Проблемы общественного здравоохранения, связанные с пандемией SARS-CoV-2 и предшествующими эпидемиями, включая SARS-CoV-1, MERS, лихорадку Эбола и грипп, подчеркивают научные и инженерные ограничения в применении технологий УФ-дезинфекции. Ограниченное понимание критических аспектов УФ-излучения может объяснить некоторые из широких вариаций, обнаруженных в рецензируемой литературе о реакции вируса на УФ-излучение. Например, в широко цитируемых публикациях по УФ-дезинфекции и повторному использованию масок N95 сообщается, что дозы УФ-излучения (мДж / см 2 ) необходимы для достижения 4-логарифмической инактивации вируса гриппа A подтипа H1N1, которые варьируются более чем на три порядка. 1-3 Точно так же в литературе по распространенному суррогату бактериофага, MS-2, сообщается о дозах от 46 до 120 мДж / см 2, чтобы продемонстрировать 4-логарифмическую инактивацию. 3,4  Опыт IUVA с УФ - дезинфекции аденовируса продемонстрировал УФ дозы между 120 мДж / см 2 и 240 мДж / см 2 были необходимы для достижения инактивации 4-лог.

3,5  Тем не менее, Центры по контролю и профилактике заболеваний (CDC), Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH), Агентство по охране окружающей среды (EPA) и другие государственные и частные организации продвигают использование УФ-дезинфекции для различных предметов, начиная от средств индивидуальной защиты. оборудование (СИЗ) (например, маски N95) на поверхности медицинских учреждений, включая отделения интенсивной терапии и хирургических кабинетов, а также машины скорой помощи для подачи питьевой воды.6-9 Общественность обычно использует потребительские товары с УФ-излучением, созданные, в лучшем случае, с неполным пониманием того, как обеспечить эффективную УФ-дезинфекцию. Если рассматривать все это в практическом контексте, прогнозируется рост мирового рынка оборудования для УФ-дезинфекции с 2,9 млрд долларов США в 2020 году до 5,3 млрд долларов США к 2025 году. 10 Эти различия указывают на необходимость стандартизированных протоколов проверки УФ-технологий для УФ-технологий.

при нанесении на воздух или поверхности для дезинфекции. В конечном счете, распределение дозы будет определять эффективность любой системы УФ-дезинфекции. Для дезинфекции воздуха это будет регулироваться взаимодействием между механикой жидкости и полем плотности потока энергии.   Для дезинфекции поверхности взаимодействие поля плотности потока энергии, оптических свойств материала поверхности и текстуры поверхности («затенение»), вероятно, будет определять распределение дозы. Поверхности также будут обладать различными характеристиками, включая гидрофобность, фотохимические или фотокаталитические свойства и т.

Д., Которые могут влиять на эффективность дезинфекции поверхности. Валидацию УФ-технологии для дезинфекции воздуха или поверхностей можно разделить на четыре основные области: система УФ-лампы и правильный выбор и калибровка радиометрических систем для измерения УФ-излучения геометрия или сложная оптика между системой УФ-лампы и целевым патогеном и способность точно моделировать это поведение с помощью современной трассировки лучей УФ-пропускающая способность среды между системой УФ-лампы и целевым патогеном микробиологические аспекты системы, поскольку они связаны с чувствительностью целевого патогена или подходящего суррогатного тестового организма (ов) к дозе УФ и / или длинам волн УФ, когда выполняется биодозиметрическая валидация УФ систем Система УФ-лампы В коммерческих устройствах можно использовать широкий спектр УФ-ламп, включая, помимо прочего, ртутные лампы низкого давления (LP) или высокого давления (LPHO), ртутные лампы среднего давления (MP), УФ-светодиоды. с различной длиной волны, эксимерные лампы и импульсные УФ-лампы. Кроме того, протокол проверки должен обеспечивать гибкость и адаптироваться к новым лампам, которые неизбежно будут разработаны и выйдут на рынок в будущем.

Протокол валидации должен точно идентифицировать лампы в системе по конкретному производителю и серийному номеру, чтобы обеспечить основу для справки. В протоколе также должны быть указаны условия эксплуатации лампы (например, мощность и / или количество работающих ламп), которые необходимо проверить.  Измерение выходных спектров лампы и итоговой освещенности (плотности потока энергии) на каждой длине волны в соответствующей облучаемой трехмерной геометрии также является важной частью валидации. Этот процесс можно усовершенствовать и оптимизировать с помощью современных численных методов и использования программного обеспечения для трассировки лучей, при условии, что установлены соответствующие протоколы и даны инструкции. Результирующая карта освещенности - это функция, которая непосредственно позволяет рассчитать распределение дозы УФ-излучения, подаваемой УФ-системой, как функцию времени пребывания воздуха или поверхности в заданном месте, при этом также учитывая ранее упомянутые факторы, такие как характеристики поверхности.

. Такие факторы, как старение УФ-лампы и загрязнение, также должны быть приняты во внимание при валидации, и может потребоваться изолировать (отфильтровать) желательные длины волн, одновременно предотвращая нежелательные длины волн. Если отфильтрованный источник УФ-излучения является критической частью успеха данной системы, подлежащей проверке, протокол должен учитывать характеристики используемых фильтров. Оптическая геометрия УФ-системы Устройства и приложения для УФ-дезинфекции часто включают сложную оптическую систему, которая должна быть хорошо охарактеризована в отношении пропускания, отражения, преломления и поглощения света. Методы, используемые для проверки оптической системы, будут зависеть от типа УФ-излучателей - будь то обычные УФ-лампы или системы, включающие различные наборы УФ-светодиодов, импульсные УФ-источники или плазменные лампы.

Для обычных УФ-ламп, которые являются по существу цилиндрическими излучателями, уменьшение УФ-излучения с расстоянием хорошо изучено и может быть адекватно предсказано для простого случая с оптическими поправками к уравнению Кейтца, предоставленным Яворовичем. 11 Эти приближения из первого принципа полезны при оценке дополнительных усилий по моделированию с использованием численных методов трассировки лучей. Хорошо известно, что геометрия имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы доставляемое излучение и результирующее распределение дозы УФ-излучения можно было точно спрогнозировать во всех точках обрабатываемой области. Рекомендуется использовать хорошо разработанные численные методы трассировки лучей и откалибровать их с помощью измерений УФ-излучения, а затем периодически проверять с помощью проверок освещенности во время работы УФ-системы. Пример такого подхода к обеззараживанию воздуха, особенно воздуха в верхних помещениях, был предоставлен Яном и другими.

12-14 Кроме того, для проверки системы обеззараживания воздуха способность точно моделировать воздушный поток и перемешивание будет играть решающую роль в калибровке и проверке моделей для прогнозирования заданного распределения дозы УФ-излучения как функции времени и пространства. При разработке протоколов валидации для УФ-дезинфекции поверхностей возникает значительная сложность из-за широкого спектра возможных текстур поверхности и / или геометрии предметов, для дезинфекции которых используются коммерческие и потребительские средства УФ-дезинфекции. Оригинальное исследование, представленное Jaffe et al. 15 на конференции IUVA Americas в 2020 году продемонстрировали «эффект стены каньона». Рассмотрим минимально текстурированную поверхность с «впадиной» глубиной всего 1/10 человеческого волоса, или около 10 микрон.

Размер вируса SARS-CoV-2 составляет 0,15 мкм. Это эквивалент человека, лежащего на спине, загорающего в каньоне с 1000-футовыми стенами. Подобно тому, как утреннее солнце не может достигать дна каньона, УФ-излучение, нанесенное перпендикулярно поверхности, не проникает в щели текстурированной поверхности, обеспечивая выживание микробов. Jaffe et al.15 показали, что УФ-С от ламп, ориентированных горизонтально (параллельно) над горизонтальной поверхностью, более чем в 500 раз более бактерицидным, чем те же лампы, ориентированные вертикально (перпендикулярно), при той же дозе УФ-излучения, времени и расстоянии до горизонтальной поверхности.

Исследование Simmons et al. 16 сообщили об эффективности вертикально ориентированного УФ-устройства в деактивации SARS-CoV-2 на испытательных поверхностях, «расположенных вертикально так, чтобы быть параллельными лампе» на расстоянии 1 м. Поверхности для испытаний, расположенные горизонтально перпендикулярно лампе, куда с большей вероятностью попадут вирусные частицы, показали бы в сотни раз меньшую эффективность, экстраполируя Jaffe et al. 15 выводов. Симмонс и др.

В публикации 16 не сообщалось о данных о снижении вируса на горизонтальных испытательных поверхностях. Будущие исследования по валидации устройств должны включать горизонтальные испытательные поверхности, чтобы обеспечить интерпретацию и применимость в реальных условиях. В дополнение к этим поверхностным аспектам, изделия могут иметь геометрическую форму: от ключей от машины до лицевых щитков до N95 FFR и других. Может оказаться невозможным выбрать консервативный суррогатный предмет или продукт для валидации УФ-устройства для широкого круга приложений, что предполагает, что УФ-устройства могут нуждаться в валидации для конкретных предметов, которые они собираются продавать для дезинфекции.    Учитывая немедленную необходимость применения УФ-излучения для дезинфекции FFR N95 и их эквивалентов, приоритетной задачей будет разработка конкретного подхода к валидации этих продуктов.

Эта сложность поддается биодозиметрическому подходу с использованием подходящего тестового организма или тестовых организмов. Испытуемые организм (ы) используются для построения кривых реакции на дозу УФ в тщательно контролируемом эксперименте с коллимированным пучком. Эти кривые будут аналогичны типичным стандартным кривым, разработанным для химического анализа. Далее, биодозиметрический подход будет включать обработку (инокуляцию) предмета, подлежащего дезинфекции, с помощью тестируемого организма в виде аэрозоля с достаточно высоким титром, чтобы гарантировать экспериментальное определение желаемой логарифмической инактивации. Шаги и протоколы биодозиметрии должны быть тщательно определены и протестированы, чтобы гарантировать валидацию наихудшего сценария и гарантировать, что существует конкретная, воспроизводимая процедура посева, которая является практичной и актуальной.

Первоначальное количество организмов будет определяться контрольными прогонами, в которых предпринимаются шаги для обеспечения постоянства всех экспериментальных условий, но применяется доставляемое УФ-излучение и, следовательно, УФ-доза, равная нулю или ниже обнаружения. Тщательно разработанные и проанализированные средства управления имеют решающее значение для достоверности процесса, а также будут определять минимально обнаруживаемую производительность, поскольку определенная потеря жизнеспособных организмов будет количественно определена во время контрольных прогонов, и это необходимо учитывать при составлении отчетов об общей производительности УФ-системы. В отчете о валидации УФ-системы должны быть указаны результаты контроля, экспериментальные результаты и измеренные значения УФ-логарифмической инактивации и / или процента инактивации для конкретных протестированных организмов. Опыт валидации при разработке EPA UVDGM 17 предполагает, что в валидационном исследовании должны использоваться как минимум два репрезентативных организма, охватывающих практический диапазон чувствительности к ультрафиолету. УФ пропускание Практически во всех УФ-приложениях решающее значение имеет коэффициент пропускания УФ-излучения (UVT).

В литературе признается, что некоторые предпочитают работать с математически связанным УФ-поглощением. Преобразование из одного в другое относительно просто, и в этой статье повсюду будет использоваться UVT. С момента генерации фотона УФ-С можно оценить учет УФТ для каждого слоя, через который он проходит.   Для практической простоты обсуждение во время валидации обычно начинается после того, как внутренние компоненты УФ-лампы - покрытие на стекле и / или гильзы ламп - уже учтены в первоначальных измерениях, сделанных по показаниям УФ-радиометра, записанным на внешней поверхности лампы / гильзы. На изменение освещенности влияет расстояние, общая оптическая геометрия и УФТ воздуха могут быть учтены путем проверки УФ-излучения с помощью радиометра на поверхности облучаемого объекта.

   Экспериментальные условия также должны поддерживать постоянную температуру и постоянную относительную влажность (RH), чтобы избежать искажения результатов валидации. Проверочные эксперименты, как минимум, следует проводить при наихудшей температуре и относительной влажности. Сложность увеличивается один раз на поверхности объекта, поскольку УФ-фотоны должны затем пройти через поверхностный слой, такой как капля, и, если применимо, через различные слои пористой поверхности. Работа Baribeau 18 и др. Показала, что отложения на поверхности таких веществ, как слюна, остатки средств для здоровья и красоты (например, косметики или солнцезащитного крема) или кристаллы соли от высушенного потоотделения, могут оказывать большое поглощение УФ-излучения и значительно влиять на эффективность УФ-дезинфекция.

В литературе часто обсуждается важность распределения размеров капель в аэрозолях, осаждаемых на поверхности. 8, 19 Ограниченное количество исследований также косвенно обращалось к важности химического состава или UVT самой капли путем варьирования состава капли от чрезвычайно чистой лабораторной воды до разнообразных натуральных или искусственных слюн, экстрактов говядины и т. Д. Протокол валидации должен определять воспроизводимый подход к приготовлению состава капель. В некоторых случаях получение достаточно высокого титра тестируемых организмов приведет к получению капли с относительно низким УФ-излучением; это должно быть задокументировано и учтено в отчете об испытаниях.

Точно так же эксперименты касались различных типов загрязнения или окрашивания поверхностей, влияющих на пропускание УФ-излучения. Рекомендуется, чтобы в протоколе валидации использовался стандартный подход к загрязнению испытательной поверхности, чтобы представить диапазон условий или, как минимум, наихудшее состояние. Эффективное количество проверочных экспериментов должно поддерживать эти независимые переменные постоянными во время тестирования или изменять их в согласованном практическом диапазоне, чтобы учесть влияние на требуемую дозу УФ-излучения, необходимую для достижения данной логарифмической инактивации. Микробиологические аспекты Установление реакции на УФ-дозу и спектров УФ-действия 20 для целевого патогена имеет решающее значение, но сложность этих усилий, особенно для новых патогенов, может занять значительное время из-за опасностей BSL-3 и других факторов. Поэтому первоначальная работа часто выполняется с использованием соответствующих суррогатов.

После того, как в лабораторных исследованиях будут установлены надежные, статистически обоснованные корреляции между целевым патогеном и несколькими соответствующими суррогатами, При валидации УФ-устройств обычно используются суррогаты для снижения рисков для персонала и затрат на проверку УФ-устройств. Кроме того, суррогаты, которые можно недорого вырастить до высоких титров и которые легко обрабатывать, часто упрощают проведение крупномасштабных проверок. Для целевых патогенов или суррогатов тщательно контролируемые лабораторные эксперименты по реакции на дозу УФ-излучения часто сначала проводят при 254 нм (или другой подходящей единственной длине волны), а затем, из-за стоимости и сложности, спектры действия патогена во всем практическом бактерицидном диапазоне ( 200 нм и 280 нм, при этом в некоторых исследованиях сообщается о важности изучения воздействия длин волн до 300 нм для захвата значительной мощности УФ-ламп MP или УФ-светодиодов в этом диапазоне). Литература по УФ-валидации предполагает, что часто разумно уменьшить неопределенность в определениях RED, используя два суррогатных организма, которые имеют тенденцию ограничивать диапазон доза-ответ целевого патогена. Этот подход хорошо совпадает с текущими рекомендациями FDA по проверке УФ-ДЕКОНА масок N95, которые обсуждают 3-логарифмическую инактивацию вируса и 6-логарифмическую инактивацию спор и микобактерий.

Типичные суррогаты, которые использовались при УФ-валидации, включают споры B. subtilis , широкий спектр бактериофагов с наиболее часто используемым MS-2. Хотя это несколько противоречит здравому смыслу, УФ-проверки могут вызвать значительную погрешность КРАСНОГО, если суррогат гораздо более устойчив к УФ-излучению, чем целевой патоген. Это связано с тем фактом, что распределение дозы УФ-излучения устройства, подлежащего валидации, является ключевой характеристикой, которая проходит валидацию. При тестировании воздуха и поверхностей существуют практические экспериментальные подходы, связанные со статистическим дизайном того, как и где отбирать образцы, или использование двух суррогатов, которые ограничивают чувствительность целевого патогена к УФ-излучению, могут использоваться для уменьшения смещения RED.

В любом случае это важное соображение, которое необходимо учитывать при разработке процедуры валидации. Рассмотрение спектров действия и смещения RED подчеркивает важность тщательного выбора суррогатов теста. В идеале испытуемые суррогаты должны иметь УФ-доза-реакцию и спектры действия, которые близко имитируют целевой патоген или используют два суррогата, которые ограничивают его диапазон. Опыт показывает, что использование вирусных суррогатов является лучшим выбором, когда организм-мишень представляет собой вирус, а не использование бактериальных спор в качестве суррогата вируса и наоборот. Дополнительное руководство по валидации После проведения всех необходимых экспериментов цель состоит в том, чтобы подготовить краткий отчет о валидации с подробным описанием конкретного устройства, материалов и методов, использованных при валидации, диапазона рабочих условий (доза УФ-излучения, относительная влажность, тип обрабатываемого предмета или продукта) для достижения заданный журнал инактивации конкретного патогена-мишени (например, кредит инактивации вируса).

В отчете также должны быть подробно изложены выводы, рекомендации и ограничения валидации. Важным элементом, который необходимо подробно описать в отчете, является то, какие условия или изменения в проверенном устройстве потребуют повторной проверки. Сюда могут входить такие элементы, как изменение типа продукта, обрабатываемого УФ-устройством, значительное изменение типов или расположения УФ-ламп, отражающих поверхностей или общей оптической геометрии работы системы (например, изменение расстояния от поверхность лампы к поверхности дезинфицируемого предмета или продукта). Доказано, что доза УФ-излучения экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния от источника УФ-лампы. Этот технический документ был рассмотрен разнообразной группой членов Международной ассоциации по ультрафиолетовому излучению (IUVA), чтобы обеспечить научную точность и справедливое представление общего консенсуса; тем не менее, он не обязательно отражает единодушное согласие всех членов IUVA, и предназначен для того, чтобы быть динамичным и живым документом, реагирующим на последнюю доступную рецензируемую информацию.