung mildern die Empfindlichkeit des bakteriellen Biofilms gegenüber UVC-LED-Bestrahlung. Angewandte Mikrobiologie und Biotechnologie, 2024. 108(1).
[17]. Bhardwaj SK, SHDA, UVC-basierte Photoinaktivierung als effizientes Instrument zur Kontrolle der Übertragung von Coronaviren. Sci Total Environ, 2021: S. 792:148548.
[18]. Rocha-Melogno L, XJDM, Experimentelle Bewertung eines vollwertigen keimtötenden UV-Bestrahlungssystems im Kanal zur Inaktivierung von Bioaerosolen. Sci Total Environ, 2024 (947:174432. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.174432. Epub 2024, 2. Juli. PMID: 38960181.).
[19]. Ishida, K., et al., Der Radikalfänger NSP-116 schützt das Hornhautepithel vor UV-A- und blauem LED-Licht. Biologisches und pharmazeutisches Bulletin, 2021. 44(7): p. 937-946.
[20]. Sathid Aimjongjun, MSNL, Seidenluteinextrakt und seine Kombination mit Vitamin E reduzieren UVB-vermittelte oxidative Schäden an retinalen Pigmentepithelzellen. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 2013. Seiten 34-41 (Band 124).
[21]. DJ, B., Fern-UVC-Licht bei 222 nm zeigt ein erhebliches Potenzial zur sicheren und effizienten Inaktivierung luftübertragener Krankheitserreger in bewohnten Innenräumen. Photochem Photobiol, 2023(99(3):1047-1050. doi: 10.1111/php.13739. Epub 21. November 2022. PMID: 36330967.).
[22]. Alonzo A. Gabriel, MLPB, Eliminierung von Salmonella enterica auf gängigen Lebensmittelkontaktoberflächen aus Edelstahl mittels UV-C und Atmosphärendruck-Plasmastrahl. Food Control, 2018. 86: p. 90-100.
Der Einsatz von Festkörper-UVC-LED-Wasserdesinfektionssystemen erfordert eine genaue Bewertung der Reaktorhydrodynamik, der Zielwellenlängen und der Quellwasserqualitätsvariablen wie der UV-Durchlässigkeit (UVT). Im Gegensatz zu zerbrechlichen, kontinuierlich brennenden Quecksilberlampen bieten Deep-UV-LEDs eine platzsparende Stellfläche und ein sofortiges Ein-/Ausschalten, das der realen Strömungsdynamik entspricht. Durch die Kopplung von Konstantstromtreibern mit robusten Wärmemanagement-Arrays können Anlagentechniker präzise keimtötende Dosen abgeben, um chlorresistente Krankheitserreger zu neutralisieren. Dieser technische Überblick bietet die Dimensionierungskriterien, Umsetzungsstrategien und Wege zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, die zur Gewährleistung einer nachhaltigen, chemikalienfreien Biosicherheit erforderlich sind.
Die Integration der Festkörper-UVC-LED-Technologie in moderne Desinfektionsgeräte erfordert eine gründliche Analyse der Halbleitermechanik, der optischen Leistungsabgabe und des Wärmemanagements. AlGaN-basierte Dioden arbeiten im kritischen keimtötenden Bereich von 200–280 nm und zielen auf die absolute Spitzenabsorptionskurve von Pathogen-DNA und -RNA ab, um eine chemikalienfreie Reinigung zu ermöglichen. Durch die Abkehr von herkömmlichen Quecksilberdampflampen werden giftige Schwermetalle eliminiert, sofortige Einschaltzyklen eingeführt und Flexibilität bei der kompakten Bauweise geboten. Durch die Verwaltung der Sperrschichttemperaturen und die Implementierung robuster Treibersteuerungen können Ingenieure erfolgreich hocheffiziente UVC-LED-Systeme für eine zuverlässige Wasser-, Luft- und Oberflächenbehandlung einsetzen.
Die Wahl zwischen Festkörper-UVC-LED-Technologie und herkömmlichen Quecksilberdampf-UV-Lampen erfordert einen tiefen Einblick in die Betriebseffizienz, Lebensdauer und Sicherheitskonformität. Während herkömmliche UV-Lampen eine breite Spektrumabdeckung bieten, die für große kommunale Einsätze geeignet ist, liefern UVC-LEDs schmalbandige, einstellbare Wellenlängen (265–280 nm), die die keimtötende Wirksamkeit maximieren. Darüber hinaus verfügen Solid-State-Arrays über Instant-On-Funktionen, eliminieren das Risiko von giftigem Quecksilber und verringern den Wartungsaufwand. Diese technische Bewertung hilft Facility Managern und Ingenieuren, Implementierungsrisiken sicher zu mindern, die Wärmeableitung zu optimieren und erfolgreich auf eine nachhaltige, ozonfreie Ultraviolett-Infrastruktur umzusteigen.
Die Auswahl eines UVC-LED-Wasserdesinfektionssystems erfordert ein klares Verständnis der Durchflussraten, UV-Dosismetriken und Wasserqualitätsvoraussetzungen, um eine vollständige Inaktivierung von Krankheitserregern sicherzustellen. Die Festkörper-UVC-Technologie bietet eine bedarfsgerechte, quecksilberfreie Alternative zu herkömmlichen Lampen und liefert gezielt keimtötende Wellenlängen ohne chemische Nebenprodukte. Der Erfolg des Systems hängt jedoch stark von der richtigen Vorfiltration zur Bekämpfung von Verschattungen durch Trübung und Mineralablagerungen ab. Durch die Anpassung der Systemkapazität an den Spitzendurchflussbedarf können Einrichtungen in verschiedenen Betriebsumgebungen erfolgreich zuverlässige, energieeffiziente Wasseraufbereitungslösungen einsetzen.
