효과적인 SARS를 위해 최적화된 매개변수

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16664(2022) 이 기사 인용

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SARS-CoV-2 감염의 확산과 2019년 코로나바이러스 질환(COVID-19) 대유행의 심각성으로 인해 바이러스 전파를 줄이기 위한 약물, 백신 및 대책이 급속히 개발되었습니다. SARS-CoV-2 감염을 예방하기 위한 새로운 치료 전략이 이용 가능하지만, 바이러스 돌연변이는 의료계에 여전히 심각한 위협으로 남아 있습니다. 따라서 바이러스 전파를 예방하기 위해서는 바이러스 박멸 기능을 갖춘 의료기기가 필요하다. UV-LED는 광산물 형성을 통해 작용하는 가장 살균적인 UVC 스펙트럼을 활용하여 의료 분야에서 인기를 얻고 있습니다. 이에, SARS-CoV-2를 10초 이내에 99.9%, 6시간 동안 소독할 수 있는 휴대용 충전식 의료기기를 개발했습니다. 이 장치를 사용하여 조사 거리와 노출 시간에 따른 SARS-CoV-2에 대한 UVC-LED(275nm)의 항바이러스 효과를 조사했습니다. 10~20cm의 조사 거리, < 10초의 노출 시간, > 10mJ/cm2의 UV 용량이 SARS-CoV-2 제거에 최적인 것으로 결정되었습니다(≥ 99.99% 바이러스 감소). UVC-LED 시스템은 빠른 안정화 강도, 온도에 대한 둔감성 등의 장점을 갖고 있어 SARS-CoV-2 감염을 억제할 수 있는 의료기기 개발에 기여할 수 있다. 매우 단기적인 UVC-LED 조사로 SARS-CoV-2 불활성화를 입증함으로써 우리의 연구는 보다 안전한 의료 환경을 확보하기 위한 지침을 제시할 수 있습니다.

2019년 코로나바이러스감염증(COVID-19) 대유행은 2019년 처음 발병한 이후 전 세계적으로 확산되어 심각한 이병률과 사망률을 초래했습니다. 이는 전염성이 높은 바이러스인 SARS-CoV-2(중증급성호흡기증후군 코로나바이러스 2)에 의해 발생하며, 주로 코로나19 환자의 호흡기 및 비인두 부위 검체에서 검출됩니다1. 보고에 따르면 2~10일 이내에 인간 사이에 전염되며, 바이러스는 오염된 손과 표면 등 직접적인 접촉과 공기 매개 경로를 통해 확산되는 것으로 나타났습니다2. 환경 조건에서 SARS-CoV-2는 에어로졸에서 최대 3시간 동안 생존 가능하며 구리(4시간) 및 판지(24시간)3보다 플라스틱 및 스테인리스 스틸(최대 72시간)에서 더 안정적입니다3. 오염된 환경 물질에 대한 노출은 열 멸균, 화학적 소독, 표면 여과 소독, 자외선(UV) 조사 등 다양한 제어 기술을 통해 예방할 수 있습니다4. 화학 소독제의 열 멸균 및 독성으로 인한 물질적 손상 가능성과 시장의 필터 부족은 팬데믹 전반에 걸쳐 주요 과제를 제기하며 보다 지속 가능한 소독 시스템에 대한 놀라운 수요를 불러일으킵니다4. 바이러스의 급속한 전파를 고려할 때, 바이러스를 비활성화하고 전파를 제한할 수 있는 지속 가능한 조치와 기술을 개발하는 것이 중요합니다.

글로벌 UVC(자외선-C) 시장 성장은 코로나19 발생으로 인해 긍정적인 영향을 받았습니다. 팬데믹 기간 동안 UV 공기 및 표면 소독이 UV 장치에 대한 관심을 끌었으며 많은 제품이 시장에 출시되었습니다4. 오염된 공기와 환경 물질의 수준이 서로 다른 다양한 공공 장소에서 UV 표면 소독 시스템을 사용하기 시작했습니다4. 자외선은 파장에 따라 UVA(320~400nm), UVB(280~320nm), UVC(100~280nm)5의 세 가지 기본 유형으로 분류됩니다. 다양한 연구센터 및 연구실에서는 감염 확산 방지를 위해 UVC 기반 제품을 개발하고 있습니다. UV 발광 다이오드(UV-LED)는 주문형 작업에 사용할 수 있는 무수은 장치입니다6. 수은 램프는 특정 파장의 빛만 방출하는 반면, UV-LED는 여러 개별 파장의 빛을 방출할 수 있습니다5. 공중 보건 및 환경 안전 조치로 유엔 환경 프로그램(UNEP)은 2013년에 수은 함유 제품을 금지했으며 2020년부터 저압 수은 램프를 새로운 UV 방출원으로 교체할 예정입니다7. UV 조사는 유연성, 가용성 및 방사선 패턴의 쉬운 제어로 인해 새로운 항균 접근 방식입니다8. UV-LED를 탑재한 의료기기는 이제 의료 분야에서 인기를 얻고 있으며, UVC는 UV 스펙트럼9에서 가장 효과적인 살균 영역으로 간주되는 광산물 형성을 통해 작용합니다. 또한 최근 연구에 따르면 UVC-LED 강도는 온도 변화나 예열 시간에 영향을 받지 않는 것으로 나타났습니다10. 또한 UVC-LED는 핵산이나 단백질 손상, 산소 라디칼 생성 등 여러 메커니즘을 통해 병원체를 비활성화합니다11,12. 최근 연구에 따르면 280 ± 5nm 파장의 UVC-LED를 조사하면 코로나19 환자에게서 분리된 SARS-COV-2가 빠르게 비활성화되는 것으로 나타났습니다9. 또한, 또 다른 연구에서는 고온(> 56°C) 및 UVC 조사(100~280 nm) 처리 시 SARS-COV-2가 제거된다고 보고했습니다. UV를 활용해 코로나19를 소독하는 다양한 기술로는 공기청정기 개발에 사용되는 PECO(광전기화학적 산화) 기술이 있는데, UV-A 빛을 활용해 나노입자로 덮인 필터의 촉매를 활성화해 공기 오염물질을 산화시키는 기술이다14. 이러한 연구 결과에 따라 우리는 SARS-CoV-2 소독을 위한 휴대용 및 충전식 의료 장치를 개발했습니다. 이 장치는 청소용 화학 물질과 접촉 시 얼룩이 생기거나 반응하는 접근하기 어려운 부분이나 표면을 소독하는 데 사용할 수 있습니다. 현재 연구에서 우리는 UVC에 의한 SARS-COV-2의 노출 시간 및 거리에 따른 감소를 입증하고 개발된 UVC-LED 장치의 성능을 최적화하고 검증하는 것을 목표로 합니다.

30 s and a distance of 50 cm. At 30 cm, the viral titers were calculated to be 1.1 × 103 TCID50/mL (3.031 log TCID50/mL), 2.2 × 102 TCID50/mL (2.301 log TCID50/mL), and 6.3 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 5, 10, and 20 s, respectively. At 20 cm, viral titers were calculated as 8.96 × 102 TCID50/mL (2.884 log TCID50/mL), 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL), and 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 5, 10, and 20 s, respectively. Collectively, these data confirm a viral reduction rate of > 99.99% at 30 cm/20 s, 20 cm/10 s, and 20 cm/20 s. At 10 cm, viral titers were 7.80 × 101 TCID50/mL (1.884 log TCID50/mL) and 6.32 × 101 TCID50/mL (1.801 log TCID50/mL) at irradiation times of 2 and 4 s, both translating to a viral reduction rate of > 99.99%./p> 10 mJ/cm2 produced a 99.99% viral reduction. In case of the 20 cm/5 s condition, the calculated dose of 10 mJ/cm2, which is the same as determined for the 50 cm/30 s condition, showed ≥ 99.96% viral reduction, which is slightly lower than the 99.99% standard reduction. Therefore, we conclude that a UV dose of > 10 mJ/cm2 is required for a stable viral reduction of > 99.99%./p> 30 s, 30 cm with 20 s irradiation, 20 cm with 10 s irradiation, and 10 cm with 2 s irradiation. Collectively, these results reveal that a distance of 10–20 cm is ideal for rapid (< 10 s) viral eradication. According to our calculations, a UV dose of > 10 mJ/cm2 resulted in 99.99% reduction of the virus. Overall, we conclude that the distance of 10–20 cm between the UVC source and the virus contaminated surface, an exposure time of < 10 s, and a UV dose of > 10 mJ/cm2 are the ideal conditions for effective SARS-CoV-2 eradication./p>

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