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¡No le demos una oportunidad a los gérmenes!

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Autor: Alain Bruno Kamwa, Product Sales Manager Opto de Rutronik
La lucha contra los virus ha sido larga. Los desinfectantes químicos sólo ofrecen unos beneficios limitados ante microorganismos como los virus y las bacterias, ya que estos se pueden volver resistentes. La luz ultravioleta (UV) es un método mucho más efectivo a la hora de desinfectar y esterilizar el agua, el aire y las superficies y, por consiguiente, una alternativa más eficaz contra el coronavirus.

Con la misión de desinfectar los equipos de protección del personal sanitario del Hospital Huoshenshan en Wuhan (China) y prevenir la propagación del virus SARS-CoV-2 fuera del centro, se instaló una carpa de desinfección con ledes de luz ultravioleta de onda corta (UVC LED) como parte de una estrategia novedosa. En una sala de 1,5 × 0,75 × 2 metros con paredes de tejido sintético superpuestas, los emisores de UVC del proveedor estadounidense Bolb se adaptaron a las superficies reflectantes en el techo, las paredes y el suelo. Durante el proceso de desinfección de 30 segundos, los ledes UVC ofrecen una dosis de 6 mJ/cm2 con un brillo constante de 200 μW/cm2. La longitud de onda de la luz de 265 a 280 nm destruye la información genética, garantizando que el virus ya no puede propagarse ni infectar otras células.

Fuentes de luz UV artificiales

Durante mucho tiempo, la luz ultravioleta se generaba mediante fuentes de radiación basadas en el mercurio usando, por ejemplo, lámparas de vapor de mercurio (Hg) de baja y media presión en un espectro de 185 a 405 nm por medio de descargas de gas. La luz UV también se puede producir empleando tubos fluorescentes de cátodo frío UV (lámparas UV-CCL o UV) en un espectro entre 185 y 405 nm por medio de una descarga luminiscente.

Los ledes UV emiten rayos en un espectro de 227 a 405 nm por medio de la electroluminiscencia. Las longitudes de onda son particularmente cortas cuando usan los UVC LED —entre 260 y 270 nm—, lo que proporciona el mayor efecto de esterilización. La  Figura 1 muestra el ejemplo del Cryptosporidium, un parásito que se transmite particularmente a través de agua potable “contaminada”. Otros patógenos, bacterias y virus exhiben una características muy parecidas.
Los ledes también dotan de una salida espectral convincentemente estable bajo unas condiciones de temperatura específicas y un número casi ilimitado de ciclos de conmutación, que hace que resulten ideales en soluciones móviles que necesitan ofrecer una salida de luz completa sin demora.

Una multitud de armas

Los rayos UV son invisibles al ojo humano en todo su rango de onda de 100 a 400 nm. Sus frecuencias se dividen en las bandas UVA, UVB y UVC que, a su vez, tienen efectos diferentes en los organismos vivos.

Los ledes nos permiten elegir la longitud de onda en función de las necesidades. Los ledes UVA con una longitud de onda de 315 a 400 nm ofrecen una mayor penetración en un tejido biológico disperso como la piel humana en comparación con los rayos UVB y UVC. Los ledes UVA se utilizan en campos como la odontología y la cosmética, por ejemplo, en centros de bronceado y salones de manicura. En el sector industrial, esta tecnología LED  se emplea para curar resinas, adhesivos y pinturas.

Con una longitud de onda de 280 a 315 nm, los rayos de led UVB tienen comparativamente poco poder de penetración cuando se trata de tejido biológico disperso, pero están sujetos a más dispersión. Los rayos UVB estimulan la formación de vitamina D en el cuerpo humano, razón por la cual los ledes UVB se utilizan principalmente en medicina para fototerapia y tratamientos dermatológicos.

Sin defensa ante los rayos UVC

La luz de alta energía de los ledes UVC se somete a una dispersión cada vez mayor en el tejido biológico. Con una longitud de onda de 100 a 280 nm, estos rayos no penetran en un tejido particularmente profundo, pero pueden quemar la piel sin protección. Dado que la capa de ozono de la atmósfera de la tierra absorbe la radiación UVC natural de la luz del sol, ningún organismo terrestre ha desarrollado mecanismos de defensa ante los rayos UVC, y esto también es cierto para virus y bacterias. Esta vulnerabilidad hace que la irradiación con luz UVC artificial sea un método de esterilización y desinfección especialmente eficaz.

Los ledes UVC en aplicaciones prácticas

Cada microorganismo reacciona de manera diferente a la radiación UVC, por lo que la intensidad de la radiación debe orientarse hacia la tasa de reducción deseada que, a su vez, es el número de microorganismos destruidos. La intensidad de la radiación UV es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, lo que significa que según va aumentando la distancia desde la fuente de radiación, la radiación UV va perdiendo efectividad muy rápidamente, motivo por el cual el objeto a desinfectar debe estar lo más cerca posible del emisor.

Como los virus, incluso el SARS-CoV-2, se transmiten normalmente por el aire, parece aconsejable el uso de los ledes UVC en sistemas de aire acondicionado. Aparte de la tasa de reducción requerida, también hay que tener en cuenta la velocidad y la geometría del flujo de aire.

La luz con una longitud de onda de 254 nm ha demostrado ser particularmente efectiva al matar microorganismos, aunque cuando se aplica directamente, puede ser perjudicial para la piel y los ojos. Por el otro lado, la luz ultravioleta lejana (“far UVC” de 207 a 222 nm) también elimina la mayoría de los patógenos en el aire sin dañar el tejido humano expuesto.

Desinfección de superficies

Otros virus y bacterias también se transmiten a través de las superficies, como es el caso de influenza, norovirus, rotavirus, Streptococcus y Salmonella. A la hora de esterilizar superficies grandes, un producto adecuado podría ser, por ejemplo, el led UVC PU35CL1.0 de baja potencia de Lextar con salida de 2–4 mW y 20 mA, que también se puede usar al pasteurizar bebidas, empaquetar alimentos con propiedades antibióticas y esterilizar cepillos de dientes.

Para instalaciones de menor escala, Bolb ha introducido el led UVC S3535-DR100-W272-P40 de media potencia con diseño compacto (3,5 x 3,5 x 0,9 mm³). Con un consumo de DC de 40 mW y una corriente de sólo 100 mA, se distingue por tener el consumo más bajo de la industria con la menor salida de calor.
En el segmento de la alta potencia, Bolb ha incorporado el led UVC S6060-DR250-W272-P100 a su oferta, el componente más potente con un consumo de energía DC de 100 mW a 250 mA.

Los ledes UVC de Bolb están especialmente indicados para el tratamiento de agua potable y la desinfección del agua en piscinas o RV, así como para aquellas aplicaciones que impliquen requisitos de intensidad de irradiación más estrictos (W/m²) aplicables en campos como sistemas de filtración industrial, purificadores de aire, cajas de desinfección de equipos médicos y aspiradores.

Criterios de selección para los ledes UV

Un criterio de selección importante para los ledes UV es el ángulo del haz, requiriéndose determinados ángulos de haz en ciertas aplicaciones. Los ledes UVC de Bolb tienen un ángulo de haz de 150 °, que se puede concentrar todavía más usando lentes de Ledil en función de las necesidades. Debido a que esto reduce la superficie irradiada, también crece la energía de radiación por metro cuadrado, lo que significa que el tiempo de exposición requerido disminuye al aplicar la misma salida de energía. Las diferentes lentes UV con cristales compatibles permiten que la salida de irradiación se pueda escalar fácilmente para los diferentes propósitos. Para su lente UV, Ledil utiliza un grado especial de silicona que es especialmente compatible con las longitudes de onda UVC y unos reflectores de aluminio que son muy reflexivos con todas las longitudes de onda UV, adecuándose así a las aplicaciones de desinfección.

Otros criterios de selección para los ledes UV incluyen los estándares UV nacionales, la reflectividad en materiales diferentes (Figura 3), los controladores de gestión de calor, el consumo de energía y la ley de la inversa del cuadrado, que establece cómo la intensidad de un haz disminuye con el aumento de la distancia desde la fuente de la luz.
El emisor superficial Blazar de Bolb cumple muchos de dichos criterios. Este módulo UVC con 25 ledes (5×5) y un reflector de 55 ° alcanza una salida efectiva de 2 W con un consumo de energía de 1,25 A.

Los ledes multi-UV ya se encuentran en fase de desarrollo. Con un chip de longitud de onda dual, pueden ofrecer múltiples longitudes de onda UV como, por ejemplo, UVA y UVC, convirtiéndose fundamentalmente en un arma “multiusos” en la lucha contra los virus, las bacterias y otros patógenos.
Figura 1: Las longitudes de onda de los ledes UVC son más eficaces donde el Cryptosporidium —y otros virus y bacterias— reaccionan de manera más sensible a ellos. Fuente: Stanley

Figura 2: Led UVC de elevada salida – alta potencia de Bolb con 100 mW a 250 mA, con y sin montura. Fuente: Bolb

Figura 3: Los materiales diferentes reflejan los rayos UV a niveles diferentes. Este aspecto debe tenerse en cuenta en la fase de diseño.

Un enfoque estratégico para combatir los patógenos

Los ledes UVC se desarrollaron originalmente para luchar contra los microorganismos resistentes a múltiples fármacos como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SARM – MRSA). Las pruebas exhaustivas también demuestran que los LED UVC pueden utilizarse con gran eficacia para combatir los virus. Los virus sólo se reproducen con la ayuda de un receptor. Infectan una célula y la vuelven a programar usando su propio ácido  ribonucleico (ARN – RNA). Como los nuevos virus producidos infectan a otras células, este proceso de reproducción destruye la célula del receptor. La luz de onda corta (UVC) y alta energía es absorbida por el ARN del virus, lo que provoca la destrucción de la información genética y hace que el virus no pueda propagarse ni infectar aún más células.