Forskere: En sikker type UV-lys er et nyt våben mod corona og fremtidige epidemier

Da coronavirussen indtog verden for to år siden, oplevede vi revolutionerende forandringer i vores hverdag.

Blandt de mange nye vaner, vi har skullet tillære os, er afspritning af overflader og luftrensning måske nogle af de mere besværlige.

Fra fysikkens verden er der nu et bud på en løsning, som kan gøre det nemmere at fjerne corona fra overflader og luft. Derved, potentielt hjælpe os det sidste skridt ud af den nuværende pandemi, men også stille os i en bedre situation for potentielle fremtidige epidemier.

Ultraviolet lys, måske bedre kendt som UV-lys, kan dræbe bakterier og virus både i luft og på overflader, og man har i de seneste år opbygget mere og mere viden om en specifik del af UV-spektret, som er uskadelig for mennesker.

Dette område kaldes far-UVC, og fordi det er uskadeligt, kan det bruges til desinfektion af rum, mens der er mennesker til stede i dem.

Således kan UV-lamper installeres i mødelokaler, restauranter, ventelokaler eller offentlig transport og dermed sikre en konstant desinfektion, hvorved risikoen for smittespredning sænkes.

Hvad er UV-lys?

I denne artikel dykker vi ned i effektiviteten, sikkerheden og tilgængeligheden af denne nye spændende teknologi – samt giver et bud på, hvad der vil og bør ske på feltet fremadrettet.

Det er et felt, vi selv arbejder på at udvikle i virksomheden UV Medico i samarbejde med Aarhus Universitet. Det fortæller vi mere om i slutningen af artiklen.

Før vi kan dykke ned i detaljerne om far-UVC, skal vi se, hvad UV-lys egentligt er. I det elektromagnetiske spektrum betegnes området af bølgelængder fra 380 nm til 760 nm som synligt lys (se figuren under næste afsnit).

Går man til lavere bølgelængder, opfanger det menneskelige øje ikke længere lyset. UV-lys er altså usynligt for os. Under 380 nm opererer man med tre underinddelinger: UVA, UVB og endelig UVC, som går fra 100 til 280 nm.

Bølgelængden er afgørende for sikkerhed og desinficering

Energien af lyset bliver større med en lavere bølgelængde, hvilket gør UVC til meget energirigt lys. Den høje energi er grunden til, at UVC er meget effektivt til at dræbe virus og bakterier (blandt mange andre ting).

Far-UVC er den del af UVC-spektret, der findes mellem 200 nm og 230 nm.

Under de 200 nm er der en høj atmosfærisk absorption, hvilket betyder, at lyset vil begynde at generere større mængder ozon, der kan være skadeligt for mennesker.

Over de 230 nm er der en betydelig stigning i hud- og øjenskade fra UVC-lys. Far-UVC ligger derfor lige i ’sweetspottet’, hvor det ikke er farligt for os, men er et godt våben mod corona og andre smittende mikroorganismer.

\ Læs mere

Hvad er lys?

Almindeligt UV-lys er skadeligt for mennesker

At UV-lys er effektivt mod mikroorganismer har været kendt i over 100 år. Den første nobelpris på danske hænder gik faktisk til Niels Finsen i 1903 for hans forskning inden for brug af UV-lys mod tuberkulose, hvilket du kan læse mere om i denne Videnskab.dk-artikel.

Få år før Finsens nobelpris var kviksølv-lamper, som udsendte lys ved 254 nm, blevet opfundet, og denne lyskilde har været dominerende indenfor UV-desinfektion siden. Den er dog ved at blive indhentet af LED-teknologien.

Lys ved 254 nm er utrolig effektivt til at dræbe mikroorganismer. Desværre er det samtidig udenfor ’sweetspottet’ mellem 200 og 230 nm og dermed skadeligt for hud og øjne. Det kan medføre øjenskader, rødme og irritation (som når man er solbrændt) og potentielt hudkræft.

Denne type lys har derfor kun været brugt i situationer, hvor mennesker og dyr ikke er direkte til stede. Et alternativ blev udviklet op gennem 1990’erne i form af excimer-lamper, som udsender UV-lys i far-UVC spektret mellem 200 og 230 nm.

En lille ændring skaber sikkerhed

Afhængigt af gassammensætningen i excimer-lamper udsendes lys ved forskellige bølgelængder i UV-spektret.

Vi fokuserer her på en type af excimer-lamper, der er baseret på gassen kryptonklorid (KrCl), som i samarbejde med et optisk filter udsender lys i et smalt spektrum omkring 222 nm. Denne lampe er ikke farlig for mennesker og dyr.

Den tilsyneladende lille forskel i bølgelængde fra de traditionelle 254 nm-lamper er afgørende, da det er kilden til excimer-lampens sikkerhed i forhold til hud og øjne ved brug på mennesker og dyr.

\ Læs mere

Så længe overlever coronavirus i luften og på plast, metal og pap

Far-UVC rammer kun de yderste hudlag

Sikkerheden for lamper i far-UVC-området er bundet op på, at proteinerne i huden er gode til at absorbere lys ved 222 nm. Når et materiale har en høj absorption, trænger lyset ikke langt ind i det givne materiale, i dette tilfælde vores hud og øjne.

Proteiner absorberer omkring 50 gange mere lys ved 222 nm, sammenlignet med lys ved 254 nm. Det resulterer i, at lyset fra excimer-lampen kun trænger ind i de alleryderste lag af vores hud og øjne, da disse har et højt indhold af proteiner.

Lysets energi afsættes således i det yderste lag af døde hudceller og når ikke ind og gør skade på levende celler – i modsætning til traditionelt UV-lys. Denne effekt er også illustreret i figuren herunder.

For øjet er det hornhindens yderste lag, der yder samme beskyttelse for øjets kritiske elementer.

Studier: Minimal skade ved far-UVC

De seneste år har en lang række universiteter verden rundt bekræftet hypotesen om far-UVC’s sikkerhed gennem forsøg på både dyr og mennesker. Konklusionen er entydig: skaden fra lys under 230 nm på hud og øjne er minimal.

Risikoen sættes i perspektiv i et studie fra Japan, der omhandler, hvor meget lys vi kan udsætte huden for, før vi ser første tegn på skade.

For 254 nm er dette tal 0.1 kJ/cm2, mens det for 222 nm er 15 kJ/cm2. Dette betyder derfor, at huden kan udsættes for 150 gange mere lys ved 222 nm, i forhold til ved en bølgelængde på 254 nm.

Tilsvarende har et skotsk studie fundet, at 10 minutter i Solen ved UV-indeks 4 (hvor WHO anser 3 til at være lav intensitet, og at det kun i få tilfælde kan blive op til cirka 7 i de danske sommermåneder) vil give samme mængde hudskade som fire år under en 222 nm lampe til brug ved desinfektion.

Da meget af denne viden og tilgængelighed af far-UVC lyskilder er relativt ny, står potentielle langtidsskader tilbage som den primære ukendte faktor.

Det samme er tilfældet ved enhver anden teknologi, der indføres i vores hverdag, hvad enten det er hyppig brug af håndsprit, eller (den eventuelle) langtidseffekt af konstante trådløse internetsignaler omkring os.

Men intet i den forskning, der foreligger, har påvist problemer i forhold til brug af far-UVC som desinfektion af rum, mens mennesker er til stede.

Far-UVC effektivt mod coronavirus

I kølvandet på stadigt flere videnskabelige studier, som dokumenterer sikkerheden af far-UVC (se blandt andet her og her), kommer den næste række spørgsmål om lysets effektivitet mod mikroorganismer.

I coronapandemiens spæde start i april 2020 udgav Dr. David Brenner fra Columbia Universitet en artikel, som siden har fået meget opmærksomhed.

Han kunne vise, at 222 nm far-UVC er særdeles effektivt til at dræbe coronavirus, både som aerosoler, det vil sige virus i luften, og som virus, der sidder på overflader.

I specifikke tal kræves 0,4 mJ pr cm2 for at inaktivere 90 procent af luftbårne virusser. Dette er en meget lille mængde lys og ligger langt under grænseværdien for, hvad mennesker må udsættes for ved denne bølgelængde.

Lamper desinficerer nu lungemedicinsk afdeling på Aarhus Universitet

Dr. Brenners konklusion blev således, at 222 nm lys kan bruges som et ekstra middel til at begrænse smitte i lokaler, mens mennesker er til stede.

Skridtet videre fra forsøg under kontrollerede forhold i Dr. Brenners laboratorium er at undersøge, hvordan far-UVC kan bruges i den virkelige verden i realistiske brugsscenarier.

De første af sådanne studier er begyndt at komme frem de seneste par måneder, og de bekræfter Brenners resultater (dem vender vi tilbage til om lidt).

På lungemedicinsk afdeling på Aarhus Universitetshospital tror man så meget på potentialet, at man har installeret 222 nm lamper permanent i venteværelset.

Patienterne her er særligt sårbare overfor eksempelvis coronavirus, men også enhver anden form for virus og bakterier. Samtidig er der i venteværelset et stort flow af mennesker fra mange forskellige sociale cirkler.

\ Læs mere

UV-stråling dræber coronavirus på overflader, viser nyt amerikansk studie

Lamperne virker i den virkelige verden

Et studie, der evaluerer effekten af disse lamper i venteværelset, er udgivet, og her fandt man, at den generelle bakteriebyrde blev reduceret med 90 procent, hvilket er i tråd med Brenners resultater.

Her er det vigtigt at nævne, at bakterier gennemsnitligt er 10 gange sværere at dræbe med UVC-lys end eksempelvis coronavirus og influenzavirus.

Desuden observerede man en endnu større reduktion i ’bakterie-hotspots’, det vil sige i aflejringer fra nys, host eller direkte berøring.

Et andet fuldskalaforsøg blev udført i Skotland med fem 222 nm lamper i et rum med en kontrolleret tilførsel af luftbårne bakterier, og det peger i samme retning. Her fandt man en reduktion i bakterie-niveauet på 92 procent, indenfor få minutter efter at lamperne blev tændt.

For at opnå tilsvarende rensning af luften, ville man gennem konventionel ventilation skulle udskifte luften i lokalet 35 gange i timen, hvilket ikke kun vil være dyrt, men også dårligt for varmeregningen og resultere i regulært blæsevejr inden døre.

Et værn mod mere end corona

Vi har indtil nu haft fokus på coronavirus, da det naturligt fylder meget i bevidstheden hos os alle. Der er dog en række andre områder, hvor far-UVC har stort potentiale.

I 2019 døde 1.2 millioner mennesker på verdensplan af infektioner fra antibiotika-resistente bakterier, eksempelvis MRSA. Dette tal stiger, og samtidig bliver der kortere imellem, at nye antibiotikatyper introduceres, og at bakterier udvikler immunitet.

Der er endnu intet, der tyder på, at bakterier vil eller kan udvikle resistens overfor UV-lys. Således vil far-UVC lys sandsynligvis kunne sænke antallet af infektioner pådraget på hospitaler, samt sænke behovet for antibiotika under eksempelvis operationer.

Ligeledes skelner UV-lys ikke mellem mutationer eller virusklasse. Et værn, der opbygges mod corona, vil således også have virkning mod den sæsonbetonede influenza, bakterieinfektioner eller fremtidige epidemier.

\ Læs mere

Derfor rammer influenza og forkølelse især om vinteren

Der er brug for billigere og mere effektive løsninger

UV-lyset bør teoretisk set være lige effektivt mod Omikron-, Delta- eller enhver anden fremtidig coronamutation.

På nuværende tidspunkt er excimer-lamper den eneste anvendelige lyskilde i far-UVC området. Her udsender gasserne kryptonbromid (KrB) eller kryptonklorid (KrCl) en maksimal bølgelængde på henholdsvis 207 nm og 222 nm.

KrCl-lamperne er her de mest udviklede, og både pris og tilgængelighed har rykket sig enormt grundet det store behov, som coronapandemien har skabt.

Kigger vi længere frem i tiden, er håbet derfor at kunne lave faststof-baserede lyskilder i far-UVC-området, altså lamper, der i modsætning til de gasbaserede excimer-lamper i stedet kører på eksempelvis LED.

\ Læs mere

Gassens historie: Fra kilde til lys til kilde til konflikt

LED og laser kan masseproduceres

En LED eller laser-diode vil være en markant forbedring i både størrelse, pris og effektivitet.

Samtidig vil en kompakt løsning med mulighed for masseproduktion kunne brede far-UVC desinfektion ud i samfundet i stor skala.

Når man ser på LED-teknologien og den vej, de har taget, siden de første blev taget i brug, til i dag, hvor der sidder LED’er i billygter, almindelige lyspærer, LED-strips og så videre, kan man sagtens forestille sig, at prisen for LED far-UVC lamper kan komme ned på 1/100-del af det, som en excimer-lampe som dem, der hænger på lungemedicinsk afdeling, koster.

Udviklingen af et sådant produkt har dog et stykke vej endnu. De nuværende LED’er i den sikre del af UVC-spektret er meget ineffektive og har kort levetid.

Udviklingen af nye far-UVC kilder er netop formålet med et igangværende samarbejde mellem Aarhus Universitet og den danske virksomhed UV Medico (som vi begge arbejder i).

I dette projekt udvikler forskere og ingeniører, deriblandt os selv, en ny faststof-baseret far-UVC-kilde.

Målet er, at den skal være både billigere i pris, mere effektiv end de nuværende excimer-lamper og på sigt forhåbentlig vil kunne masseproduceres.

\ Læs mere

Forsker: Ny teknologi kan potentielt mindske risikoen for smittespredning på hospitaler

\ Læs mere

Hvor og hvordan er der størst risiko for at blive smittet med coronavirus?