멀리까지 전달하는 엑시머 램프

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 381(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

식탁은 박테리아 및/또는 바이러스를 전염시켜 식사하는 사람들에게 위험을 초래할 수 있습니다. 현재, 함께 앉아 식사하는 사람들을 보호할 수 있는 환경 친화적이고 편리한 수단이 부족합니다. 이번 조사에서는 식탁 표면을 소독하기 위해 원적외선(far-UVC) 엑시머 램프를 제작했습니다. 램프를 다양한 높이와 방향으로 장착하고 테이블 표면의 복사조도를 측정했습니다. 대장균(E. coli)에 대해 다양한 불활성화 효율을 얻기 위한 조사량이 제공되었습니다. 또한, 조사량과 이에 따른 비활성화 효율에 대해 수치 모델링을 수행했습니다. 표면 대 표면(S2S) 모델은 측정된 방사조도로 검증되었습니다. 원적외선 조사의 살균 성능, 식사자가 노출된 원적외선 량, 생성된 오존에 대한 노출 위험을 평가했습니다. 그 결과, 12.8mJ/cm2의 조사량으로 표면의 대장균을 99.9% 소독할 수 있는 것으로 나타났습니다. 램프 조사 출력, 램프 수 및 위치를 변경함으로써 원거리 UVC 조사는 식사 시간 5분 동안 3-로그 감소를 달성할 수 있습니다. 게다가 원적외선 램프는 효과적인 비활성화율을 달성할 때 식사하는 사람에 대한 손상 위험이 낮습니다. 더욱이 기계적으로 환기되는 식당에서는 오존 노출 위험이 사실상 없습니다.

식탁은 미생물에 의해 쉽게 오염됩니다1,2. 식탁 표면의 미생물은 박테리아일 수도 있고 바이러스일 수도 있습니다3,4. 박테리아는 (1) 오염된 헝겊과 스폰지로 테이블을 닦고, (2) 공기 중 미생물이 침전되고, (3) 오염된 음식과 접촉함으로써 식탁 표면으로 전염될 수 있습니다5,6,7. 식탁 표면의 박테리아는 몇 시간 또는 몇 주 동안 생존할 수 있습니다8. 바이러스는 감염된 식당에서 방출된 비말과 함께 식탁에 정착할 수 있습니다9. 숙주 세포에서 분리되더라도 바이러스는 적절한 조건에서 2~7일 동안 식탁 표면에 살아 있을 수 있습니다4. 식탁의 미생물 소독은 표면 접촉 경로를 통해 발생하는 인체 감염을 최소화하는 효과적인 방법이 될 수 있습니다.

화학 소독제는 오랫동안 표면의 미생물을 죽이는 데 사용되어 왔습니다. 식탁 소독제에는 염소계 용매, 에틸알코올, 과산화아세트산, 4차 암모늄염 용매 등이 포함됩니다.10 이러한 소독제는 산화를 통해 생물학적 단백질을 변성시키거나 표면 장력에 의해 생체에서 수분 손실을 가속화하여 미생물을 비활성화합니다11,12 . 화학적 소독제는 대부분의 미생물을 죽이는 데 매우 효과적입니다13. 그러나 대부분의 화학 소독제는 환경 친화적이지 않습니다. 더욱 중요한 것은 화학적 소독제는 노출이 허용된 상한을 초과할 경우 인체 건강에 해로울 수 있다는 것입니다. 2014년 에볼라 전염병 당시 잔류 염소 소독제에 대한 과다 노출로 인해 보고된 호흡기 및 피부 증상은 화학적 소독의 단점을 강조합니다14. 따라서 식탁에서는 화학적 소독을 주의해서 사용해야 합니다.

UVC(자외선 C) 방사선은 미생물을 비활성화하는 데에도 매우 효과적이며15 표면에 잔류물이 생성되지 않습니다. 254 nm 파장의 기존 UVC는 일반적으로 기화된 수은을 통한 전기 아크에 의해 생성됩니다. 방출된 광자는 미생물 몸에 깊숙이 침투하여 리보핵산(RNA) 또는 디옥시리보핵산(DNA)을 파괴할 수 있습니다. 따라서, 조사된 미생물의 복제 및 증식이 모두 방지됩니다. 그러나 UVC254nm은 인체에 조사하는 데 안전하게 사용할 수 없습니다. 과도한 UVC254nm 노출로 인해 결막염, 홍반, 심지어 피부암까지 발생할 수 있습니다17. 따라서 식사 중 UVC254nm 소독은 금지될 수 있습니다.

최근에는 207~222 nm 파장 범위의 원적외선(far-UVC)이 큰 주목을 받았습니다18. 원적외선(Far-UVC) 광선은 내부의 희가스(noble gas)가 고전압에 의해 이온화되는 엑시머 램프(excimer lamp)에 의해 생성될 수 있습니다. Far-UVC는 박테리아 세포와 바이러스에 대해 유사한 살균 효과를 가지며 UVC254nm보다 박테리아 내생포자를 죽이는 데 더 강력한 것으로 알려졌습니다. 특히, 방출된 광자는 우선적으로 각질에 흡수된 다음 세포질 단백질에 의해 동화되기 때문에 인간 세포에서 원적외선(far-UVC) 광선의 침투 깊이는 매우 제한됩니다. 따라서 고에너지 광자가 핵으로 들어가는 것을 방지합니다. 따라서 원적외선C(far-UVC)는 사람이 있는 곳에서 소독하는 데 적합해 보인다.