Коротковолновые эксилампы — эффективные источники излучения для инактивации вирусов и бактерий

Авдеев С.М., Панарин В.А., Скакун В.С., Сорокин Д.А., Соснин Э.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Соснин Э.А., Скакун В.С., Панарин В.А., Авдеев С.М., Сорокин Д.А. Коротковолновые эксилампы — эффективные источники излучения для инактивации вирусов и бактерий // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 10. С. 50–58. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-50-58

Sosnin E.A., Skakun V.S., Panarin V.A., Avdeev S.M., Sorokin D.A. Shortwave excilamps as effective sources of radiation for inactivation of viruses and bacteria [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 10. P. 50–58. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-10-50-58

Ссылка на англоязычную версию:

É. A. Sosnin, V. S. Skakun, V. A. Panarin, S. M. Avdeev, and D. A. Sorokin, "Shortwave excilamps as effective sources of radiation for inactivation of viruses and bacteria," Journal of Optical Technology. 88(10), 587-592 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000587

Аннотация:

Представлен современный уровень исследований по инактивации вирусов, бактерий и живых клеток под действием ультрафиолетового излучения эксиламп. Отдельное внимание уделено инактивации вирусов, что актуально в связи с распространением коронавирусных инфекций. Показано, что УФС эксилампы, излучающие в диапазоне длин волн 200–240 нм, представляют собой альтернативу классическим источникам ультрафиолетового излучения для инактивации вирусов. Они могут быть использованы самостоятельно или в комбинации с известными источниками (светодиоды, ртутные лампы низкого давления). Сделан прогноз развития новой технологии обеззараживания воздуха и поверхностей от возбудителей инфекций различной этиологии.

Ключевые слова:

бактерицидное и вирулицидное действие, коронавирус, эксилампа, ультрафиолетовое излучение С-диапазона

Благодарность:

Авторы выражают свою глубокую признательность коллегам кафедры микробиологии и вирусологии Сибирского государственного медицинского университета (Россия, г. Томск), кафедры цитологии и генетики Томского государственного университета (Россия, г. Томск) и факультета инженерной биомедицины Эйндховенского университета (Нидерланды, г. Эйндховен) за помощь в изучении влияния ультрафиолетового излучения эксиламп на микроорганизмы.

Статья приготовлена в рамках Государственного задания ИСЭ СО РАН, проект № FWRM-2021-0014.

Коды OCIS: 000.1430, 230.6080, 260.7190, 350.5130

Список источников:

1. Соснин Э.А. Области применения вакуумно-ультрафиолетовых эксиламп (обзор) // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 10. С. 66–76.
2. Тарасенко В.Ф., Соснин Э.А. Эксилампы барьерного разряда: история, принцип действия, перспективы // Оптический журнал. 2012. Т. 79. № 10. С. 58–65.

3. Бойченко А.М., Ломаев М.И., Панченко А.Н., Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф. Ультрафиолетовые и вакуумно-ультрафиолетовые эксилампы: физика, техника и применения. Томск: STT, 2011. 512 с.
4. Sosnin E.A., Tarasenko V.F., Lomaev M.I. UV and VUV excilamps. Saarbrücken, Deutschland / Germany: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 318 p.
5. Волкова Г.А., Кириллова Н.Н., Павловская Е.Н., Подмошенский И.В., Яковлева А.В. Лампа для облучения в вакуумной ультрафиолетовой области спектра // А. с. № 972249. Бюл. изобр. 1982. № 41. С. 179–180.
6. Соснин Э.А., Авдеев С.М., Тарасенко В.Ф., Скакун В.С., Шитц Д.В. KrCl-эксилампы барьерного разряда: энергетические характеристики и применения (обзор) // Приборы и техника эксперимента. 2015. № 3. C. 5–15.
7. Gates F. A study of the bacterial action of ultraviolet light III // The absorbtion of ultraviolet by bacteria / Journal of General Physiology. 1930. V. 14. № 1. P. 31–42.
8. Harm W. Biological effects of ultraviolet radiation. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1976. 216 p.
9. Oppenländer T. Photochemical purification of water and air. Weincheim: Wiley-Vch Verlag, 2003. 367 p.
10. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.: Высш. школа., 1989. 214 с.
11. Tosa K., Hirata T. Photoreactivation of enterohemorrhagic Escherichia Coli following UV disinfection // Wat. Res. 1999. V. 33. № 2. P. 361–366.
12. Hoyer O. Testing performance and monitoring of UV systems for drinking water disinfection // Wat. Suppl. 1998. V. 16. № 1/2. P. 424–429.
13. von Sonntag G. Disinfection with UV-radiation // Process technologies for water treatment process technologies for water treatment. Earlier Brown Boveri Symposia / Ed. by Stuki S. Boston, MA: Springer, 1987. P. 159–177.
14. Kim S.-J., Kim D.-K., Kang D.-H. Using UVC light-emitting diodes at wavelengths of 266 to 279 nanometers to inactivate foodborne pathogens and pasteurize sliced cheese // Appl. Environ. Microbiol. 2016. V. 82. № 1. P. 11–17.
15. Avdeev S.M., Sosnin E.A., Velichevskaya K.Yu., Lavrent’eva L.V. Comparative study of UV radiation action of XeBr-excilamp and conventional low-pressure mercury lamp on bacteria // Proc. SPIE. 2008. V. 6938. 693813.
16. Жданова О.С., Соснин Э.А., Красноженов Е.П., Авдеев С.М., Тарасенко В.Ф., Грицута А.В. Чувствительность возбудителей госпитальных инфекций к ультрафиолетовому излучению с длиной волны 283 нм // Журнал инфекционной патологии. 2010. Т. 17. № 3. С. 62–64.
17. Sosnin E.A., Stoffels E., Erofeev M.V., Kieft I.E., Kunts S.E. The effects of UV irradiation and gas plasma treatment on living Mammalian cells and bacteria: A comparative approach // IEEE Transactions on Plasma Science. 2004. V. 32. № 4. P. 1544–1550.
18. Erofeev M.V., Kieft I.E., Sosnin E.A., Stoffels E. UV excimer lamp irradiation of fibroblasts: the influence on antioxidant homeostasis // IEEE Transactions on Plasma Science. 2006. V. 34. № 4. P. 1359–1364.
19. Sosnin E.A., Lavrent’eva L.V., Masterova Ya.V., Erofeev M.V., Tarasenko V.F. Bactericidal iodine lamp excited by capasitive discharge // Tech. Phys. Lett. 2004. V. 30. № 7. P. 615–617.
20. Rontó G., Gáspár S., Bérces A. Phages T7 in biological UV dose measurement // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 1992. V. 12. № 3. P. 285–294.
21. Соснин Э.А., Тарасенко В.Ф., Жданова О.С., Красножёнов Е.П. Эксилампы — новый инструмент для проведения фотобиологических исследований // Биотехносфера. 2012. № 3–4. С. 52–59.
22. Beck S.E., Wright H.B., Hargy T.M., Larason T.C., Linden K.G. Action spectra for validation of pathogen disinfection in medium-pressure ultraviolet (UV) systems // Water Res. 2015. V. 70. № 3. P. 27–37.
23. Sutherland J.C. Biological effects of polychromatic light // Photochem Photobiol. 2002. V. 76. № 2. P. 164–170.
24. Rauth A.M. Physical state of viral nucleic acid and sensitivity of viruses to ultraviolet light // Biophysical Journal. 1965. V. 5. № 3. P. 257–273.
25. Mamane-Gravetz H., Linden K.G., Cabaj A., Sommer R. Spectral sensitivity of Bacillus subtilis spores and MS2 Coliphage for validation testing of ultraviolet reactors for water disinfection // Environmental Science & Technology. 2005. V. 39. № 20. P. 7845–7852.
26. The biological effects of ultraviolet radiation / Eds. by Urbach F. Oxford, N.Y.: Pergamon, 1969. 704 p.

27. Buonanno M., Randers-Pehrson G., Bigelow A.W., Trivedi S., Lowy F.D., Spotnitz H.M., Hammer S.M., Brenner D.J. 207-nm UV light — A promising tool for safe low-cost reduction of surgical site infections. I: In vitro studies // PLoS ONE. V. 8. № 10. e76968.
28. Buonanno M., Ponnaiya B., Welch D., Stanislauskas M., Randers-Pehrson G., Smilenov L., Lowy F.D., Owens D.M., Brenner D.J. Germicidal efficacy and Mammalian skin safety of 222-nm UV light // Radiat Res. 2017. V. 187. № 4. P. 483–491.
29. Yamano N., Kunisada M., Kaidzu S., Sugihara S., Nishiaki-Sawada A., Ohashi H., Yoshioka A., Igarashi T., Ohira A., Tanito M., Nishigori C. Long-term effects of 222-nm ultraviolet radiation C sterilizing lamps on mice susceptible to ultraviolet radiation // Photochem, Photobiol. 2020. V. 96. № 4. P. 853–862.
30. Kaidzu S., Sugihara S., Sasaki M., Nishiaki A., Igarashi T., Tanito M. Evaluation of acute corneal damage induced by 222-nm and 254-nm ultraviolet light in Sprague-Dawley rats // Free Radic. Res. 2019. V. 53. № 6. P. 611–617.
31. Welch D., Buonanno M., Grilj V., Shuryak I., Crickmore C., Bigelow A.W., Randers-Pehrson G., Johnson G.W., Brenner D.J. Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. 2752.
32. Buonanno M., Welch D., Shuryak I., Brenner D.J. Far-UVC light efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses // Sci. Rep. 2018. V. 10. № 6. 10285.
33. Kitagawa H., Nomura T., Nazmul T., Omori K., Shigemoto N., Sakaguchi T., Ohge H. Effectiveness of 222-nm ultraviolet light on disinfecting SARS-CoV-2 surface contamination // American J. Infec. Control. 2021. V. 49. № 3. P. 299–301.
34. Robinson R.T., Mahfooz N., Rosas-Mejia O., Liu Y., Hull M.N. SARS-CoV-2 disinfection in aqueous solution by UV222 from a krypton chlorine excilamp // medRxiv preprint service. Occupational and Environmental Health. Pub. Date: 2021-02-23. doi: 10.1101/2021.02.19.21252101.
35. Ma B., Linden Y.S., Gundy P.M., Gerba Ch.P., Sobsey M.D., Linden K.G. Inactivation of coronaviruses and phage Phi6 from irradiation across UVC Wavelengths // Environ. Sci. Technol. Lett. 2021. doi: 10.1021/acs.estlett.1c00178 (принята к публикации).
36. Horton L., Torres A.E., Narl Sh., Lyons A.B., Kohli I., Gelfand J.M., Ozog D.M., Hamzavi I.H., Lim H.W. Spectrum of virucidal activity from ultraviolet to infrared radiation // Photochem Photobiol Sci. 2020. V. 19. № 10. P. 1262–1270.
37. Taylor W., Camilleri E., Craft D.L., Korza G., Granados M.R., Peterson J., Szczpaniak R., Weller S.K., Moeller R., Douki T., Mok W.W.K., Setlow P. DNA damage kills bacterial spores and cells exposed to 222-nanometer UV radiation // Appl. Environ. Microbiol. 2020. V. 86. № 8. e03039-19.
38. Соснин Э.А., Авдеев С.М., Скакун В.С., Панарин В.А., Печеницин Д.С., Сорокин Д.А. Источник излучения // Патент RU 205117. Приоритет 25.12.2020. Рег. № заявки 2020143326 от 25.12.2020. Опубл. 28.06.2021. Бюл. № 19.