効果的な SARS のためにパラメータを最適化

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16664 (2022) この記事を引用

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SARS-CoV-2 感染症の拡大と 2019 年に発生したコロナウイルス感染症 (COVID-19) パンデミックの深刻さにより、ウイルス感染を減らすための治療薬、ワクチン、対策が急速に開発されました。 SARS-CoV-2 感染を予防するための新しい治療戦略が利用可能になっていますが、ウイルスの変異は依然として医療界にとって深刻な脅威です。したがって、ウイルスの感染を防ぐには、ウイルス除菌機能を備えた医療機器が必要です。 UV-LED は、光化学反応生成物形成を通じて作用する最も殺菌力の高い UVC スペクトルを利用し、医療分野で人気を集めています。今回、我々は、SARS-CoV-2を10秒未満で99.9%消毒し、6時間持続できるポータブルな充電式医療機器を開発した。この装置を使用して、SARS-CoV-2に対するUVC-LED（275nm）の抗ウイルス効果を照射距離と曝露時間の関数として調査しました。 SARS-CoV-2 除去（99.99% 以上のウイルス減少）には、照射距離 10 ～ 20 cm、照射時間 10 秒未満、UV 線量 > 10 mJ/cm2 が最適であると判断されました。 UVC-LED システムには、強度の迅速な安定化や温度の影響を受けないなどの利点があり、SARS-CoV-2 感染を封じ込めることができる医療機器の開発に貢献する可能性があります。非常に短期間の UVC-LED 照射による SARS-CoV-2 の不活化を実証することで、我々の研究はより安全な医療環境を確保するためのガイドラインを示唆する可能性がある。

2019 年コロナウイルス感染症（COVID-19）のパンデミックは、2019 年の最初の発生以来世界中に広がり、深刻な罹患率と死亡率を引き起こしています。これは感染力の強いウイルスである SARS-CoV-2 (重症急性呼吸器症候群コロナウイルス 2) によって引き起こされ、主に新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) 患者の気道および鼻咽頭部位からの検体から検出されます。報告によると、2～10 日以内に人から人へ感染することが示されており、ウイルスは汚染された手や表面などの直接接触や空気感染経路を介して広がることが示されています2。環境条件下では、SARS-CoV-2 はエアロゾル中で最長 3 時間生存し、銅 (4 時間) やボール紙 (24 時間) よりもプラスチックやステンレス鋼上 (最長 72 時間) でより安定です3。汚染された環境物質への曝露は、加熱滅菌、化学消毒、表面の濾過消毒、紫外線 (UV) 照射などの多くの制御技術によって防止できます4。加熱滅菌や化学消毒剤の毒性によって引き起こされる可能性のある物質的損傷、および市場でのフィルター不足は、パンデミック全体を通じて大きな課題となっており、より持続可能な消毒システムに対する憂慮すべき需要が生じています4。ウイルスの急速な伝播を考慮すると、ウイルスを不活化して伝播を制限できる持続可能な対策と技術を開発することが重要です。

世界の UVC (紫外線 C) 市場の成長は、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) の発生によってプラスの影響を受けています。パンデミック中、UV 空気および表面の消毒が UV 装置に注目を集め、多くの製品が市場で入手可能になりました4。汚染された空気や環境物質のレベルが異なるさまざまな公共の場所で、UV 表面消毒システムの使用が開始されました4。紫外線は、波長に応じて、UVA (320 ～ 400 nm)、UVB (280 ～ 320 nm)、UVC (100 ～ 280 nm) の 3 つの基本的なタイプに分類されます5。さまざまな研究センターや研究所が、感染の拡大を防ぐために UVC ベースの製品を開発しています。 UV 発光ダイオード (UV-LED) は、オンデマンド操作に使用できる水銀を含まないデバイスです6。水銀ランプは特定の波長でのみ光を放射しますが、UV-LED は複数の個別の波長で光を放射できます5。公衆衛生と環境の安全対策として、国連環境計画 (UNEP) は 2013 年に水銀含有製品を禁止し、2020 年からは低圧水銀ランプを新しい UV 放射源に置き換えることになりました7。 UV 照射は、柔軟性、利用可能性、放射パターンの制御が容易なことから、新たな抗菌アプローチです 8。 UV-LED を搭載した医療機器は現在、医療分野で人気が高まっており、光化学反応生成物の形成を通じて作用する UVC は、UV スペクトル内で最も効果的な殺菌領域であると考えられています9。さらに、最近の研究では、UVC-LED の強度は温度変化やウォームアップ時間の影響を受けないことが報告されています10。さらに、UVC-LED は、核酸やタンパク質の損傷、酸素ラジカルの生成など、いくつかのメカニズムを通じて病原体を不活性化します 11、12。最近の研究では、波長 280 ± 5 nm の UVC-LED を照射すると、COVID-19 患者から分離された SARS-COV-2 が急速に不活化されたことが報告されました9。さらに、別の研究では、高温（> 56 °C）および UVC 照射（100 ～ 280 nm）による治療により SARS-COV-2 が除去されたことが報告されています13。 UV を利用して COVID-19 を消毒するさまざまな技術には、空気清浄機の開発に使用された光電気化学酸化 (PECO) 技術が含まれます。この技術では、UV-A 光を利用してナノ粒子で覆われたフィルター内の触媒を活性化し、空気汚染物質を酸化します 14。これらの発見に従って、当社は SARS-CoV-2 消毒用のポータブルで充電式の医療機器を開発しました。これは、洗浄用化学物質と接触すると汚れたり反応したりする手の届きにくい領域や表面の滅菌に利用できます。現在の研究では、UVCによるSARS-COV-2の曝露時間と距離に依存した減少を実証し、開発したUVC-LEDデバイスの性能を最適化して検証することを目的としています。

30 s and a distance of 50 cm. At 30 cm, the viral titers were calculated to be 1.1 × 103 TCID50/mL (3.031 log TCID50/mL), 2.2 × 102 TCID50/mL (2.301 log TCID50/mL), and 6.3 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 5, 10, and 20 s, respectively. At 20 cm, viral titers were calculated as 8.96 × 102 TCID50/mL (2.884 log TCID50/mL), 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL), and 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 5, 10, and 20 s, respectively. Collectively, these data confirm a viral reduction rate of > 99.99% at 30 cm/20 s, 20 cm/10 s, and 20 cm/20 s. At 10 cm, viral titers were 7.80 × 101 TCID50/mL (1.884 log TCID50/mL) and 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 2 and 4 s, both translating to a viral reduction rate of > 99.99%./p> 10 mJ/cm2 produced a 99.99% viral reduction. In case of the 20 cm/5 s condition, the calculated dose of 10 mJ/cm2, which is the same as determined for the 50 cm/30 s condition, showed ≥ 99.96% viral reduction, which is slightly lower than the 99.99% standard reduction. Therefore, we conclude that a UV dose of > 10 mJ/cm2 is required for a stable viral reduction of > 99.99%./p> 30 s, 30 cm with 20 s irradiation, 20 cm with 10 s irradiation, and 10 cm with 2 s irradiation. Collectively, these results reveal that a distance of 10–20 cm is ideal for rapid (< 10 s) viral eradication. According to our calculations, a UV dose of > 10 mJ/cm2 resulted in 99.99% reduction of the virus. Overall, we conclude that the distance of 10–20 cm between the UVC source and the virus contaminated surface, an exposure time of < 10 s, and a UV dose of > 10 mJ/cm2 are the ideal conditions for effective SARS-CoV-2 eradication./p>

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