23 March

Искусственное лето: дальний ультрафиолет против коронавируса

Popular scienceHealth
Авторы: Алексей Турчин, Роко Мижич

Роко Мижич – автор идеи Роко Василиск, Алексей Турчин – футуролог, автор книги «Структура глобальной катастрофы» и «Футурология. 21 век: бессмертие или глобальная катастрофа» (вместе с мной). Исходник

Статус: здесь много разных неопределенностей, но у идеи есть определенные доказательства и высокая потенциальная отдача. Но вот предлагаем её обсудить.

Tl; dr: Мы должны срочно изучить вопрос о размещении специальных безопасных для человека ламп Far-UVC по всей нашей искусственной среде, чтобы «убивать» вирусы, пока они находятся в воздухе, тем самым значительно сокращая распространение ковид-19.

По мотивам: www.nature.com/articles/s41598-018-21058-w

Минутка заботы от НЛО


В мире официально объявлена пандемия COVID-19 — потенциально тяжёлой острой респираторной инфекции, вызываемой коронавирусом SARS-CoV-2 (2019-nCoV). На Хабре много информации по этой теме — всегда помните о том, что она может быть как достоверной/полезной, так и наоборот.

Мы призываем вас критично относиться к любой публикуемой информации


Официальные источники

Если вы проживаете не в России, обратитесь к аналогичным сайтам вашей страны.

Мойте руки, берегите близких, по возможности оставайтесь дома и работайте удалённо.

Читать публикации про: коронавирус | удалённую работу

Одной из наиболее многообещающих и забытых идей для борьбы с распространением ковид-19 является использование повсеместного ультрафиолетового излучения в нашей искусственной среде (поезда, офисы, больницы и т. д.). Ультрафиолетовый свет уже используется в качестве дезинфицирующего средства во всем мире; это акроним UVGI – «Ультрафиолетовое бактерицидное облучение». Энергичные фотоны ультрафиолетового света разрушают химические связи в ДНК и убивают / инактивируют как вирусы, так и бактерии.

Ультрафиолетовый свет на земле существует в диапазоне от 200 до 400 нм. Свет выше 400 нм — синий видимый свет. Свет ниже 200 нм называется «вакуумным ультрафиолетовым излучением», потому что он сильно поглощается кислородом в обычном воздухе и поэтому не может существовать, кроме как в вакууме или какой-либо другой не воздушной среде. В диапазоне 200-400 нм у нас есть типа УФ: UVA, UVB и UVC, а коротковолновый край полосы UVC мы имеем «Far-UVC»; он имеет длину волны примерно от 200 нм до 220 нм.

image

Соображения безопасности


Люди также уязвимы для ультрафиолетового излучения. Это вызывает рак кожи и серьезные повреждения глаз.

Тем не менее, недавние исследования показывают, что полоса Far-UVC на самом деле безопасна для кожи человека, потому что она не может проникать через тонкий слой мертвых клеток кожи на поверхности нашей кожи.

Это означает, что можно было бы обеспечить долгосрочную защиты от коронавирусов и других патогенных микроорганизмов, постоянно освещая нашу искусственную среду светом дальнего УФ-диапазона. Если свет Far-UVC действительно безопасен для людей, Far-UVC может быть включен постоянно и может разрушать или дезактивировать вирусные частицы, прежде чем они смогут распространяться от человека к человеку.

Почему это не было рассмотрено соответствующими органами? Far-UVC фигурирует в обзоре литературы ВОЗ, но в настоящее время он не применяется, поскольку количество доказательств в пользу безопасности и эффективности невелико.

Существует некоторая неопределенность в отношении того, будет ли генерирование озона этой полосой (200–220 нм). Озон вреден для здоровья. Однако похоже, что полоса 200-220 нм не является сильным производителем озона. Кроме того, УФ — деградация поверхностей может происходить от хронического воздействия УФ — излучения.

Балансировка вреда действий и бездействия


Даже если Far-UVC несколько вреден, его все же можно использовать. Небольшой вред от света Far-UVC может быть гораздо менее серьезным, чем большой вред от covid-19, или от экономического ущерба, вызванного всеобщей самоизоляцией, которая, по оценкам одного автора, составляет примерно 10 миллионов долларов в минуту, плюс много личных трудностей, которые будут вызваны предстоящей рецессией.

Кроме того, легче защитить человека от ультрафиолетового излучения, чем вируса. Солнцезащитные кремы, одежда и очки, защищающие от ультрафиолета, могут быть менее опасными, чем полупостоянная изоляция населения или экспоненциально растущая вспышка covid-19, которая приводит к миллионам или десяткам миллионов жертв де-факто.
Ультрафиолетовым излучением в искусственной среде можно управлять даже интеллектуально — компьютерное зрение может определять местонахождение людей и включать ультрафиолетовое излучение только в там, где людей нет. Такой проект в лучшем случае будет готов к началу 2021 года.

Если заявления о безопасности Far-UVC не полностью верны, комбинация использования Far-UVC с физической защитой кожи и глаз, такой как очки, может по-прежнему давать приемлемые риски рака и повреждении глаз. В более долгосрочной перспективе такой «почти безопасный» Far-UVC может сочетаться с интеллектуальным управлением на различных уровнях детализации; представьте себе лифт, который ярко освещается Far-UVC каждый раз, когда люди покидают его, или «стены» из столбов света Far-UVC, разделяющие людей, которые автоматически отключаются на мгновение, когда человек проходит через них. В конечном счете, система может даже регулировать мощность Far-UVC с помощью ИИ.

Эпидемиологические соображения


Даже идеальное решение Far-UVC, которое безвредно для человека, 100% смертельно опасно для частиц Covid-19 и легко развертывается в масштабе, может оказаться недостаточным для снижения R0 до точно 0. Но ключевой вопрос заключается в том, может ли оно снизить R0 ниже 1, а также позволяет ли продолжать большую часть экономической активности.

Пока что мы не знаем реальную эффективность и безопасность постоянного использования Far-UVC. Простой предварительный эксперимент, который можно было бы провести: поместить образцы вируса в ящики с мышами – возможно, в аэрозольной форме – и обработать некоторые клетки с помощью Far-UVC, оставив другие клетки в покое, и посмотреть, не снизится ли уровень заражения в обработанных клетках.

Проблемы масштабирования


Даже совершенная система бесполезна, если ее нельзя масштабировать и внедрять по всему миру. Источниками Far-UVC могут быть эксимерные лампы на хлориде криптона, но современные светодиоды Far-UVC с нитридом алюминия (AlN) являются лучшим решением в долгосрочной перспективе. В более долгосрочной перспективе лазеры могут производить коллимированный Far-UV. Необходимы дальнейшие исследования и сбор мнений экспертов о наиболее эффективном источнике Far-UVC.

Энергетические соображения


Количество энергии Far-UVC, необходимое для уничтожения 99% вирусных частиц, оценивается примерно в 20 Дж / м2. При мощности, скажем, 5 Вт / м2, системе потребуется 4 секунды, чтобы в основном стерилизовать вирусный аэрозоль, который может передаваться от человека к человеку. Однако система с низким энергопотреблением все равно будет иметь некоторые преимущества, так как мы знаем, что люди могут заразиться воздухом, который был заражен 30 минутами ранее. Более высокая мощность в этих длинах волн может быть трудно достичь с помощью эксимерных Kr-Cl ламп, так как их КПД составляет ~ 10%. Светодиоды AlN Far-UVC, вероятно, будут иметь гораздо более высокую эффективность преобразования.

Универсальность


Одним из величайших преимуществ Far-UVC является то, что он будет очень распространенным оружием против патогенов. Far-UVC убивает / дезактивирует бактерии, вирусы и другие патогенные микроорганизмы. MRSA, С-ДИФФ, грипп, и т.д. является LL убит UVC, как это имеет место в следующем проблематичный патогене, какой бы она есть.

Резюме


Есть много разных причин, по которым вездесущее распространения Far-UVC освещения может не сработать, но, если оно сработает, он может иметь огромные преимущества. По этой причине авторы считают, что в этот критический момент ему следует уделить больше внимания. Испытания масштабирования, безопасности и эффективности должны проводиться как можно быстрее, предпочтительно параллельно. Что еще более важно, идея требует большего внимания со стороны экспертов в соответствующих областях – физики ультрафиолета, эпидемиологии и людей, которые изучают этиологию рака кожи. На момент написания статьи имеются сообщения о том, что, по оценкам правительства США, эпидемия может продолжаться до 18 месяцев), поэтому такой план, как Far-UVC, на реализацию которого могут уйти месяцы, все же может стать важным компонентом ответных мер в конце этого года.

Приложение. Другие способы использования ультрафиолета для борьбы с коронавирусом


Одним из объяснений сезонности гриппа и других инфекций является то, что солнечное УФ убивает вирусы. Тем не менее, люди проводят много времени в помещении даже летом, особенно во время самоизоляции. Большинство наших инфекций происходит в закрытых помещениях: дома, на транспорте и на рабочих местах. Ультрафиолетовое излучение от Солнца могло бы быть частью объяснения более низких случаев коронавируса в южных странах.

Если мы заменим лампочки повсюду источниками света, которые, помимо обычно света, также излучают ультрафиолетовый свет с определенной длиной волны, мы убьем большинство находящихся в воздухе вирусов и очистим фомиты (вирусные частицы на поверхностях). Таким образом, мы создадим «искусственное лето» везде и снизим R0 коронавируса ниже 1.

Основными препятствиями являются продолжительность экспозиции и возможный вред людям. Недавно в Москве у 20 детей были ожоги глаз после того, как школьный учитель забыл отключить УФ-очиститель в классе.

Помимо идеи использования относительно безопасного диапазона Far-UVC, существует несколько других идей для предотвращения повреждения глаз и кожи человека ульрафиолетом:

1) Интеллектуально контролируемое ультрафиолетовое освещение. Ультрафиолетовый свет включается на максимальном уровне, когда в комнате нет людей. У нас уже есть детекторы движения для освещения, но здесь они будут работать наоборот. Источники освещения с обнаружением движения могут также направлять свет в направлениях, где нет движения, поэтому нет людей. На видео можно увидеть источники ультрафиолетового света с детекторами движения в продаже.
Или, например, сила света может быть временно увеличена после звука чихания. Но это сделает всю систему более сложной, и ее масштабное внедрение займет больше времени.

2) Не «слишком сильные» источники УФ-излучения, которые производят интенсивность уровня УФ-излучения Солнца на уровне земли и действуют в основном на фомиты. Как известно, люди могут прожить не менее 1 часа солнечного света без сильного ущерба (на пляжах). Мы могли бы использовать эту оценку в качестве ориентира для калибровки источников ультрафиолета.

3) Сильное ультрафиолетовое освещение + перчатки. Все будут носить перчатки, маски и очки на улице. В этом случае ни один участок кожи не будет подвергаться воздействию ультрафиолетового освещения (и вирусов). Ношение средств индивидуальной защиты будет эффективным в любом случае. Женщины на Востоке носят одежду с полным покровом, и с ними всё в порядке.

4) Носимая налобная лампа УФ направит ультрафиолетовый свет в направлении, противоположном глазам человека, но осветит все, что он вдыхает или касается, а также руки. Свет будет самым сильным вблизи человеческого лица (но не влиять на лицо), и будет атаковать капли и пылинки, которые человек собирается вдохнуть. Однако этот свет будет рассеиваться на расстоянии 1-2 метра до более безопасного уровня. Ультрафиолетовые налобные фонари и ручные фонарики уже существуют и продаются, но могут быть недостаточно сильны для дезинфекции. Это будет особенно эффективно, если будут использоваться носимые источники света Far UVC, но можно попробовать и другие диапазоны УФ, если кожа защищена. Кроме того, узконаправленные источники УФ можно использовать для стерилизации одноразовых масок и респираторов, что позволит их использовать повторно.

5) УФ фонарик, который излучает ультрафиолетовое излучение в широком луче. Может использоваться очистителями в качестве дополнительного шага при очистке поверхностей.

Плюсы УФ-фонаря


  1. Проще, проще, дешевле и быстрее построить, чем другие решения.
  2. Меньше вреда для людей, поскольку ультрафиолетовый свет может быть направлен и не всегда включен.
  3. Тестовая реализация (Minimal viable product, в терминах стартапа) для более продвинутых реализаций.
  4. Мобильное; может быть использовано в нескольких местах.

Минусы:

  1. Менее эффективен, чем всегда включенные потолочные УФ лампы.
  2. Требует дополнительного времени / усилий в дополнение к обычным процедурам очистки.

Искусственный свет в настоящее время существует почти везде, где живут современные люди: дома, в любом магазине, в автомобилях и даже на улицах. Все, что нам нужно, это заменить часть электрических ламп. Большое количество ламп может быть произведено в течение 0,5-1 года, а меньшее – для критических мест, таких как лифты, – даже в более короткие сроки.

Однако существует проблема фактического тестирования технологии до тех пор, пока она не будет одобрена FDA как безопасная и эффективная. Технически трудно изготовить глубокие ультрафиолетовые (220 нм) светодиоды.

Хорошим началом будет установка ультрафиолетовых ламп в местах непродолжительного использования людьми, где тем не менее высок риск заразиться: лифтах, магазинах, туалетах.
Гораздо удобнее носить защиту от света, чем защиту от вирусов, и после нескольких месяцев блокировки идея возвращения к почти нормальной жизни, но с солнцезащитным кремом и / или перчатками, будет довольно приятной.

Литература:

Welch, D., Buonanno, M., Grilj, V. et al. Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases. Sci Rep 8, 2752 (2018). doi.org/10.1038/s41598-018-21058-w
Narita K, Asano K, Morimoto Y, Igarashi T, Nakane A (2018) Chronic irradiation with 222- nm UVC light induces neither DNA damage nor epidermal lesions in mouse skin, even at high doses. PLoS ONE 13(7): e0201259. doi.org 10.1371/journal.pone.0201259

Willie Taylor, Emily Camilleri, D. Levi Craft, George Korza, Maria Rocha Granados, Jaliyah Peterson, Renata Szczpaniak, Sandra K. Weller, Ralf Moeller, Thierry Douki, Wendy W.K. Mok, Peter Setlow DNA damage Kills Bacterial Spores and Cells Exposed to 222 nm UV Radiation
Applied and Environmental Microbiology Feb 2020, AEM.03039-19; DOI: 10.1128/AEM.03039-19
Colorado company uses UV lighting technology to kill 99.9 percent of bacteria and viruses. Fox Denver, 7 Macrh 2020
Tags:covid-19коронавирус
Hubs: Popular science Health
+8
21.9k 19
Comments 47
Popular right now
Data Science developer / ML разработчик
from 180,000 to 200,000 ₽QuadcodeСанкт-Петербург
Data Science Specialist
from 75,000 to 150,000 ₽JuicyScoreМоскваRemote job
Junior Clojure Developer
from 70,000 to 150,000 ₽Health SamuraiСанкт-ПетербургRemote job
Software Engineer - Research
from 150,000 to 220,000 ₽Droice LabsRemote job
Full-stack JavaScript Developer
from 70,000 to 150,000 ₽Health SamuraiСанкт-ПетербургRemote job