05.04.2022 - University of Toronto

Ein viel zu wenig genutztes Werkzeug: UV-LED-Lampen können Coronaviren und HIV mit nur einem Knopfdruck abtöten

Start-up, das als Partner an der Studie beteiligt war, entwickelt einzigartige UV-LED-Beleuchtungsmodule

Dieselben Glühbirnen, die in Büros und öffentlichen Räumen verwendet werden, können laut einer neuen Studie der U of T Scarborough Coronaviren und HIV vernichten.

Die Forscher töteten beide Viren mit UV-LED-Lampen, die zwischen weißem Licht und dekontaminierendem ultraviolettem (UV) Licht wechseln können. Mit einer kostengünstigen Nachrüstung könnten sie auch in vielen Standardbeleuchtungen eingesetzt werden, was ihnen einen "einzigartigen Reiz" für öffentliche Räume verleiht, sagt Christina Guzzo, Hauptautorin der Studie.

"Wir befinden uns in einer kritischen Phase, in der wir alle Möglichkeiten ausschöpfen müssen, um diese Pandemie zu bekämpfen", sagt Guzzo, Assistenzprofessorin an der Fakultät für Biowissenschaften. "Jede leicht umsetzbare Strategie zur Eindämmung sollte genutzt werden."

UV-Lampen töten Viren durch Strahlung ab. Guzzo und seine Doktoranden Arvin T. Persaud und Jonathan Burnie testeten das Licht zunächst an bakteriellen Sporen, die für ihre Resistenz gegen diese Strahlung bekannt sind (Bacillus pumilus-Sporen).

"Wenn man in der Lage ist, diese Sporen abzutöten, kann man davon ausgehen, dass man auch die meisten anderen Viren abtöten kann, die man normalerweise in der Umwelt antrifft", sagt Guzzo, leitender Forscher im Guzzo-Labor.

Innerhalb von 20 Sekunden nach der UV-Bestrahlung ging das Wachstum der Sporen um 99 Prozent zurück.

Die Forscher erzeugten dann Tröpfchen, die Coronaviren oder HIV enthielten, um die typische Art und Weise nachzuahmen, wie Menschen in der Öffentlichkeit mit Viren in Berührung kommen, z. B. beim Husten, Niesen und Bluten. Die Tröpfchen wurden dann mit UV-Licht bestrahlt und in eine Kultur gegeben, um zu sehen, ob das Virus aktiv blieb. Bei einer Bestrahlung von nur 30 Sekunden sank die Infektionsfähigkeit des Virus um 93 Prozent.

Als sie die Viren in verschiedenen Konzentrationen testeten, stellten sie fest, dass Proben mit mehr Viruspartikeln resistenter gegenüber dem UV-Licht waren. Aber selbst bei einer so hohen Viruslast, die Guzzo als "Worst-Case-Szenario" bezeichnet, sank die Infektiosität um 88 Prozent.

Obwohl dies nicht Teil der Studie war, verglichen Guzzo und ihre Studenten das UV-Licht auch mit zwei in der Laborforschung verwendeten Hochleistungsdesinfektionsmitteln. Dabei stellten sie fest, dass die Lampen ähnlich wirksam sind, was die Inaktivierung von Viren angeht.

"Ich war wirklich überrascht, dass UV-Licht die gleiche Leistung erbringen konnte wie die üblicherweise verwendeten Laborchemikalien, die wir als Goldstandard betrachten", sagt sie. "Das brachte mich auf den Gedanken, dass es sich hier um ein legitimes Mittel handelt, das wirklich nicht ausreichend genutzt wird.

Vor- und Nachteile der UV-Strahlung durch klugen Einsatz ausgleichen, sagen die Forscher

Obwohl durch die Beleuchtung immer noch ein kleiner Prozentsatz des Virus lebensfähig ist, verweist Guzzo auf das "Schweizer-Käse-Modell" der Verteidigung gegen COVID. Jede Strategie zur Bekämpfung der Ausbreitung hat ihre Schwachstellen, aber jede Schicht ist eine weitere Chance, um herumschwirrende Viruspartikel zu stoppen.

Die wiederholte Bestrahlung mit UV-Licht ist der Schlüssel, um diese übersehenen Partikel abzufangen - zum Glück ist das so einfach wie das Umlegen eines Schalters. Es ist auch einfacher, eine Glühbirne zu wechseln als ein Luftfiltersystem. Guzzo merkt an, dass UV-LEDs billig sind und leicht in bestehende Beleuchtungskörper nachgerüstet werden können, und dass die Glühbirnen langlebig und einfach zu warten sind.

"Man könnte auf eine Art und Weise desinfizieren, die die Menschen nicht in ihrem ersehnten 'normalen' Alltagsleben beeinträchtigt", sagt Guzzo.

Die Leuchten profitieren auch von der Automatisierung. Es kann jedes Mal eine standardisierte, keimtötende Lichtdosis abgegeben werden, während der Prozess des Abwischens von Räumen mit Desinfektionsmitteln Raum für menschliche Fehler lässt. Die Chemikalien und Abfälle aus diesen Desinfektionsmitteln landen außerdem in Wassereinzugsgebieten und auf Mülldeponien, da die Hände gewaschen und die Tücher weggeworfen werden.

Aber die Lichter sind nicht harmlos, und es gibt einen Grund, Sonnenschutzmittel und Sonnenbrillen zu tragen - UV-Strahlung schädigt die Nukleinsäure, und wiederholte, längere Exposition ist schädlich. Aus diesem Grund sollten die Lichter laut Guzzo verwendet werden, wenn öffentliche Räume leer sind, z. B. leerstehende Busse, die ihre Fahrt beendet haben, oder leere Aufzüge, die zwischen den Etagen verkehren. Die Handläufe von Rolltreppen könnten kontinuierlich desinfiziert werden, indem der unterirdische Teil der Schiene mit UV-Lampen bestrahlt und bei jedem Umlauf gereinigt wird.

Safe Antivirus Technologies, Inc. ist ein in Toronto ansässiges Start-up-Unternehmen, das mit Guzzo für die Studie zusammengearbeitet hat und einzigartige UV-LED-Beleuchtungsmodule entwickelt. Mit Bewegungssensoren ausgestattet, schalten die Leuchten automatisch auf UV-Licht um, wenn ein Raum leer ist, und kehren bei Bewegung wieder zum normalen Licht zurück.

Die vom Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) Alliance COVID-19 Grant finanzierte und im Virology Journal veröffentlichte Studie hebt UV-LEDs als ein Werkzeug hervor, das über die Pandemie hinaus eingesetzt werden könnte, um im Idealfall eine weitere zu verhindern.

"Weltweite Ereignisse wie die COVID-19-Pandemie, so schrecklich sie auch sind, können hoffentlich immer noch genutzt werden", sagt Guzzo. "Eine Sache, die wir gelernt haben, ist, dass dies ein zu wenig genutztes Instrument ist, über dessen Einsatz wir mehr nachdenken sollten."

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