Desenvolvimento e caracterização de câmara de radiação UVC para inativação de microrganismos em superfícies / Roberta Manon de Paula Sales Borges. Tese (Mestrado) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Instituto de Física Armando Dias Tavares.
Aplicação da RUVC para desinfecção de superfícies e amostras
Também foram testadas doses em diferentes valores de umidade relativa e foi determinado que para a inativação de vírus em superfícies, quanto maior a umidade, menor a suscetibilidade dos microrganismos investigados à inativação pela radiação UVC. O estudo mostra que os valores de suscetibilidade do vírus influenza à radiação UVC aumentam à medida que a umidade diminui. 2018) construiu uma câmara de bancada para avaliar a radiação UVC conhecida como UVC distante, que tem comprimento de onda de 222 nm.
Pandemia do SARS-CoV-2 e o controle de transmissão
Respiradores N95 e PFF2, sua composição e os mecanismos de
Portanto, um cenário de doença respiratória exige o uso de respiradores (EPI) com capacidade de filtração suficiente. O impacto inercial ocorre quando partículas com tamanho de cerca de 1 µm têm inércia suficiente para se libertarem do fluxo de ar, alcançarem as fibras do material e se fixarem a elas.
Radiação UVC e o efeito germicida
Breve histórico da desinfecção ultravioleta
Fundamentos da desinfecção por UVC
Assim, o fóton da radiação UVC, ao interagir com as pirimidinas, converte sua energia em energia vibracional e em diversos modos vibracionais que se estendem por toda a molécula (OKUNO, 2005). Assim, a radiação UVC excita a molécula, causando uma transição eletrônica: o orbital molecular passa do estado fundamental singleto para o estado excitado singleto, e se o tempo de residência do elétron no estado excitado singleto for longo o suficiente, ocorre uma inversão do spin . o elétron entra no estado tripleto.
Mecanismos de fotoproteção
Para partículas de tamanho comparável ao comprimento de onda da radiação incidente, o espalhamento do tipo Mie é a forma dominante. O valor deste parâmetro de tamanho é próximo de 1, o tamanho do vírus é comparável ao comprimento de onda da radiação incidente – portanto, a dispersão de Mie é um fator de fotoproteção relevante para SARS-CoV-2.
Características inerentes e o modelo matemático da desinfecção por
Em geral, o impacto das variações na humidade é menos claro para os vírus do que para as bactérias. Os vírus RNA são normalmente encontrados na conformação A e não alteram a conformação molecular à medida que a umidade aumenta.
Características do meio e a desinfecção de superfícies
Levando em consideração os picos de absorção das bases nitrogenadas do DNA, um sistema de desinfecção que emite UVC com comprimento de onda de 265 nm precisaria de uma dose menor para causar o mesmo dano ao material genético dos microrganismos alvo em comparação com a fonte de UVC que emite predominantemente em um comprimento de onda de 253,7 nm.
Cinética de inativação
No entanto, testar um microrganismo patogénico como o SARS-CoV-2 é um desafio, pois requer acesso a laboratórios com o correspondente nível de biossegurança. A partir de vários genomas mapeados de vírus do tipo ssRNA (mesmo tipo do SARS-CoV-2) e disponíveis no portal NCBI (National Center for Biotechnology Information), foram obtidos valores de PyNNFV para estes vírus, como o SARS - CoV- 1, sarampo, bacteriófago MS2 entre outros.
Lâmpadas de UVC
Kowalski (2009) indica que a eficiência geral das lâmpadas de baixa pressão tende a ficar em torno de 30 a 31%, embora estes valores possam variar dependendo das condições ambientais de operação. As lâmpadas UV de mercúrio de baixa pressão também emitem níveis mais baixos de radiação em comprimentos de onda de cerca de 185 nm, 365 nm e superiores, conforme indicado na tabela 3. As lâmpadas de baixa pressão não atingem o pico perto de 185 nm, mas ainda podem produzir algum produto detectável de ozônio. .
Radiometria ultravioleta
A maioria das lâmpadas de mercúrio de média pressão produz uma linha espectral fraca em 185 nm que produz ozônio quando combinada com o oxigênio do ar ambiente (SCHALK, 2006). No entanto, algumas lâmpadas são projetadas para eliminar a formação de ozônio - o último tipo de lâmpada é feito com um corpo de vidro ou sílica fundida dopado para bloquear a radiação abaixo de 200 nm. Segundo Kowalski (2009), a maioria das lâmpadas UV são projetadas para operar a uma temperatura de aproximadamente 21,5 ºC e a uma velocidade do ar de 2 a 2,54 m/s.
Considerações de segurança
A absorção da radiação UV varia com o comprimento de onda: RUVA-I (340 a 400 nm) é cancerígeno e sua ação atinge a derme profunda e sua ação se reflete nos vasos sanguíneos; RUVA-II (315 a 340 nm) pode causar eritema (manchas vermelhas na pele), tem capacidade imunomoduladora e também é cancerígeno. A exposição perigosa aos raios UV da pele ou dos olhos humanos inclui a radiação direta, bem como a exposição secundária devido ao reflexo da radiação UV nas superfícies. A exposição secundária de materiais com alta refletância na faixa UV deve ser cuidadosamente considerada em um projeto de desinfecção de superfície utilizando radiação UV.
Estrutura da câmara
Lâmpadas
Na área de irradiação foram montadas quatro lâmpadas fluorescentes de mercúrio de baixa pressão, modelo HNS 15W G13 OFR, da marca OSRAM. A Figura 11 mostra uma projeção na base do equipamento de como as lâmpadas estão dispostas internamente na área de radiação e suas respectivas posições (todas as posições são tomadas com referência à parede traseira do equipamento). Este desalinhamento das lâmpadas é intencional e visa reduzir as áreas de sombra da radiação nos objetos colocados nos equipamentos para desinfecção.
Radiômetro MRUR-203
Para tanto, foram realizados testes para verificar a estabilização das medições realizadas no radiômetro MRUR-203, que serão discutidos no capítulo 4.
Estrutura mecânica
Sistema de rolamentos, correias e polias GT2
As polias de 20 e 60 dentes têm diâmetro interno de 5 mm para combinar com o eixo de aço, enquanto a polia de 40 dentes tem diâmetro interno de 8 mm para um ajuste perfeito. Todas as bobinas têm passo de 2 mm, seguram uma faixa de 6 mm e são feitas de alumínio. Pequenas chapas de alumínio de 5 cm x 5 cm e 2 mm de espessura foram cortadas, perfuradas, encaixadas nas polias e parafusadas no topo externo da área de irradiação (figura 19).
Eixo de rotação para desinfecção de máscaras
A solução foi substituir a polia de 20 dentes conectada ao eixo do motor por uma polia de 80 dentes. Essa substituição aumentou a área de contato com a correia, e também a substituição da polia de 20 dentes do eixo central por uma polia de 60 dentes permitiu maior estabilidade nesta parte do sistema. Legenda: (a) polia do motor conectada ao eixo do motor de passo, (b) polia motriz primária e (c) polia motriz secundária conectada ao mesmo eixo a uma polia de 60 dentes.
Estrutura eletrônica
- Microcontrolador ESP32
- Sensor de temperatura e umidade do ar: DHT22
- Interruptor magnético reed switch
- Buzzer piezoelétrico
- Driver do motor – TB6560
- Fitas de LED
- Módulo RTC
- Fonte chaveada
- Confecção da placa do circuito
No caso do motor de passo, as alterações de tensão relatadas repetidamente pelo microcontrolador através do driver do motor fazem com que seu eixo gire. Dentro do motor de passo existem bobinas magnéticas dispostas circularmente e que são acionadas em sequência (sentido horário ou anti-horário). Assim, a faixa de LED acende simultaneamente ao acionamento das lâmpadas UVC e do motor e desliga quando o funcionamento é interrompido ou quando se esgota o tempo indicado na interface digital.
Sistema Embarcado
Sistema de controle
A programação é feita em módulos para facilitar a manutenção do código e projetada de acordo com as condições de segurança para operação do equipamento. Recebimento de informações sobre o tempo de funcionamento do equipamento (integração com a página HTML, que é a interface do usuário); Ativar/desativar simultaneamente o motor, as lâmpadas UVC e a faixa de LED com a restrição de que somente funcionem quando a porta do equipamento estiver fechada e quando for exibido o tempo de operação da câmera.
Interface de operação
A escolha dos nove pontos para mapeamento de irradiância está intrinsecamente ligada aos nove ganchos que fazem parte da estrutura mecânica do equipamento. A Figura 36 contém fotografias do suporte criado para elevação do sensor do radiômetro pelos planos de análise e posicionamento do equipamento de medição. Também foram realizadas medições na área externa em diferentes distâncias do CHC e nenhuma irradiação foi detectada mesmo quando o sensor do radiômetro foi colocado a 2,0 cm dos furos do equipamento.
Irradiância
Valores esperados
Neste capítulo, os resultados serão apresentados em relação ao mapeamento de irradiância e às variações de temperatura e umidade registradas durante as medições de irradiância. Portanto, com base nos dados de irradiância média listados na Tabela 14, foram criados três gráficos: um para cada plano avaliado. A temperatura e a umidade do ar foram monitoradas através de um sensor DHT22 instalado no interior do CHC durante sua operação, quando realizamos testes de estabilidade do sensor para medições de irradiância RUVC e durante testes de repetibilidade em intervalos de 10 minutos de operação da câmara.
Valores experimentais: avaliação da estabilidade do sensor do
Valores experimentais: testes de repetibilidade dos valores de
Para o intervalo de 1 minuto, a medição de radiação ocorre quando o relógio registra que o equipamento e o sensor estão ligados há 1 minuto; para o intervalo de 3 minutos são realizadas 3 medições de radiação correspondentes aos 3 minutos que o equipamento e sensor ficaram ligados e o mesmo se aplica aos intervalos de 5, 7 e 10 minutos. Há portanto um total de 69 medições de radiação por ponto do mapa interno do CHC nos testes de repetibilidade e a partir destas medições foram obtidos valores médios de radiação por intervalo avaliado por ponto do mapa e os resultados coletados na tabela 11. Os valores indicados na tabela 11 possuem 3 algarismos significativos, os erros médios podem ser considerados baixos em relação aos valores médios de irradiação, dando erros relativos inferiores a 2%.
Mapeamento tridimensional da irradiância no interior da CHC
A Figura 42 apresenta o gráfico com os pontos A a I mostrando os valores médios de irradiância calculados para o plano 1, no qual o sensor RUVC foi colocado na parte inferior da câmera. É nesta área central que foram medidos os menores valores de radiação no mapeamento realizado nos três planos avaliados. A forma de V do gráfico é mantida nos três planos, com os pontos A, B, H e I apresentando os maiores valores de irradiância;
Temperatura e Umidade do Ar
Os erros relativos no caso da estimativa dos dados de variação da umidade do ar são maiores que os erros relativos determinados durante a estimativa das mudanças na umidade do ar. No caso da temperatura ambiente, que pode interferir nas medições, este efeito parece mais evidente no caso da umidade do ar. O coeficiente linear de Pearson com valores de 0,965 apresenta uma alta correlação linear positiva, ou seja, quanto maior o tempo de funcionamento do CHC, maior será a variação da umidade relativa do ar observada (em módulo) - o que caracteriza uma correlação linear e crescente (figura 49).
Inativação do SARS-CoV-2
A Tabela 15 resume, portanto, em diferentes cenários, os tempos estimados de funcionamento do CHC para a inativação do SARS-CoV-2. Em doses inferiores a 2,00 mJ/cm² como referência, a ação do CHC por um segundo é suficiente para inativar o SARS-CoV-2. Inativação UV do SARS-CoV-2 no espectro UVC: Excimer KrCl*, vapor de mercúrio e fontes de Diodo Emissor de Luz (LED).
Transmission of SARS-CoV-2 by inhalation of respiratory aerosol in the Skagit Valley Chorale superspreading event. Rapid, dose-dependent and efficient inactivation of surface-dried SARS-CoV-2 by 254 nm UV-C irradiation.
