Hoy más que nunca tenemos presente el problema que supone el garantizar un espacio seguro en interiores para evitar la propagación de virus. En tiempos de pandemia, se ha convertido en prioritario el poder asegurar cierta protección en estos espacios para continuar con la actividad económica y llevar una cierta normalidad. No es de extrañar que las investigaciones relacionadas en este campo se hayan disparado durante el último año, destacando la desinfección UV-C como una de las tecnologías más asentadas para liderar estos desarrollos. 

Una de las últimas innovaciones surgidas de estas investigaciones es un tipo de “pared” protectora invisible hecha de luz UV-C,  desarrollada por investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) en colaboración con la División de Enfermedades Infecciosas y Medicina Tropical del Hospital Universitario LMU de Múnich y la start-up Smart United GmbH.

En su estudio, publicado como preimpresión en medRxiv, los investigadores usaron la luz UV-C de forma agrupada para generar una barrera invisible, similar a la de una cortina dentro de la habitación, para bloquear la diseminación de aerosoles y gotas infecciosas en el espacio. Los resultados muestran cómo esta barrera UV-C es eficaz, logrando tasas de inactivación de más del 99% a velocidades del aire de 10 cm/s. 

El sistema podría proporcionar una solución idónea para frenar la propagación de virus y otros patógenos en los espacios y edificios del futuro, permitiendo, a la vez, una total libertad de movimiento de las personas. 

Sistema de doble protección para eliminar más del 99% de patógenos

El sistema consta de diferentes componentes del sistema óptico y de ventilación, así como un sistema de seguridad para apagar las fuentes UV-C cuando los objetos entran en la trayectoria de la luz (ver figura). 

“Nuestro sistema puede suspenderse del techo a modo de lámpara para subdividir las habitaciones irradiando la luz UV-C hacia abajo de forma focalizada. Al igual que ocurre con una cortina de protección, los patógenos se inactivan en cuanto atraviesan la barrera, mientras se apoyen en las partículas de aerosol”, explica el profesor Andreas Wieser, especialista en microbiología, virología y epidemiología de enfermedades infecciosas de la División de Enfermedades Infecciosas y Medicina Tropical del Hospital Universitario LMU de Múnich.

La radiación es generada por LEDs multinúcleo del fabricante Luminus (EE.UU). Cada LED se proyecta a través de un espejo cóncavo rectangular (62 mm por 62 mm) a un área de 100 mm por 200 mm a una distancia de 2.500 mm. Es decir, el haz de luz UV-C cae sobre una unidad reflectora para desviarse en dirección vertical, con el objetivo de agrupar la densidad de radiación de tal manera que cree un volumen de radiación homogéneo capaz de desactivar eficazmente los virus a medida que pasan.

Al mismo tiempo, el aerosol se introduce a través de las rejillas de aire y se fuerza en un espacio entre los reflectores por ventiladores transversales. El flujo constante asegura que el aerosol en la habitación sea absorbido por el dispositivo y encuentre la radiación UV-C a medida que pasa a través de la unidad reflectora, o a lo largo de la trayectoria de luz UV-C hasta el piso, inactivando así posibles patógenos. Además, el flujo de aire garantiza una refrigeración suficiente de los LED.

“El sistema, con su mecanismo de protección patentado, desinfecta el aire respirable de la sala aspirándolo y desplazandola lentamente a la zona expuesta de la pared de luz UV-C. Esto, en combinación con el efecto de barrera directa de la pared de luz, impide de forma eficaz la acumulación de aerosoles infecciosos en la sala”, explica el profesor Christoph Haisch, del Departamento de Química Analítica y Química del Agua de la Universidad Técnica de Múnich.

Eficiencia biológica 

Los investigadores, con una herramienta de mapeo de luz de desarrollo propio, son capaces de monitorizar la distribución de la intensidad óptica de la unidad a diferentes distancias desde los 500 mm hasta un máximo de 2,5 metros 

Se encontró que la intensidad máxima de la cortina a una distancia de 2,5 metros era de 2,61 mW cm-2, con una anchura media de la “cortina” a 2,5 metros de unos 53 mm. Los mapas de intensidades cerca del módulo de las fuentes de luz ilustran claramente las dos filas paralelas de LEDs por separado, mientras que a distancias superiores a 1,5 metros, las dos filas se mezclan entre sí. 

Para las partículas que se circulan a través de la pared con una velocidad de 0,1m/s, que es la velocidad máxima que se cabe esperar, se puede calcular una dosis de UV integrando las intensidades a lo largo del eje Y.  Estas dosis se presentan en la figura anterior (lado derecho), para las cinco distancias con respecto al emisor. 

La óptica está ajustada de forma que la superposición de las proyecciones de los módulos individuales, cada uno de los cuales contiene cuatro pares de LEDs, converge a 2,5 m, para permitir el funcionamiento en salas con una altura de techo común.  Se puede apreciar como cerca de la fuente de luz se pueden distinguir claramente los 4 pares de LED. En consecuencia, los valores de dosis cerca de la fuente de luz no superan significativamente el valor de 1,5 mJ considerado el mínimo para una inactivación eficaz de cualquier organismo. En el caso de COVID-19, los valores umbral son mucho más bajos (∼0,6 mJ).

Con esta configuración, los investigadores demostraron una reducción del virus MHV viable en las partículas de aerosol que se mueven a través de la barrera de luz UV-C a 0,1 m s-1 de casi 3 órdenes de magnitud (99,9%). La transferencia de energía UV-C que puede suponerse está en el rango entre 1,5 mJ cm-2 y 4 mJ cm-2 (figura 2), ya que se utilizó una distancia de 500 mm en la configuración de la cámara de flujo. A esta distancia, se observó el patrón de haz más desfavorable e inhomogéneo en el sistema.

Barrera de luz UV-C

Con este sistema de barrera de luz UV-C, los investigadores han logrado generar una cortina de luz bastante homogénea que está permanentemente activa y abierta al resto del volumen de aire del espacio. 

En este caso, no habría un tiempo de exposición controlado de los aerosoles o las gotas dentro del campo de irradiación. Más bien, la dosis UV-C es directamente proporcional a la duración de la permanencia dentro del volumen de aire irradiado. Así, la dosis depende de la velocidad de los aerosoles individuales que se mueven a través del volumen iluminado con UV-C, es decir, de la velocidad local del aire y de la anchura de la cortina de luz. 

Para evaluar condiciones realistas, en el estudio se eligió una velocidad del aire de 0,1 m/s. Esta es la velocidad máxima medida a 1 metro de distancia de una boca humana después de estornudar, que es la velocidad del aire más rápida que genera el cuerpo humano a una distancia de aproximadamente un metro. Evidentemente, una velocidad de movimiento del aire inferior será la condición encontrada en la mayoría de las habitaciones, lo que dará lugar a tasas de inactivación aún más elevadas, no evaluadas en este estudio.

Si se monta una barrera de luz UV-C de forma que el aire no pueda pasar a su alrededor, por ejemplo, montándola entre paredes sólidas, se pueden conseguir reducciones de la carga viral en aerosol superiores a las observadas con las mascarillas FFP2. Además, hay indicios de que los virus transmisibles por aerosol, como el SARS-CoV-2, también pueden ser captados por la impactación de gotas infecciosas en la conjuntiva.  Para protegerse de esta vía de infección, las mascarillas son insuficientes y se necesitarían además gafas especializadas. Evidentemente, tanto las mascarillas como las gafas también impiden el contacto voluntario o involuntario entre los dedos potencialmente contaminados y los ojos, las fosas nasales o la boca, un efecto que no se consigue con ninguna otra medida comúnmente utilizada. Por otra parte, una barrera de luz inactivaría los aerosoles infecciosos antes de que lleguen a los ojos de otra persona, proporcionando así una protección adicional, una combinación que no se consigue con ningún otro sistema utilizado actualmente. Además, en determinadas zonas, como durante el consumo de alimentos, es imposible llevar una máscara. Asimismo, una barrera de luz es un sistema técnico que, si es funcional, tiene menos variación en su eficacia que, por ejemplo, el enmascaramiento con una amplia variación de rendimiento debido a errores del usuario o a la anatomía del portador.

Seguridad y puesta en el mercado

Finalmente, la exposición a la radiación UV-C puede tener un impacto negativo para la salud, especialmente cuando afecta a la piel o a los ojos. El alcance del daño a los tejidos viene determinado por el tiempo (duración de la exposición) durante el cual un tejido está expuesto a la radiación y la irradiación de la fuente UV. 

“Tanto en Estados Unidos como en Europa, la dosis máxima diaria para las longitudes de onda de 180 a 400 nm es de 30 J m-2 para un tiempo de exposición de 8 horas, lo que corresponde a una jornada laboral”, señalan los investigadores en el Paper. Esto significa que el uso potencial de una barrera de luz UV-C abierta requiere de un mecanismo de seguridad que apague el sistema cuando una parte del cuerpo o un objeto reflectante entre en la zona irradiada con UV-C. Para mantener la máxima eficacia de la inactivación de los aerosoles, sólo se apagan las partes afectadas de la barrera de luz dentro de una habitación. Además, hay que minimizar la luz parásita para reducir cualquier potencial de peligro.

Otra fuente potencial de radiación parásita sería el suelo bajo el sistema. Por ello, se coloca una capa absorbente de alta resistencia. Tiene menos de un milímetro de grosor y está adherida (pegada) directamente al suelo. El material absorbente se eligió para que pudiera soportar largos tiempos de irradiación sin mostrar signos de disolución. Además, el dispositivo de seguridad detecta los objetos cercanos a la trayectoria del haz y desconecta la irradiación para evitar los reflejos.

“Actualmente estamos haciendo todo lo imaginable para sacar al mercado nuestros muros de protección antivirus lo antes posible. Junto con la validación científica del sistema, hemos empezado a preparar la producción con proveedores de gran reenombre en la industria del automóvil. A partir de principios de enero, comenzaremos a planificar el espacio con nuestros primeros clientes. En abril, entregaremos los primeros muros de protección contra los virus de la luz UV-C, con el objetivo de devolver un poco de normalidad a la vida de las personas”, afirma Reiner Prohaska, director general de la startup socio colaborador del proyecto Smart United.

Créditos de imágenes: Smart United GmbH