Radiazione UVC in breve

La soluzione migliore per garantire la sterilizzazione veloce di oggetti e superfici, in quanto scientificamente provata e utilizzata da anni nelle sale operatorie e negli ospedali, soprattutto negli Stati Uniti, è l’utilizzo delle radiazioni ultraviolette nella gamma C a distanza ravvicinata. Le radiazioni UVC, oltre ad eliminare muffe, batteri e protozoi, vengono assorbite dalle proteine di RNA e DNA dei virus modificandone e distruggendone l’informazione genetica. L’interruzione di questi legami rende il virus innocuo e incapace di riprodursi anche a contatto delle cellule dell’ospite.

La loro scoperta risale al tardo ‘800. Furono inizialmente impiegate in medicina nel trattamento delle malattie cutanee sull’uomo, ma in breve tempo il loro impiego fu esteso anche al trattamento delle superfici, degli oggetti, dell’aria e dell’acqua soprattutto in ambito ospedaliero e medicale con risultati eccellenti.

Le radiazioni ultraviolette in gamma C sono onde elettromagnetiche generate dal Sole. Non sono presenti naturalmente sulla Terra in quanto lo strato di ozono dell'atmosfera ne filtra completamente il passaggio. La radiazione UVC è una sottocategoria della radiazione ultravioletta. È compresa tra i 200 e i 280 nanometri di lunghezza d’onda e fa quindi parte dell’ampia gamma della radiazione elettromagnetica non visibile dall’occhio umano.

Caratteristica attinica della radiazione UVC

Nonostante tutte le radiazioni ultraviolette causino effetti fotochimici, le lunghezze d’onda nell’intervallo UVC hanno proprietà altamente attiniche e sono quindi dannose per virus e altri microrganismi. Le radiazioni UVC vengono assorbite dalle proteine dell’RNA e del DNA dei microrganismi modificandone e distruggendone l’informazione genetica presente all’interno. Questo fenomeno elimina la capacità riproduttiva dei virus rendendoli inattivi e non più dannosi ed elimina batteri, muffe e protozoi.

È scientificamente provato che la radiazione UVC con lunghezza d’onda centrata a 253.7 nanometri possiede il miglior risultato germicida: a tali lunghezze d’onda l’acido nucleico della catena del DNA ha il maggiore assorbimento di radiazioni UVC.

Microrganismi sensibili alla radiazione UVC

La radiazione UVC elimina batteri, protozoi, spore, muffe ed inattiva i virus.

Dosaggio UVC

Ogni tipologia di microrganismo necessita di una particolare quantità di radiazioni UVC per essere inattivato o eliminato; non esiste pertanto una regola generale che porti a pensare che un processo di sterilizzazione UVC qualsiasi possa contribuire alla sterilizzazione totale dell’acqua, dell’aria, di una superficie o di un oggetto.

Il prodotto tra la quantità di energia radiometrica per superficie e il tempo di esposizione a tale energia rappresenta la quantità di energia, definita dosaggio UVC, a cui la superficie oggetto del trattamento UVC è stata esposta per un periodo di tempo preciso.

Dosaggio UVC = Energia radiometrica per superficie x Tempo di esposizione

• Dosaggio UVC è l’energia necessaria per l’inattivazione e l’eliminazione dei microrganismi, la quale è misurata in [J/m2] o [mJ/cm2].
• L’Energia radiometrica per superficie è l’irraggiamento ricevuto dalla porzione di superficie esposta alla radiazione UVC, la cui unità di misura è [W/m2] o [mW/cm2].
• Il Tempo di esposizione è il periodo in cui la superficie o l’oggetto da sterilizzare è sottoposto alla radiazione UVC, misurato in secondi.

Per comprendere più facilmente il dosaggio UVC è possibile seguire l'esempio di seguito riportato.

Posizionando Sterylux UV-C sopra un piano ad una distanza costante di 6cm da esso, la superficie da sterilizzare verrà esposta ad un valore di irraggiamento pari a 4.5mW/cm2. Applicando la formula precedente si ottiene che il piano riceve per irraggiamento un dosaggio di 4.5mJ/cm2 dopo un secondo, di 9.0mJ/cm2 dopo due secondi, di 13.5mJ/cm2 dopo tre secondi, e così via. Il dosaggio continuerà ad aumentare fino a quando il dispositivo non verrà spento.

Maggiore è il tempo di permanenza di una sorgente di radiazioni UVC su un oggetto o su una superficie da sterilizzare, migliore sarà il risultato germicida del trattamento UVC.

Risposta alla dose UVC

La risposta alla dose UVC indica il dosaggio necessario per inattivare o eliminare uno specifico microrganismo attraverso la radiazione UVC. Ogni microrganismo risponde alla dose UVC unicamente, perciò tali valori sono rilevabili da tabelle e letteratura scientifica che riassumono i risultati di studi e sperimentazioni di laboratori terzi su popolazioni di culture microbiche analizzate al microscopio elettronico.

L'immagine sottostante riporta la risposta alla dose UVC tipica di alcuni microrganismi secondo il documento Philips "Perfection preserved by the purest of light". Si può notare come Bacillus subtilis (bacillo del fieno o dei pascoli) necessita di un dosaggio relativamente alto (circa 80mJ/cm2) per raggiungere livelli di riduzione logaritmica alti (Log4), mentre l’Escherichia coli è eliminato con una dose UVC molto più bassa (<20mJ/cm2 - Log 5).

SARS-CoV-2 è apparso essere molto sensibile alla radiazione UVC, infatti necessità di un dosaggio di soli 3.7mJ/cm2 (37J/m2) per ottenere una riduzione logaritmica di 6 unità (99.9999%).

Fonte: Efficacia della radiazione UVC su SARS-CoV-2 (Documento in lingua Inglese)

Riduzione logaritmica

Il risultato germicida di un determinato processo di sterilizzazione è definito mediante una scala di riduzione logaritmica, la quale si riferisce alla percentuale di microrganismi che vengono fisicamente eliminati o inattivati successivamente lo svolgimento di un processo di sterilizzazione UVC. 
Maggiore è la riduzione logaritmica, migliori saranno i risultati del processo di sterilizzazione. 

Ad esempio, una riduzione di 1 log significa che la popolazione microbica del microrganismo preso in esame è stata ridotta del 90% rispetto al livello precedente al trattamento UVC, una riduzione di 2 log sarà equivalente ad una riduzione del 99%, e così via.

Effetti della radiazione UVC sul corpo umano

Nonostante l’alta potenza energetica della radiazione UVC, esse sono moderatamente pericolose per il corpo umano. Non penetrano né il cristallino dell’occhio, limitandosi a provocare un’irritazione congiuntivale transitoria, né gli strati profondi dell’epidermide, generando lievi eritemi. Entrambe le irritazioni sono temporanee e non generano danni biologici permanenti.

Quando si utilizza un dispositivo germicida UVC è necessario pertanto coprire il proprio corpo indossando guanti, pantaloni lunghi, indumenti superiori a manica lunga ed infine proteggere il viso con visiere o occhiali protettivi.

Effetti della Radiazione UVC sui materiali

La radiazione UVC viene assorbita totalmente dalla maggior parte dei materiali. Fanno eccezione materiali come il quarzo, che è appunto utilizzato nella produzione della lampade a scarica con proprietà germicida.

Gli effetti delle radiazioni UVC sui materiali sono riconducibili agli effetti della radiazione UV in generale. Tuttavia, negli ospedali, soprattutto in USA, la radiazione UVC è da anni utilizzata come metodo per sterilizzare aree, camere, superfici e apparecchiature, senza che vi siano stati riportati effetti collaterali nei materiali sottoposti ai trattamenti. Sono necessarie centinaia, se non migliaia, di ore di esposizione alle radiazioni UV perché un oggetto manifesti un deterioramento apprezzabile e talvolta sono peggiori e maggiormente visibili gli effetti di liquidi e solventi aggressivi utilizzati quotidianamente senza garanzia di disinfezione e/o sterilizzazione.

Sorgenti di radiazioni UVC

Le sorgenti di radiazioni UVC più comuni ed utilizzate nei sistemi di sterilizzazione sono le lampade a scarica di gas a bassa pressione. Ciononostante esiste ormai da qualche anno un'alternativa alle lampade tradizionali, ovvero i LED UVC.

I LED UVC non dispongono ancora però delle performance e della versatilità delle tradizionali lampade a scarica e il loro costo è molto elevato. Per questo motivo i nostri prodotti sono dotati di lampade a scarica di gas a bassa pressione ad alto rendimento che dispongono sia di un'efficienza molto elevato che di una garanzia di durata molto lunga.

Lampada a scarica di gas a bassa pressione

Le lampade a scarica di gas a bassa pressione sono la soluzione più tipicamente utilizzata e diffusa nel settore della sterilizzazione. Sono presenti nel mercato da decenni e il loro funzionamento è altamente performante.

La loro efficienza radiometrica rispetto alla potenza totale assorbita è tipicamente il 30% per i modelli high output e poco meno inferiore del 25% per le altre. Questa tipologia di lampade possiede una superficie di emissione molto importante e il flusso emesso è distribuito omogeneamente in tutte le direzioni grazie alla conformazione cilindrica dell'emettitore. Data l'alta potenza radiometrica, il valore di irraggiamento è elevato anche a distanze importanti dall'emettitore, perciò il processo di sterilizzazione risulta molto efficiente e rapido. Sono emettitori caratterizzati da una lunga durata che tipicamente è superiore alle 9000 ore di funzionamento.

LED UVC

I LED UVC sono relativamente recenti nel settore della sterilizzazione.

Le loro performance sono ancora molto limitate e lo spettro di emissione è centrato a lunghezze d'onda superiori (260-285nm) rispetto a quella dove i microrganismi assorbono con più facilità la radiazione UVC. La potenza radiometrica è tipicamente inferiore al 5% della potenza totale assorbita e il flusso emesso dai LED UVC, caratteristica tipica di qualsiasi sorgente di luce a LED, decade in maniera inversamente proporzionale all'aumentare della distanza dalla sorgente di luce stessa. Per tali motivi i processi di sterilizzazione condotti tramite LED UVC necessitano di tempi superiori rispetto alle tradizionali lampade a scarica.

L'importanza di sterilizzare oggetti e superfici

La modalità più immediata attraverso cui un patogeno si trasmette è il contatto diretto tra un individuo infetto ed uno sano (contatto persona-persona). Purtroppo esistono ulteriori vie di trasmissione con cui un patogeno potrebbe diffondersi. 

Un individuo emette delle minuscole gocce d’acqua, cioè saliva nebulizzata, durante gli atti del respirare, parlare, tossire e starnutire, le quali potrebbero contenere delle cariche virali. Queste gocce d’acqua, definite droplets, possono rilasciare nell’area o nell’aria circostante il soggetto che le ha emesse quantitativi di microrganismi potenzialmente infettivi. I patogeni presenti nell’aria si muoverebbero liberamente all’interno del locale o altrove sfruttando le correnti d’aria. L’aria infetta, venendo respirata, potrebbe contagiare altri individui, ma anche depositare i microrganismi sulle superfici e sugli oggetti, trasformandoli in possibili vettori di contaminazione indiretta.

Oggetti o superfici infetti possono costituire un veicolo di trasmissione per contatto indiretto quando dei soggetti, dopo esserci venuti a contatto inconsapevolmente, si toccano la propria bocca, il naso o gli occhi. I meccanismi di trasmissione indiretti risultano essere le modalità più efficienti e meno evidenti attraverso cui un patogeno si diffonde, poiché alcuni microrganismi possono permanere anche diversi giorni sulle superfici dei materiali prima che la loro carica virale diminuisca e si annulli. Infatti, il potenziale infettivo delle superfici e degli oggetti contaminati varia in relazione al tipo di materiale e al tempo di sopravvivenza del patogeno su tale superficie.

L'immagine sottostante riporta i tempi di permanenza di SARS-CoV-2 su alcuni materiali secondo il Rapporto ISS COVID-19 n.25/2020 del 15 maggio.

Il Prof. Matteo Bassetti illustra nel seguente video le vie di trasmissione indirette e dirette attraverso cui i microrganismi si trasmettono da un individuo ad un altro. Si può notare come le vie di trasmissione indirette, ovvero oggetti e superfici infetti, risulti il metodo più veloce, comune e meno evidente attraverso cui i microrganismi si diffondono. Per tale motivo risulta indispensabile sterilizzare tutti quegli oggetti o superfici che sono comunemente maneggiati da più persone e che quindi potrebbero rappresentare una possibile via di trasmissione dei microrganismi e quindi di contagio.

Si ringrazia il Prof. Matteo Bassetti per la gentile concessione.

Letteratura sulla radiazione UVC

La radiazione UVC è ufficialmente riconosciuta in ambito scientifico come un valido ed efficace sistema per sterilizzare aria, acqua, oggetti e superfici.

Sono di seguito riportati solo alcuni dei tanti documenti e articoli che approfondiscono e dimostrano l'efficacia della radiazione UVC come metodo di sterilizzazione.