L’effetto germicida della luce ultravioletta
Che cos’è l’UV germidica?
Con il termine UV germicida, indicato con l’acronimo GUV dall’inglese Germicidal Ultraviolet, si identifica quella radiazione ultravioletta con la capacità di uccidere e inattivare batteri, spore di muffe, virus e funghi. Si usa il termine inattivare per i virus poiché tecnicamente non sono organismi viventi. Questa radiazione non ha nulla a che vedere con la Radiazione Ionizzante, propria dei raggi X e raggi Gamma, inoltre non è tecnicamente corretto parlare di luce germicida in quanto non è visibile ma piuttosto di radiazione.
Tutti gli ultravioletti sono germicidi?
No. Ci sono lunghezze d’onda più efficaci di altre. L’effetto germicida della radiazione è legato alla capacità della stessa di penetrare all’interno del DNA ed RNA di virus e batteri causando mutazioni che ne impediscono la replicazione. La frazione di radiazione assorbita dal DNA alle varie lunghezze d’onda è mostrata in Figura 1. Il grafico va dai 220 nm ai 310 ed il valore massimo si trova a 265 nm.
Lo spettro dell’ultravioletto si divide in quattro regioni: UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm), UV-C (200-280 nm) e V-UV (100-200 nm) la regione del vuoto UV, chiamata così perché questa regione dello spettro non ha ancora trovato nessuna applicazione tecnologica. Il picco di assorbimento del DNA si trova nella regione degli UV-C, essendo quindi i più efficaci nell’azione germicida.
Batteri, virus, spore e funghi hanno diverse armi di difesa che variano a seconda della tipologia dalla capacità di proteggersi dagli UV a quella di ripararsi. Questi effetti variano leggermente la curva di efficacia germicida della radiazione da quella dell’assorbimento del DNA. Figura 2 mostra la curva di assorbimento del DNA e la curva di azione UV (efficacia) del MS2, del Cryptosporidium, dell’Adenovirus e del Herpes Simplex. Anche se con variazioni, tutte mostrano un picco di efficacia attorno ai 265 nm.
L’UV-C può inattivare efficacemente il visurs SARS CoV2 responsabile di COVID-19?
Si, se il virus viene illuminato direttamente e con una dose efficace, ma è essenziale evitare l’irradiazione di pelle e occhi di persone e animali. L’UV-C non deve essere usato per disinfettare le mani!
Le lampade UV-A, come quelle per catturare gli insetti, hanno potere germicida?
No. La regione UV-A non ha potere germicida se non in parte trascurabile. Il loro utilizzo come germicida richiederebbe dosi così elevate da risultare impraticabili e pericolose.
E le lampade UV-B?
I raggi UV-B hanno un relativo potere germicida ma sono più nocive per la pelle e gli occhi essendo più penetranti. Esposizioni accidentali agli UV-B possono causare scottature gravi alla pelle ed effetti ritardati per pelle e occhi. Sono quindi sconsigliate.
L’UV della luce del sole ha potere germicida?
Si, in particolare nella tarda primavera e all’inizio dell’estate quando il sole è alto nel cielo. Si stima che con un indice UV di 10 in meno di un’ora il 99,9% dei batteri viene ucciso.
Come viene determinata l’efficacia germicida dell’UV?
L’efficacia germicida dipende dalla dose di esposizione; questa è data dal prodotto tra la quantità di energia ricevuta dai microrganismi ed il tempo di esposizione, secondo la formula:
D = Dose di esposizione UV, J/m2 o W/m2 *s
I = Irradianza, ovvero energia per unità d’area e di tempo, W/m2.
T = Tempo di esposizione, s.
La dose di esposizione viene indicata tipicamente in Joule su metro quadrato, J/m2, o in millijoule su centimetro quadrato, , mJ/cm2 oppure, essendo un Joule uguale ad un Watt al secondo, in Watt su metro quadrato, W/m2, o in milliwatt su centimetro quadrato, mW/cm2
Tra la dose di esposizione e l’efficacia germicida c’è una relazione non lineare. Ad esempio, se una determinata esposizione ai raggi UV uccide il 90% di una popolazione batterica (spesso definita “one-log kill” o “1-log”), il raddoppio del tempo di esposizione o dell’intensità può uccidere solo il 90% del residuo 10%, per un’efficacia germicida complessiva del 99% (“two-log kill”). Allo stesso modo, una riduzione del 50% della dose o del tempo di esposizione riduce l’efficacia germicida solo dal 99% al 90%.
Quali sono le dosi necessarie uccidere e inattivare batteri e virus?
In letteratura è possibile trovare diversi studi effettuati dagli anni ’30 ad oggi. Sulla base di diversi studi la dose UV per l’inattivazione dei batteri al 99,99% (4-log) varia da 3 a 34 mJ/cm2. I virus sono più resistenti agli UV. Sette studi indipendenti riportano dosi tra 20 e 30 mJ/cm2 per inattivare il Poliovirus type 1 a 4-log. Ed il Coronavirus? I Coronavirus sono una vasta famiglia di virus. Sono stati condotti vari studi che hanno portato a risultati diversi, in un range tra 0,7 (Walker 2007) e 241 (Darnell 2004) mJ/cm2. Questa variabilità è normale ed è dovuto ai diversi metodi utilizzati da laboratori diversi. Escludendo gli studi che presentano risultati anomali il range si restringe ad un valore medio di 5,8 mJ/cm2.
In tabella sono riportate le dosi di esposizione a 1-log, ovvero per eliminare il 90% dei microrganismi per alcuni batteri e virus con il riferimento alla pubblicazione scientifica.
| Microrganismo | Tipologia | Dose D90 (1-log) in mJ/cm2 | Riferimento |
| Legionella Pneumonia | Batterio | 0,7 | Wilson et al. (1992) |
| E.Coli | Batterio | 1 | Chang et al. (1985) |
| Salmonella typhi | Batterio | 0,9 | Chang et al. (1985) |
| Staphylococcus faecalis | Batterio | 1,4 | Chang et al. (1985) |
| Coxsackievirus | Virus | 5 | Battigelli et al. (1993) |
| Hepatitis A | Virus | 2 | Battigelli et al. (1993) |
| Rotavirus strain SA 11 | Virus | 3,2 | Wilson et al. (1992) |
| Rotavirus strain WA | Virus | 6,2 | Snicer et al. (2000) |
| Adenoviruses | Virus | 15 | Meng, Gerba (1996) |
| Influenza A | Virus | 1,9 | Walker (2007) |
| Coronavirus | Virus | 0,7 | Walker (2007) |
| Coronavirus (MHV) | Virus | 10,3 | Liu (2003) |
E’ possibile disinfettare superfici, maschere e strumenti con i raggi UV?
La radiazione GUV non ha la capacità di penetrare all’interno dei materiali e non può quindi raggiungere le zone in ombra delle superfici o di penetrare in rivestimenti come i tessuti. Per questi motivi è adatta per le superfici più rigide come i metalli o la plastica rigida mentre invece non è adatta per i tessuti morbidi e spugnosi come le mascherine di protezione facciale per i quali è più raccomandato il vapore di Perossido di Idrogeno (H2O2).
Quali tipi di lampada sono utilizzate per GUV?
Le principali tecnologie di lampade includono lampade al mercurio a bassa e media pressione ed emissione continua, nonché lampade ad arco allo xeno pulsate. Gli studi hanno dimostrato che queste tecnologie, che emettono o pulsano continuamente, sono relativamente efficaci per la disinfezione. Di recente si trovano in commercio anche lampade LED. Queste ultime hanno potenze di emissione inferiori ma centrate nella regione di maggiore efficacia, inoltre hanno una vita media maggiore e non contengono sostanze pericolose come il mercurio.
Ci sono applicazioni di UV Germicidi?
I raggi ultraviletti germicidi sono utilizzati da molti anni in vari settori, dalla sanificazione degli impianti idrici agli ambienti ospedalieri. Le principali tipologie di intervento sono tre:
- Installando lampade a parete, sopra i 2,1 metri di altezza per illuminare la parte superiore delle stanze, e assieme al ricircolo d’aria naturale o forzato, disinfettare l’aria nelle stanze occupate.
- Unità mobili, ad elevata potenza per disinfettare le superfici più a rischio, in assenza di persone.
- Nelle unità per il trattamento dell’aria di ricircolo e per ridurre la crescita di muffa sulle batterie di raffreddamento.
L’utilizzo della prima tipologia, con irraggiamento GUV solo nella parte superiore degli ambienti, in maniera continua ha un grande valore per quegli ambienti ad elevato flusso di persone dove non è possibile sospende l’attività umana come ad esempio le terapie intensive ed il pronto soccorso degli ospedali.
Questo articolo è tratto della relazione CR-2-20 V1: Germicidal Ultraviolet (GUV) – FAQ della Illuminating Engineering Society (IES), pubblicato il 15 Aprile 2020 e reperibile QUI.
I dati delle dosi di esposizione riportati in tabella sono tratti da:
2020 COVID-19 Coronavirus Ultraviolet Susceptibility News-Release-Mar2020_MKTFM-453-Rev-A-1