חיטוי אווירי בעזרת אור אולטרה-סגול יכול לעזור למניעת התפשטות COVID-19 בבניינים

כעת, שכלכלות העולם יוצאות מסגר אשר הוטל ע”י מגפת ה-COVID-19, קיים צורך דחוף באומדן ההתאמה של טכנולוגיות ידועות לצורך מיגור התפשטות COVID-19 בחללים סגורים, כדוגמת בניינים. מחקר היתכנות זה בוחן את שיטת חיטוי האוויר העליון בחדרים ע”י אור אולטרה-סגול (UV), אשר כבר הוכיחה את יעילותה במניעת התפשטות מחלות אווירניות, כדוגמת חצבת ושחפת.

תוך שימוש בנתונים מפורסמים ממגוון מקורות, הודגם כי ווירוס ה-SARS-CoV-2, אשר גורם למחלת ה-COVID-19, הוא בעל סבירות גבוהה להיות רגיש לנזקי UV בעודו שוהה באוויר אשר הוקרן ב-UV-C ברמות אשר מוגדרות כבטוחות ומתאימות לשימוש באזורים העליונים של חדרים. זאת בזמן שבני אדם שוהים בחדר. גם המצב הצפוי וגם המצב הגרוע ביותר נבחנו ע”מ להראות את היעילות של גישת חיטוי האזורים העליונים בחדרים ע”י UV-C, לצורך מניעת התפשטות אווירית של COVID-19 בחלל סגור בגובה בינוני אך מספיק. מוצג דיון אודות השיטות לניתוח וההבדלים בין רגישות הוירוס ל-UV-C כאשר הוא בארוסולים לבין מצב בו הוא נמצא בנוזל או על גבי משטח.

קלייב ב. בגס, מכללת קרנגי לספורט, אוניברסיטת בקט בלידס, הממלכה המאוחדת
אלדד ג׳ אביטל, המכללה להנדסת חומרים, אוניברסיטת קווין מרי, לונדון, הממלכה המאוחדת

  1. מבוא

מאז התפרצות ה-COVID-19 בינואר 2020, התפתח עניין משמעותי בשימוש באור אולטרה-סגול (UV) לצורך חיטוי פלזמת דם, ציוד, ואוויר, בתקווה שבכך תפחת התפשטות המחלה. באופן ספציפי, הקרנת UV קוטל חיידקים קרוב לתקרות של חדרים (UVGI), טכנולוגיה אשר מחטאת את האוויר בחדרים, הוצעה בתור שיטה פוטנציאלית אשר יכולה להיות יעילה כנגד COVID-19. UVGI באזורים עליונים של חדרים משתמשת באור UV-C באורכי גל אשר קרובים ל-254 ננומטר ע”מ ליצור שדה הקרנה מעל לראשים של השוהים בחדר, אשר מחטא חיידקים אווירניים ווירוסים אשר נמצאים באוויר. מכיוון שאור UV-C מזיק לבני אדם, מערכות אלו משתמשות בווסת זרמים אשר מסיטות את מנורות ה-UV מטווח הראייה כדי שהשוהים בחדר יישארו בטוחים. בשל כך, UVGI בתקרות חדרים מהווה טכנולוגיה מבוססת היטב, אשר הוכיחה את עצמה כיעילה לבריאות הציבור במניעת התפשטות מחלות אווירניות כדוגמת חצבת ושחפת בבניינים.

בהינתן כי COVID-19 יכולה להתפשט דרך נשימת טיפות קטנות באוויר אשר מכילות את ווירוס ה-SARS-CoV-2, וכי מספר מחקרים דיווחו על הימצאות דגימות רנ”א וויראלי מדגימות אוויר בבתי חולים, קיימת סיבה טובה להאמין כי UVGI באזורים העליונים של חדרים יכול להיות יעיל בניטרול וויריונים של SARS-CoV-2 באוויר, ובכך להפחית את התפשטות COVID-19 בבניינים ובחללים סגורים אחרים. עם זאת, יש בזאת להניח כי הטכנולוגיה מסוגלת לתת מינוני הקרנות גבוהים מספיק כדי לנטרל ווירוני SARS-CoV-2 בטיפות נשימה אשר נמצאות באוויר, דבר אשר טרם הוכח. בהינתן זאת, ובהינתן הצורך העז בפיתוח דרכים לשבור את שרשראות ההדבקה המקושרות ל-COVID-19, עיצבנו מחקר היתכנות קצר אשר מדווח כאן, ע”מ לבחון האם UVGI באזורים עליונים של חדרים יכול להוות טיפול יעיל כנגד התפשטות COVID-19.

2. שיטות

2.1 תיאוריה

בכל נקודת זמן, כמות ניטרול הוירוס (החיטוי) אשר הושגה לכל הקרנת UV (הקרנה) יכולה להיות מתוארת תוך שימוש במשוואת הדעיכה מסדר ראשון הבאה:

 (1) Nt = N0 x e -z. E. t

כאשר: N0 ו-Nt הם מספר החלקים הוויראליים הוויאביליים (ויריונים) בזמן אפס וזמן t שניות, בהתאמה. Z הוא קבוע הרגישות ל-UV של הווירוס (m2/J). E הוא זרימת הקרינה (הקרנה) (W/m2). ו-t זה זמן בשניות. מינון קרינת ה-UV אשר התקבל ע”י הווירוס הוא:

(2) H = E x t

כאשר: H הוא מינון קרינת ה-UV הנצפה (J/m2). תוך שימוש בשתי המשוואות 1 ו-2, וארגון מחדש, נוכל למצוא את הערך של Z:

(3) (Z = -1 H x ln (Nt/N0) = -1/H x ln(f

כאשר: f היא פרקציית השרידות.

מכיוון שהיחס בין מינון UV לבין הלוגריתם הטבעי של פרקציית השרידות הוא לינארי לרוב הזנים הוויראליים, זה אומר שההתנהגות של כל ווירוס נתון אשר נחשף לאור UV-C יכולה להיות מתוארת ע”י הערך Z, ללא קשר למינון ה-UV אשר היה בשימוש בפועל. בשל כך, לכל זן וויראלי נתון, אם הערך Z ידוע, אזי ניתן לנבא בדיוק סביר כיצד הוירוס יתנהג כאשר ייחשף למינון UV-C נתון בכל קונטקסט. מיקרובים אשר מדגימים ערכי Z גדולים יותר, רגישים יותר לנזקי UV, בעוד שאלו בעלי ערכי Z נמוכים יותר קשים יותר לניטרול.

גרפים של ניטרול ע”י UV, לרוב הזנים הוויראליים, נראים כקווים ישרים, למרות שחלק עלולים להדגים עקומות. למרות זאת, המודל המתואר במשוואה (1) עדיין מהווה אומדן טוב לרוב הזנים הוויראליים, עד לנקודה בא ה’מטרה’ הופכת לרוויה בפוטונים של UV. בנקודה זו, מכיוון שכל הוויריונים כבר נוטרלו, העלאת מינוני ה-UV לרמה גבוהה יותר היא נטולת השפעה נוספת ולכן היחס הלינארי בין מינון ה-UV לבין לוג ההפחתה, הופך ללא מצומד, וכתוצאה מכך ערך ה-Z כבר לא תקף.

במקום לכמת את ניטרול ה-UV במונחים של פרקציית שרידות, חוקרים רבים, בייחוד אלו אשר עובדים בתחום הביולוגיה, מתארים את הפחתת מספר המיקרובים במונחים של לוג הפחתה, אשר אותו ניתן להמיר לפרקציית שרידות כדלקמן:

(4) F = 1 10A

כאשר: A הוא ה-log10 הפחתה במספר הוויריונים הוויאביליים.

באופן ספציפי, ביחס ל-UVGI בחלקים העליונים של חדרים, ברגע שערך ה-Z התקבל למיקרוב המטרה, ניתן לקבוע את זרימת ההקרנה הדרושה לצורך חיטויו, תוך שימוש במתודולוגיה אשר תוארה במחקר של בגס וסליי. שיטה זו משתמשת בהנחה כי אוויר החדר מעורבב היטב, וזוהי הנחה סבירה ברוב המקרים. אם זהו המקרה, אזי זמן שהות החלקיקים הממוצע, tres (בשניות) בחלל החדר יהיה:

(5) Tres = 1 n x 3600

כאשר: n הוא קצב איוורור החדר בשינויי אוויר לשעה (AC/h). ממשוואה מספר (5), ניתן להניח כי זמן שהות החלקיקים הממוצע בשדה ה-UV בחלקים העליונים של החדר, tuv (בשניות), יהיה:

(6) Tuv = tres x huv hr

כאשר: hr הוא גובה החדר מהרצפה לתקרה (m), ו-huv תלוי בעומק אזור החלק העליון בו מוקרן ה-UV (m).

מכיוון שערכי Z לרוב נקבעים באופן ניסויי תוך שימוש במיקרובים אשר נמצאים בנוזלים או על גבי משטחים, יש צורך בתיקון ערך ה-Z לשימוש במערכות UVGI באזורים עליונים של חדרים, כדלקמן:

(7) Zur = Z x cur

כאשר: Zur הוא ערך ה-Z האפקטיבי לחלקים העליונים של חדרים (m2/J), ו-cur הוא קבוע התיקון. כך, אם נניח שהאוויר בחדר מעורבב היטב, תוך שילוב משוואות 2, 3 ו-6, ניתן לחשב את זרימת ההקרנה הממוצעת, Er, אשר נחוצה לצורך קבלת פרקציית שרידות רצויה, fr:

(8) (Er = -1 (Zur x tuv) x ln(fr

לחילופין, ניתן לחשוב על החיטוי אשר הושג ע”י ה-UVGI באזורים העליונים של החדר כעל מקביל לשינויים נוספים באוויר בחלל החדר. במצב זה, קבוע קצב ה-UV, kuv, אשר עליו ניתן לחשוב כעל מקביל לקצב שינוי אוויר לשניה, ניתן לחישוב, תוך שימוש במשוואה:

(9) Kuv = Zeff x E x huv hr

כך, בחדר מאוורר אשר בו הזיהום נפסק בזמן אפס, אנו יכולים להשתמש גם בקבוע קצב ה-UV, kuv, ובקבוע קצב, kv, לאיוורור (כלומר, n/3,600), ע”מ ליצור מודל דעיכה לחלל החדר:

(10) Ct = C0 x e – (kv + kuv + kd) t

כאשר: C0 ו-Ct הם הריכוזים של החלקיקים הוויראליים הוויאביליים בחלל החדר (וויריונים/m3) בזמן אפס ובזמן t בשניות, בהתאמה. Kv הוא קבוע קצב האיוורור. Kd הוא קבוצה קצב הריבוץ החלקיקי (כלומר, 0.0014 s-1) ו-t הוא זמן בשניות.

2.2 ניתוח הנתונים המפורסמים

חיפוש הספרות המדעית הרלוונטית בוצע ע”מ לזהות נתונים מפורסמים אשר קשורים להקרנת UV על גבי שלושה ווירוסים של קורונה אשר קרובים אחד לשני: SARS-CoV-2, הגורם ל-COVID-19, SARS-CoV-1, הגורם ל-SARS, ו-MERS-CoV, הגורם ל-MERS.

מכיוון שהשיטות הניסויות בהן היה שימוש במגוון מחקרי ה-UV היו מאוד מגוונות, בנוסף גם לרמת הפירוט בדיווח, היה צורך באימוץ גישה מתוקננת כדי שהשוואות תקפות יוכלו להיעשות. לכן הוחלט כי, במקום לאמוד ערכי Z ל-log one הפחתה נומינלית (כלומר, D90) כפי שעשו אחרים, אנו השתמשנו בערכי ההפחתה בלוג ובמינוני ה-UV אשר דווחו במחקרים ע”מ לחשב את ערכי ה-Z המתאימים תוך שימוש במשוואה 3. בשל כך, יכולנו להשתמש בתוצאות המחקרים אשר אחרת, היינו צריכים להוציא מניתוחי המחקר, מכיוון שהפחתות בלוג היו שכיחות בהרבה. כאשר החוקרים ביצעו ניסויים בטווח רחב של מינוני UV, חישבנו את ערך ה-Z לשני מינוני UV, מינון אחד קרוב לתחילת תהליך הניטרול ומינון שני רגע לפני נקודת הרוויה.

ע”מ להשוות את ערכי ה-Z של ווירוסי הקורונה השונים לאלו של וווירוס השפעת, השתמשנו בתוצאות ניסוייות אשר הוצגו ע”י היימבוך וחרניש, אשר הקרינו חומר אשר הודבק ב-SARS-CoV-1 ו-MERS-CoV, בנוסף לארבעה זני שפעת, דבר אשר איפשר לנו השוואות ישירות בין הזנים הוויראליים השונים.

2.3 הערכת ערך Z אפקטיבי ל-SARS-CoV-2 אווירני בחלקים העליונים של חדרים

ע”מ להעריך את הדרך שבה SARS-CoV-2 יתנהג בנוכחות של UV-C כאשר הוא נמצא באוויר, סקרנו את הספרות הזמינה בנושא במטרה להעריך את ערך הקבוע, cur במשוואה (7), בו השתמשנו לאחר מכן כדי להעריך את ערך ה-Z האפקטיבי לחלקים העליונים של החדר, Zur. על מנת לייצג את חוסר הוודאות הקשורה לכך, השווינו בין ערכי Z אפקטיביים של ווירוני קורונה אווירניים אשר עליהם דווח בספרות, לבין ערכים אשר חושבו ל-SARS-CoV-1 בנוזלים ע”מ לחשב את טווח הערכים האפשריים של cur.

2.4 חישוב זרימת הקרנת ה-UV הדרושה לחלקים עליונים של חדרים

לאחר שחישבנו את ערך ה-Zur ל-SARS-CoV-2 מהספרות, השתמשנו במשוואות 6 ו-8 כדי להעריך את זרימת ההקרנה הממוצעת לחלקים העליונים של החדר אשר דרושה ע”מ להגיע ל-50-90% הפחתה בוויריונים אווירניים של SARS-CoV-2 (דרך פעולתה של UV-C בלבד) בחלל חדר במידות 4.2 x 4.2 x 2.5 בטווח של קצבי איוורור. מידות אלו נבחרו מכיוון שהן שגרתיות בהתקנת UVGI בחלקים עליונים של חדרים, בהם גובה המנורות הוא 2.1 מטרים מעל לרצפה. במודל שלנו, הנחנו כי האוויר מעורבב לחלוטין, כלומר עפ”י משוואה 6, חלקיקים אווירניים ישהו בממוצע 16% מזמן השהות שלהם בחדר באזור ה-UV.

בנוסף לחישוב זרימת ה-UV הדרושה, רצינו גם לדעת כיצד ההתקנה הסטנדרטית של ה-UV בחלקים העליונים של החדר תעבוד כאשר תיתקל ב-SARS-CoV-2. בהתאם לקווים המנחים אשר הוצגו במחקר של פירסט, הנחנו שהחדר מכיל התקנת 30 W בודדת ל-UV אשר מסוגלת להביר זרימה ממוצעת בחלקים העליונים של החדר של 50 מיקרו-וואט/ס”מ בריבוע, ומידלנו את הביצועים שלה במונחים של קצב איוורור מקביל תוך שימוש במשוואה 9.

3. תוצאות

3.1 ניתוח הספרות המפורסמת

למרות שלא נמצאו מחקרים אשר בדקו באופן ספציפי ניטרול של SARS-CoV-2 תוך שימוש באור UV-C, שלושה מחקרים נמצאו אשר השתמשו בשילוב של אור UV-A ו-UV-B (270-360 ננומטר), יחד עם ה-photosensitiser, ריבופלאבין, לצורך חיטוי SARS-CoV-2 ו-MERS-CoV בתוצרי דם. למרות שמחקרים אלו לא השתמשו באור UV-C, הוחלט לדווח על תוצאות מחקרים אלו כאן על מנת לערוך השוואות ישירות בין SARS-CoV-2 לבין MERS-CoV. מחקר הקרנת ה-MERS-CoV שבוצע ע”י בדל ונוספים נכלל לצורך השלמת התמונה המלאה, למרות שהחוקרים לא דיווחו על מינון ה-UV אשר התקבל ע”י הוירוס, דבר אשר לא מאפשר את חישוב ערך ה-Z במחקר זה.

מערכי ה-Z המחושבים ניתן לראות כי ערכי ה-Z של ווירוס ה-MERS-CoV היו דומים בגודלם לאלו של SARS-CoV-1 (UV-C) ושל SARS-CoV-2 (UV-A ו-UV-B). בהקרנת UV-C, ערך ה-Z הממוצע ל-SARS-CoV-1 היה 0.00489 (SD = 0.00611) מטר בריבוע/J, בעוד שזה של MERS-CoV היה 0.00020 (SD = 0.00009) מטר בריבוע/J ו-0.00016 מטר בריבוע/J ל-SARS-CoV-2 ו-MERS-CoV, בהתאמה.

3.2 ערכי Z אפקטיביים ל-SARS-CoV-2 אווירני בחלקים העליונים של חדרים

סקירת הספרות חשפה כי יחסית מעט מחקרים ניסויים בוצעו אשר מערבים הקרנת ווירוסים אווירניים ב-UV, כאשר רק אחד בוצע על ווירוס הקורונה. בסיכום הממצאים המחקריים, נחשף כי נראה כי רוב הזנים הוויראליים יחסית קלים לחיטוי כאשר הם נמצאים בטיפות באוויר. באופן ספציפי, ווירוסים אווירניים נדמים כיותר רגישים לנזקי UV מאשר כאשר הם נמצאים בנוזל או בחומר אחר. לדוגמא, ב-24 ניסויי ההקרנה אשר מערבים אדנו-ווירוסים שנמצאים בנוזל, אשר דווחו ע”י קוואלסקי, ערך ה-Z הממוצע היה 0.00586 מטר בריבוע/J, ערך שהוא קטן בהרבה מהערכים 0.0546 ו-0.0390 מטר בריבוע/J לאדנו-ווירוסים אווירניים, אשר יוחסו למחקר של ג’נסן, ווקר, וקו, בהתאמה. בנוגע לווירוסי קורונה, ווקר וקו ביצעו גם ניסויים על ווירוס הקורונה MHV האווירני. ניסויים אלו חשפו ערך Z של 0.377 +- 0.119 מטר בריבוע/J לווירוס זה, ערך שהוא גדול בהרבה מהערכים אשר הוצגו מעלה ל-SARS-CoV-1 ול- MERS-CoV בנוזלים ועל גבי משטחים. למרות שאנו משווים בין זנים שונים של ווירוס הקורונה כאן, עדויות מבדל ונוספים, אשר הקרינו את ווירוס הקורונה MHV ואת MERS-CoV בצלחות פטרי, הציעו כי השוואה זו היא בכל זאת תקפה. הם מצאו כי 5 דקות של חשיפה לקרינת UV-C הובילו ל-2.71 הפחתה בלוג בקרב ווירוס הקורונה MHV, בעוד שאותה החשיפה הובילה להפחתה בלוג של 5.91 בקרב MERS-CoV. דבר זה מציע כי ווירוס הקורונה MHV הוא עמיד יותר לנזקי UV מאשר MERS-CoV, דבר אשר תומך במסקנות של ווקר וקו שגורסת כי ווירוסי קורונה הם קלים יותר לניטרול באוויר מאשר על גבי משטחים ובנוזלים.

השוואת ערכי ה-Z המחושבים בניסויים של הקרנת ווירוסי קורונה אווירניים ב-UV (0.37700 מטר בריבוע/J) עם מקבילים לאלו בנוזלים (0.00134 מטר בריבוע/J, 0.01833 מטר בריבוע/J), מראה כי הקרנת ווירוס הקורונה בנוזל דורשת מינון UV שהוא בתחום שהוא פי 20-281 גבוה יותר מאשר זה שדרוש כאשר הווירוס נמצא באוויר. מכאן אנו מעריכים כי הערך של תיקון הקבוע cur יהיה בטווח שבין 0.05-0.0036.

3.3 תוצאות סימולציית UVGI בחלקים העליונים של החדר

מכיוון שערך ה-Z של ווירוס הקורונה MHV האווירני נראה כאינדיקטיבי לדרך שבה SARS-CoV-2 אווירני יתנהג בשדה UV-C, התקבלה החלטה להשתמש בערך ה-Z הממוצע של קו וווקר של 0.377 מטר בריבוע/J ע”מ להעריך את הביצועים המצופים מהתקנת UVGI בחלקים העליונים של חדר. עם זאת, מפאת חוסר הוודאות המקושרת לדרך שבה SARS-CoV-2 אווירני יתנהג במציאות, מידלנו גם את המקרה הגרוע ביותר בו Zur שווה ל-0.0377 מטר בריבוע/J.

מניתוח החדר תוך שימוש בשני ערכי ה-Zur האלו, לטווח של קצבי איוורור, ניתן לראות כי קיים קשר ישיר והפוך בין זמן שהות חלקיקים בשדה ה-UV, tuv, לבין זרימת ההקרנה הדרושה, Er, כפי שנובא במשוואה (8). זה אומר שלכל ערך Z נתון, ערך ה-Er יכפיל את עצמו ככל שקצב איוורור החדר מכפיל את עצמו. הממצאים גם חושפים כי קיים קשר ישיר והפוך בין Zur לבין Er. מהערכים המחושבים בממצאים אלו ניתן לראות כי אם Zur = 0.377 m2/J, אזי עם זרימת UV ממוצעת של רק 10 מיקרו-W/ס”מ בריבוע צריך להיות אפשרי להגיע ליותר מ-90% ניטרול של SARS-CoV-2, גם בקצב איוורור של 8 AC/h. עם זאת, אם בפועל Zur שווה ל-0.0377 מטר בריבוע/ג’אול, אזי כל הזרימות המחושבות יצטרכו לעלות בפקטור של 10 ע”מ להגיע לאותן התוצאות. בהינתן שהקווים המנחים המקובלים ממליצים על גובה חדר של 2.5 מטרים, מנורת UV בודדת של 30 W פר 18.58 מטר בריבוע של רצפה, זה אומר שתחת המצב הגרוע ביותר צריך להיות אפשרי להגיע לרמות חיטוי של מעל ל-90% בכל קצבי האיוורור חוץ מהגבוהים ביותר.

כאשר קיבענו את זרימת ה-UV לממוצע של 50 מיקרו-W/ס”מ בריבוע, מצאנו כי ל-Zur ששווה ל-0.377 מטר בריבוע/J, התקנת ה-UVGI באזורים העליונים של החדר הובילה לקצב שינוי אוויר מקביל של 108.6 AC/h, בעוד שאם Zur היה שווה ל-0.0377 מטר בריבוע/J, הקצב הוא 10.9 AC/h. ערכים אלו היו קבועים ולא הושפעו מקצב האיוורור בפועל של החדר.

4. דיון

למרות שהשפעת ה-UV-C על SARS-CoV-2 טרם נבחנה באופן ניסויי בטיפות אוויר, תוצאות הניתוח שלנו מציעות כי בסבירות גבוהה, ערך ה-UV-C Z של ווירוס זה יהיה דומה בגודלו לזה של SARS-CoV-1 ו-MERS-CoV. זאת בגלל ש-MERS-CoV מתנהג בצורה דומה מאוד ל-SARS-CoV-1 כאשר הוא חשוף לקרינת UV-C וגם מאוד דומה ל-SARS-CoV-2 כאשר הוא חשוף ל-UV-A/B וריבופלאבין. בשל כך, קיים בסיס לאמונה שקבוע הרגישות ל-UV-C, Z, של SARS-CoV-2 יהיה דומה לזה של שני ווירוסי הקורונה האחרים.

בעיה אחת בה נתקלים באופן שכיח כאשר משווים תוצאות הקרנת UV של חוקרים שונים היא שנסיינים לרוב משתמשים במתודולוגיות שונות ע”מ להעריך הפחתות בלוג של זנים מיקרוביאלים, במינונים משתנים של UV. באופן ספציפי, סוג החומר או המדיום בו נעשה שימוש יכול להשפיע בצורה חזקה על תוצאות הניסוי. זאת בגלל שהחומר או המדיום יכולים לספוג פוטונים של UV ובכך להגן על הווירוס. בהינתן זאת, חשוב להשוות בין דומים, אם הדבר מתאפשר. מסיבה זו הכללנו את תוצאות המחקר של היימבוך וחרניש, מכיוון שהם ביצעו את אותו ניסוי הקרנה על SARS-CoV-1 ועל MERS-CoV, בנוסף לעוד ארבעה זנים של ווירוס השפעת A, ובכך אפשרו ביצוע השוואות ישירות. מהתוצאות ניתן לראות כי ערכי ה-Z של זני השפעת הם מסדר דומה מבחינת הגודל לאלו של ווירוסי הקורונה, דבר אשר מציע כי בקונטקסט זה, SARS-CoV-1 ו-MERS-CoV היו בערך קשים לניטרול באותה המידה כמו ווירוס השפעת A. זהו ממצא מפתיע, מכיוון שאחרים הציעו כי מינון ה-UV אשר דרוש לצורך חיטוי SARS-CoV-2 עלול להיות גבוה בהרבה מזה אשר דרוש לחיטוי ווירוס השפעת A. אכן, בסיכום אשר נעשה על מאות של מחקרים מפורסמים ע”י קוואלסקי, ערכי ה-Z לווירוס השפעת דווחו כנמצאים בטווח שבין 0.04800 – 0.13810 מטר בריבוע/J, טווח שהוא גבוה בהרבה מהערכים אשר דווחו ע”י היימבוך וחרניש. בשל כך, זה מציע כי החומר או המדיום אשר בו המיקרוב מוקרן הוא בעל תפקיד חשוב בהשפעה על גודל ערך ה-Z הנצפה. אכן, ידוע כי בקונטקסטים אחרים שקרינת UV-C יכולה להתמתן בזמן שהיא עוברת דרך נוזלים. כאשר קרינת UV עוברת דרך חלקיקים במים, עוצמתה מופחתת מפאת הפיזור והספיגה של הקרינה. ספיגה מתרחשת מכיוון שאלומת הקרינה עוברת אינטרקציה עם האטומים והמולקולות בנוזל ומעלה את רמות האנרגיה שלהם, וכתוצאה מכך האנרגיה הזו נאבדת לאלומה, בעוד שפיזור מתרחש כאשר חלקיקים בנוזל מפריעים לקרינת ה-UV וגורמים לה לעבור דיפוזיה. חלקיקים יכולים גם להגן על מיקרובים מקרינת UV. זה אומר שניטרול ע”י UV של מיקרובים בעוביי נוזלים גדולים מ-1.2 מ”מ יכול להיות משמעותית מופחת כתוצאה מעומק החדירה הנמוך של קרינת ה-UV דרך נוזלים מרוכזים. כתוצאה מכך, כאשר אנו מפרשים ערכי Z של SARS-CoV-1 ו-MERS-CoV, חשוב להסתכל עליהם כקשורים באופן ישיר לקונטקסט.

בנוגע להקרנת ווירוסים אווירניים ב-UV, מעט מאוד מחקרים ניסויים פורסמו, כאשר רק אחד מהם באופן ספציפי קשור לווירוס קורונה. כתוצאה מכך קיים חוסר בנתונים באיכות טובה אשר קשורים להקרנת SARS-CoV-1, SARS-CoV-2, ו-MERS-CoV ב-UV-C באוויר. כתוצאה מכך, היינו צריכים לקבוע האם ערך ה-Z אשר דווח ע”י ווקר וקו של 0.377 מטר בריבוע/J הוא תקף גם ל-SARS-CoV-2 באוויר. השוואות של ערכי ה-Z חשפה כי ערך זה הוא גדול בכמה סדרי גודל מאלו אשר מתקבלים כאשר מקרינים ווירוסי קורונה בנוזלים או בחומרי ניסויי אחרים. עם זאת, דבר זה הוא צפוי בהינתן כי נוזלים ממתנים חדירת UV. בנוסף, נראה כי הממצא תומך מאוד בהתנהגות האדנו-ווירוסים כאשר הוקרנו באוויר ובנוזל. מעבר לכך, מכיוון שבדל ונוספים מצאו כי MERS-CoV יותר רגיש לנזקי UV-C מאשר ווירוס הקורונה MHV, ממצא זה תומך באופן חזק בשימוש של ווקר וקו בערך ה-Z של ווירוס הקורונה MHV בתור מחליף תקף של SARS-CoV-2 באוויר. עם זאת, מכיוון שהרגישות ל-UV של מיקרוב המטרה הוא קריטי לביצועי התקנת ה-UVGI לאזורים עליונים של חדרים, ערך ה-Z של ווקר וקו לווירוסי קורונה צריך להילקח בערבון מוגבל, מכיוון שעם הזמן אולי יתברר כי הוא שגוי. מסיבה זו, כאשר אמדנו את הביצועים של ה-UVGI לתקרות חדרים בחדר ההיפותטי שלנו, השתמשנו גם ב-0.377 וגם ב-0.0377 מטר בריבוע/ג’אול בסימולציות שלנו. בזה שעשינו כך, מידלנו בצורה אפקטיבית את שני המצבים: הצפוי והגרוע ביותר.

תוצאות לשני המצבים הללו מציעים באופן חזק כי UVGI באזורים העליונים של חדרים, אם ייושם באופן נכון, אמור להיות יעיל בחיטוי וויריוני SARS-CoV-2 אשר נמצאים בטיפות באוויר. ממצא זה כמובן מאוד תלוי בערך ה-Zur המחליף שייצג בצורה אמיתית את SARS-CoV-2. ביחס לכך, מגבלה אחת של המחקר שלנו היא שלא הבדלנו בין ערכי ה-Z אשר התקבלו תוך שימוש במבחן מעבר בודד, כדוגמת זה אשר עשו בו שימוש ווקר וקו, לבין אלו אשר מתקבלים בפועל במערכת UVGI לתקרות חדר. במצב השני, בגלל שתהליך ההקרנה מקוטע, ביחס למערכת מעבר בודד, חושבים כי מינונים גבוהים יותר של UV עלולים להיות נחוצים ע”מ להגיע לרמות מקבילות של ניטרול. עם זאת, בעוד שזה באופן ספציפי מיושם על חיידקים אווירניים אשר יכולים באופן מהיר לתקן נזקי UV כאשר תהליך ההקרנה הופך למקוטע, לא ידוע עד לאיזו רמה דבר זה נכון גם לווירוסים, אשר לא אקטיביים מטבולית, למרות שידוע כי דרך פוטו-ריאקטיביות ווירוסים יכולים לתקן נזקי UV.

יתרון אחד גדול ב-UVGI בחלקים עליונים של חדרים הוא שניתן להתקין אותו בדיעבד בבניינים בהינתן כי הגובה מהרצפה לתקרה הוא גדול מספיק כדי להבטיח ששדה ה-UV לא פוגע בשוהים בחדר. ע”י התקנת מערכת שכזו אפשר להעלות את היעילות של מערכת האיוורור. אכן, הניתוח שלנו מציע כי ניתן להגיע ליותר מ-100 AC/h ע”י התקנת מערכת UVGI בחלקים העליונים של חדרים. תוך שימוש במשוואה (9), ניתן לחשב את קבוע קצב ה-UV, kuv, עליו ניתן לחשוב כמקביל לקצב שינוי האוויר לשניה. כאשר הוא מחושב, הוא יכול בתורו, יחד עם קבוע קצב ריבוץ החלקיקים והאיוורור, kv ו-kd, במשוואה (10), ע”מ לחשב את ריכוז החלקיקים הוויראליים בחלל החדר בכל נקודת זמן.

5. מסקנות

הצלחנו להדגים כי קבוע הרגישות ל-UV-C, Z, של SARS-CoV-2, ככה”נ דומה לזה אשר הודגם על SARS-CoV-1 ועל MERS-CoV. מעבר לכך, מצאנו עדויות אשר מציעות כי כאשר SARS-CoV-2 נמצא באוויר הוא יחסית קל לניטרול תוך שימוש בקרינת UV באורך גל של 254 ננומטר. בשל כך, דבר זה מציע כי UVGI בחלקים עליונים של חדרים עלול להיות בעל פוטנציאל גדול כאמצעי למניעת התפשטות מגיפת הקורונה העולמית הנוכחית למרות קצב ההדבקה הגבוה שלו וההתפשטות המהירה שלו ברחבי העולם. שיעור המוות המדווח כרגע הוא 2-3% וכרגע לא קיימות תרופות אנטיוויראליות או חיסון זמינים לציבור. באופן מבני, ווירוס זה אינו ייחודי ודומה לשאר ווירוסי הקורונה כדוגמת SARS ו-MERS, ולכן ניתן להתייחס אליו באותן שיטות החיטוי כדוגמת חומרים כימיים וטכנולוגיות חדשות כדוגמת FMUV של PurpleSun.