Keimfreie Oberflächen Mit UV-Licht Viren und Bakterien abtöten

Die UV-Desinfektion war bisher vor allem zur Entkeimung von Trinkwasser oder im medizinischen Umfeld bekannt. Seit der Corona-Pandemie möchte man Oberflächen schnell und effizient entkeimen. Es kommt dabei nicht nur auf Wellenlängen und Dosen zur Bekämpfung von Corona-Viren an.

Anbieter zum Thema

Schulz-Electronic GmbH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Syslogic GmbH

Just Normlicht GmbH Vertrieb und Produktion

Während der Corona-Pandemie sind sie in den Fokus gerückt: UV-C-LEDs, die dank ihrer hochenergetischen Eigenschaften Viren, Bakterien und Keime abtöten können. Kleiner Blick zurück: Bisher fanden sich UV-C-Lampen vor allem zur Entkeimung von Trinkwasser oder zur schnellen Sterilisation von Oberflächen im sensiblen hygienischen Umfeld. Mit der Corona-Pandemie hat das Thema Desinfizieren nahezu alle Lebensbereiche erfasst. Ob in Büro, Schule, Hörsäle oder Restaurants.

UV-Strahlung hat ein breites Einsatzspektrum. Je nach Wellenlänge lassen sich mit ihr Haut-Irritationen und -Krankheiten behandeln, chemische Prozesse in der Industrie aktivieren oder die erwähnte Desinfektion. Als ultraviolettes Licht oder besser gesagt UV-Strahlung wird der Teil des elektromagnetischen Spektrums im optischen Frequenzband bezeichnet, der oberhalb des für den Menschen sichtbaren Lichts liegt.

Jenseits der noch wahrnehmbaren Farbe Violett

Der Name leitet sich von der für uns gerade noch wahrnehmbaren Farbe Violett ab und bedeutet jenseits von Violett. Er umspannt die Wellenlängen von 380 bis 100 nm. Daran schließt sich die Röntgenstrahlung an. UV-Licht ist für Menschen unsichtbar, weil es nahezu vollständig von der Augenlinse absorbiert wird. Unterhalb einer Wellenlänge von 200 nm ist seine Energie ausreichend hoch, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen.

Man spricht daher ab diesem Punkt auch von ionisierender Strahlung. Aufgrund der unterschiedlichen Transmission durch die Erdatmosphäre wird das UV-Spektrum in drei Segmente aufgeteilt: Nahes UVA-Licht reicht von 380 bis 215 nm, mittleres UVB-Licht von 315 bis 280 nm und fernes UV-C von 280 nm bis 100 nm. Viren und andere Keime lassen sich bei Wellenlängen im UV-C-Band wirksam abtöten.

Die Dosis macht das Gift

Abgesehen von der Wellenlänge hängt die keimtötende Wirkung von UV-C-Strahlung entscheidend von der verabreichten Dosis ab. Sie ist das Produkt aus Bestrahlungsstärke und Dauer der Einwirkung und wird in Joule pro Quadratmeter [J/m²] angegeben. Die Bestrahlungsstärke [W/m²] wiederum ist das radiometrische Äquivalent zur Beleuchtungsstärke [lx] des sichtbaren Lichts. Es handelt sich um denjenigen Teil des von der UV-C-Lampe abgegebenen Strahlungsflusses, welcher auf die zu sterilisierende Fläche fällt.

An der Boston University im Sommer 2020 mit SARS-CoV-2-Proben durchgeführte Untersuchungen haben eine notwendige Dosis auf dem Niveau von 2,2 J/m² festgestellt. Dabei gilt es aber zu berücksichtigen, dass dieser Wert unter idealen Laborbedingungen ermittelt wurde. Für die praktische Anwendung muss dieser Wert um einen vernünftigen Sicherheitsfaktor erhöht werden. Nach heutigem Kenntnisstand sollte die Dosis in der Praxis daher mindestens 5 J/m² betragen.

Simulationsprogramme unterstützen

Neben der Leistung der UV-C-Lampe und der Dauer der Exposition ist auch der Arbeitsabstand für eine wirksame Desinfektion von entscheidender Bedeutung. Gemäß dem fotometrischen Entfernungsgesetz schwindet die Bestrahlungsstärke mit dem Quadrat der Distanz zwischen Strahlungsquelle und bestrahlter Oberfläche.

Da auch die nicht sichtbare UV-C-Strahlung optischen Gesetzen folgt, lassen sich mit freien Simulationsprogrammen die Raumausleuchtung bestimmen. Dazu gehört etwa „DIALux“ oder „Relux” bei der Einrichtung einer UV-C-Dekontamination. Mit den richtig bearbeiteten radiometrischen Daten lässt sich die Bestrahlungsstärke auf der ausgewählten Raumebene berechnen, sowie die Auswahl der Leuchtenart und -anzahl, um die Anforderungen einer wirksamen Dekontamination zu erfüllen.

Mit den Berechnungen kann man die UV-Leuchten anpassen und die zur Erreichung der geforderten Dosis notwendige Zeit definieren. Zu beachten ist, dass die berechneten Werte in fotometrischen [lx] statt radiometrischen [W/m²] Einheiten dargestellt werden.

Reflexionskoeffizienten der Oberflächen

In den meisten Fällen ist es notwendig, die Reflexionskoeffizienten der Oberflächen im Raum auf max. fünf Prozent einzustellen oder komplett außer Acht zu lassen ist. Denn die meisten Wandflächen sowie die verwendeten Ausstattungselemente absorbieren die UV-C-Strahlung fast vollständig, da sie keine Reflexionseigenschaften bei Wellenlängen unterhalb von 280 nm aufweisen.

Im Sinne einer wirkungsvollen Dekontamination darf auch nicht mit Mittelwert der Bestrahlungsstärke auf der gewählten Oberfläche gerechnet werden. Damit auch die am wenigsten bestrahlte Stelle des zu desinfizierenden Objektes mit der geforderten Dosis behandelt wird, muss der minimale Wert zugrunde gelegt werden.

UV-C ist für Augen und Haut gefährlich

UV-C-Strahlung neutralisiert nicht nur Viren-RNA, sie schädigt lebendes Gewebe. Je nach Dosis kann es dabei zu leichten Irritationen über ernsthafte Hautbeschädigungen bis hin zu Krebs bei langfristiger und wiederholter Exposition kommen.

Anerkannte internationale Organisationen, wie etwa die Weltgesundheitsorganisation (WHO) oder die Internationale Beleuchtungskommission (CIE), warnen daher eindringlich davor, UV-Lampen zur Händedesinfektion zu verwenden. In der aktuellen Norm zur fotobiologischen Sicherheit von Lampen und Lampensystemen (EN 62471:2010) sind UV-C-Strahlquellen in der höchsten Risikogruppe eingeordnet. Alle in den Handel gebrachten UV-C-Quellen müssen entsprechend gekennzeichnet werden. Dabei ist sowohl Leuchtenkonstruktion als auch Gehäusedesign so zu gestalten, dass Personen gegen direkte Haut- oder Augenbestrahlung durch virentötende UV-C-Lampen geschützt sind.

Etwas einfacher ist der Einsatz von Systemen zur Luftdesinfektion. Sie emittieren die UV-C-Strahlung nur im oberen Bereich des Raumes. Berücksichtigt man die fotometrische Entfernungsregel, ist dort unter Umständen der Aufenthalt von Menschen während der aktiven Desinfektion möglich. Bei den Durchströmungs-Luftreinigern mit gekapselten UV-C-Strahlern wird die Raumluft zwangsläufig durchströmt. Inzwischen gibt es auf dem Markt mobile, roboterähnliche UV-C-Strahler, die selbstständig Räume desinfizieren können.

Effektiv gegen Viren, neutral zur Haut

Bei der letzten Konferenz der International Ultra Violet Association (IUVA) hat man Untersuchungen präsentiert, die nachweisen, dass ferne UV-C-Strahlung keine negativen Reaktionen an lebendem Gewebe hervorruft, aber trotzdem wirksam in der Desinfektion ist.

So hat etwa eine japanische Forschergruppe um Nozomi Yamamono, Makoto Kunisado und anderen 2020 die langfristigen Auswirkungen von 222 nm UV-C-Strahlung auf die Haut von Mäusen untersucht. Sie kommen dabei zu dem Schluss, „…dass UV-C-Lampen mit 222 nm für die Sterilisation der menschlichen Haut sicher sind und selbst bei Mäusen mit hohem Hautphotokarzinogenese-Phänotyp keine Anzeichen für eine Hautkarzinogenese bei langfristiger Exposition aufweisen, ebenso wie keine Entzündungsreaktionen und keine schädlichen Auswirkungen auf die Augen von Mäusen…”.

An der New Yorker Columbia University konnte eine Forschergruppe um Manuela Buonanno, David Welch und anderen zeigen, dass 222 nm UV-C-Strahlung luftgetragene humane Coronaviren des Typs alpha HCoV-229E sowie beta HCoV-OC43 effizient abtötet.

Niedrige Dosen inaktivieren Coronaviren

Bereits niedrige Dosen von 1,2 mJ/cm² bis 1,7 mJ/cm² inaktivierten in ihren Laboruntersuchungen 99,9 Prozent der aerosolierten Coronaviren. Da alle humanen Coronaviren eine ähnliche Genomgröße haben, erwarten die Forscher, dass UV-C-Strahlung eine ähnliche Inaktivierungseffizienz bei anderen humanen Coronaviren, einschließlich SARS-CoV-2, aufweist. Ihrer Meinung nach kann eine UV-C-Bestrahlung mit 222 nm bei niedriger Dosierung und unter Einhaltung der geltenden Grenzwerte potenziell zu einer erheblichen Verringerung der Konzentration von Coronaviren in der Luft an belebten öffentlichen Orten führen.

UV-C-Leuchtdioden

Verbundprojekt entwickelt spezielle LEDs gegen Viren

Ultraviolettes Licht

Mit LEDs gegen Bakterien und Viren kämpfen

(ID:48031968)