UV-C-Licht wird in medizinischen Anwendungen schon länger zur Desinfektion von Räumen und Materialien genutzt und rückte aufgrund der Corona-Pandemie in einen neuen Fokus. Leuchtenhersteller bieten Lösungen für den privaten und auch professionellen Einsatz an. Die Wirksamkeit ist grundsätzlich gegeben – die Ausarbeitungen und praktischen Lösungen bedürfen hingegen einer detaillierteren Betrachtung.
Der Luftreiniger AirZing Compact Pro von OSRAM kann flexibel eingesetzt werden. (Bild: OSRAM Licht AG)
UV-C Licht an – Keime tot. Es könnte so einfach sein, wenn es nicht doch ein klein wenig komplizierter wäre. Aus diesem Grund vorab ein paar Fakten zur keimtötenden Wirkung von ultravioletter Strahlung, die sich zur Sterilisation und Desinfektion eignet. Das Spektrum der ultravioletten Strahlung umfasst drei Wellenlängenbereiche: langwelligere UV-A-Strahlung von 315 bis 400 nm, mittelwellige UV-B-Strahlung von 280 bis 315 nm und eben die UV-C-Strahlung von 100 bis 280 nm. Exakt bei der Wellenlänge von 253,7 nm aus dem unsichtbaren UV-C-Spektrum absorbieren Nukleinsäuren von Mikroorganismen und Bakterien die Strahlung maximal. Damit stellt die UV-C-Strahlung mit dieser Wellenlänge das wirksamste Germizid dar, indem es die molekularen DNA-Bindungen der schädlichen Mikroorganismen zerstört und somit deren Wachstum und Reproduktion beendet. Die Verwendung von UV-C-Strahlung eignet sich für verschiedene Einsatzbereiche, von der häuslichen Umgebung über öffentliche Orte, Transportmittel, einzelne Gegenstände des täglichen Gebrauchs bis hin zur Wasseraufbereitung. Mit speziellen Technologien kann ultraviolette Strahlung auch zur Luftreinigung verwendet werden. Im medizinischen Einsatz werden UV-C-Strahlen verwendet, um Labore, Operationssäle, Kliniken, Warteräume und mehr zu desinfizieren. Ultraviolette Desinfektion wird häufig auch zum Sterilisieren persönlicher Schutzausrüstung wie Schutzbrillen, Masken und Schutzvisiere verwendet.
Die Wirksamkeit der Sterilisation mit UV-C-Strahlung ist direkt proportional zur Dosis (Zeit × Energie/Oberfläche), mit der die schädlichen Mikroorganismen bestrahlt werden. Mit anderen Worten, eine hohe Strahlendosis für eine kürzere Dauer oder eine reduzierte Dosis für eine längere Bestrahlung sind einander äquivalent, in Bezug auf den zu zerstörenden Keim. Das können sein: Viren, Bakterien oder auch Pilze.
In der Natur wird die von der Sonne abgestrahlte UV-C-Strahlung vollständig von der Ozonschicht in der Atmosphäre absorbiert und gelangt somit nicht auf die Erdoberfläche. Sie ist somit für Menschen unschädlich. Wenn jedoch künstliche UV-C-Strahler verwendet werden, wie im Fall von Desinfektionslampen, müssen Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um eine für Menschen schädliche Bestrahlung zu vermeiden. UV-A- und UV-B-Strahlung dagegen durchdringt die Erdatmosphäre und führt bei zu langer Exposition zu Hautrötungen, Sonnenbrand und Bindehautentzündungen in den Augen. Auch reflektierte Strahlungen, insbesondere bei UV-C sollten nicht unterschätzt werden. Eine längere und kontinuierliche Exposition kann zum Auftreten eines Melanoms der Haut und zu Katarakten des Auges führen. In jedem Fall ist es gefährlich, auch nur für kurze Zeit vor einer Lampe zu verweilen, die UV-B- und UV-C-Strahlung emittiert. Dieser Umstand erschwert den Einsatz von UV-C Licht als ggf. lebensrettendes und vor allem gesundes Mittel der Pandemiebekämpfung.
Grundsätzlich lässt sich zwischen zwei Methoden der Luftreinigung zur Entkeimung unterscheiden. In Pausen, über Nacht – also einfach in Situationen, in denen sich keine Menschen im Raum befinden, kann auf „offenes“ UV-C-Licht zurückgegriffen werden, das den Raum möglichst komplett und ohne Verschattung bestrahlt. Ein interessantes Beispiel ist die UV-Lampe UVC-55B2 von Diomede Srl (Vertrieb über A.L.S. Architektonische Licht-Systeme GmbH). Es handelt sich dabei um eine mobile Stehleuchte mit 55 Watt Leistung und einer maximalen UV-Emission bei 254 nm. Ein Bewegungssensor an der Vorderseite der Leuchte sorgt für eine sofortige Abschaltung bei Erfassung von Menschen bzw. Tieren. Die Leuchte säubert nicht nur die Luft, sondern desinfiziert auch die vom UV-C-Licht bestrahlten Oberflächen. Je nach Raumgröße und Strahlendosis ist die Zeit zu bemessen, um hier zu einem befriedigenden Ergebnis zu kommen. Der Nachteil dieser Lösung ist offensichtlich: Aufgrund der offenen Bestrahlung ist ein gleichzeitiger Aufenthalt in diesen Räumen nicht möglich. Im Gegenzug kann die Effizienz entsprechend hoch ausfallen und dadurch einen durchaus sinnvollen Einsatz ermöglichen.
Die UVC-55B2 ist eine UV-Lampe zur Desinfektion von Umgebungen und Oberflächen. Ein Sensor an der Leuchte erkennt Bewegungen und schaltet die Leuchte umgehend ab, wenn sich Tiere oder Menschen im Raum befinden. (Bild: Diomede Srl / A.L.S. GmbH)
Alternative Lösungen der Firmen Waldmann und Signify säubern hingegen ausschließlich die Luft der jeweiligen Räume. Da sich die UV-C-Quellen jedoch im Inneren der Geräte befinden, ist ein gleichzeitiger Aufenthalt von Personen oder Tieren im betreffenden Raum unbedenklich.
Bei dem Luftentkeimer ZAPP! von Waldmann können sich durch den Rundum-Schutz Menschen und Tiere im Raum aufhalten und sind vor einer direkten UV-C-Strahlung geschützt. (Bild: H. Waldmann GmbH & Co. KG)
Der Luftreiniger ZAPP! von Waldmann leitet keimhaltige Raumluft fortwährend durch sein Gehäuse mit den gekapselten UV-C-Strahlern. Im Luftreiniger absorbieren die DNA und RNA der Mikroorganismen die UV-C-Strahlung und werden dabei zerstört. Die beiden Geräte ZAPP!18 und ZAPP!80 können sowohl als Stand- als auch als Wandgeräte eingesetzt werden. Sie arbeiten ozonfrei, ionisieren nicht die Raumluft und sind angenehm leise. Sie sind aus hygienischem weiß pulverbeschichteten Aluminium gefertigt. Die beiden Varianten unterscheiden sich durch unterschiedliche Leistungswerte (UV-C-Leistung 6 Watt bzw. 23 Watt), was den Einsatz für entsprechend unterschiedliche Raumgrößen definiert (bis 15 bzw. bis 40 m²).
In einem EDEKA-Markt in Hamburg und slowakischen dm-Filialen wurden Philips UV-C-Leuchten zur Desinfektion oberer Lufträume installiert. Vorab haben Signify und das Sicherheitsreferenzlabor Innovative Bioanalysis Untersuchungen durchgeführt, welche die Wirksamkeit von UV-C-Leuchten zur Desinfektion oberer Lufträume in Bezug auf die Inaktivierung von SARS-CoV-2, dem Virus, das COVID-19 verursacht, bestätigen. (Bild: Signify GmbH)
In mehreren slowakischen dm-Märkten und im EDEKA-Markt Clausen in Hamburg wurden Philips UV-C-Leuchten zur Desinfektion oberer Lufträume installiert. Durch die Installationshöhe in Kombination mit Abschirmung und Optik können die Leuchten auch dann betrieben werden, wenn sich Personen in den Geschäften aufhalten. Die Luft im oberen Bereich des Verkaufsraums wird durch UV-C-Bestrahlung und den natürlich zirkulierenden Luftstrom im Raum kontinuierlich desinfiziert. Auf diese Weise wird eine größtmögliche Luftmenge desinfiziert, während die Sicherheit gewährleistet bleibt und die Kunden gleichzeitig einkaufen können. Auch in den Besprechungsräumen der Büros des Unternehmens dm sollen UV-C-Desinfektionsleuchten installiert werden. Ein erster Besprechungsraum wurde bereits mit einem solchen Gerät ausgestattet.
Tragbare Entkeimungsgeräte für unterschiedliche Anwendungen
Weitere interessante Entwicklungen und Produkte, nicht nur für den privaten Anwendungsbereich, hat Osram mit neuen UV-C-LED-Modulen, seiner Serie AirZing oder auch Philips mit der UV-Box auf den Markt gebracht. AirZing UV-Compact ist in den Ausführungen „Standard“ und „Pro“ erhältlich. Die Geräte können effektiv und unkompliziert zur Luftreinigung in Innenräumen eingesetzt werden. Bei den UV-C-Lichtquellen handelt es sich um Niederdruckentladungslampen. Sie sind so in den Geräten verbaut, dass kein Licht in die Umgebung abgegeben wird. Durch die abgeschirmte Lage der Lichtquelle im Gehäuse, können die Luftreiniger problemlos und sicher in Anwesenheit von Menschen und Tieren eingesetzt werden. Die Umgebungsluft wird mit Hilfe eines Ventilators in das Gerät gesogen, an der UV-C-Lichtquelle vorbeigeleitet und anschließend von Viren und Keimen gereinigt wieder in den Raum abgegeben. Die beiden Varianten von AirZing UV Compact sind etwa so groß wie eine Haarspraydose, können dank USB-ladbarem Akku überall mit hingenommen werden und finden ihren Einsatz zum Beispiel auf dem Schreibtisch oder auch im Auto. Die Akkulaufzeit beträgt etwa 90 Minuten.
Kompakt und einfach anzubringen: Der Air Zing Mini von Osram eignet sich im Besonderen für den Einsatz im Auto. (Bild: Foto: OSRAM Licht AG)
Die Variante AirZing Compact Pro ist zusätzlich zur UV-C-Lichtquelle mit einem HEPA-Filter ausgestattet, der Pollen und Hausstaub aus der Luft filtert. Das ultraviolette Licht des Air Zing Mini von Osram arbeitet mit einer Wellenlänge von 360 bis 370 Nanometer (UV-A) und kann mit einer Zuverlässigkeit von bis zu 99,9 Prozent Viren und Bakterien aus der Luft entfernen. Das Gerät wurde bereits erfolgreich gegen Vogelgrippeviren getestet. Der Luftreiniger beseitigt zusätzlich durch die Luft übertragene Allergene, Schadstoffe und Gerüche. Mit einem Durchmesser von 7,5 cm ist das kompakte, runde Gerät nicht größer als ein Apfel und lässt sich leicht mit einem Clip an den Lüftungslamellen eines Fahrzeugs anbringen. Das mitgelieferte USB-Kabel versorgt den Luftreiniger über jede Standard-USB-Buchse mit Strom. Er arbeitet leise, wobei das Markenlogo auf der Oberseite im Betrieb dezent blau leuchtet. Der Air Zing Mini saugt die Raumluft an und leitet diese durch einen Titandioxidfilter, der mit einer Reihe von UV-A-Leuchtdioden bestrahlt wird. Eine photokatalytische Reaktion tötet Viren und Bakterien ab, bevor die gereinigte Luft durch die Oberseite des Gehäuses wieder ausgestoßen wird.
Die Desinfektionsbox von Philips ist mit UV-C-Lampen ausgestattet und kann SARS-CoV-2 auf Oberflächen um mehr als 99 % auf ein Niveau unterhalb der Nachweisgrenze inaktivieren. Sie bietet damit für kleine Unternehmen oder Einrichtungen wie Büros oder KiTas eine einfache und wirksame Möglichkeit, Gegenstände wie Schlüssel, Handys, Spielzeug und Haushaltsgegenstände zu desinfizieren. Mit einer Breite und Höhe von knapp 28 cm kann die Philips UV-C-Desinfektionsbox auf jedem Tisch oder einer Ablage in der Küche oder im Flur platziert werden. Das übersichtliche digitale Display bietet eine intuitive Steuerung mit vier Funktionen. Die Desinfektionsfunktion eignet sich zum Beispiel für Schlüssel, Mobiltelefon, Brille oder Portemonnaie. Daneben gibt es eine Aufbewahrungsfunktion für Gegenstände, die im Alltag regelmäßig genutzt werden. Werden diese nach Gebrauch in der Box verwahrt, werden sie automatisch alle zwei Stunden desinfiziert. Eventuelle Feuchtigkeit auf Objekten kann mit der Trockenfunktion entfernt werden. Die Kombination „Desinfizieren + Trocknen“ entfernt Feuchtigkeit und desinfiziert Gegenstände, wie zum Beispiel kleine Spielzeuge und Babyartikel. Die Philips UV-C-Desinfektionsbox verfügt über einen Innenraum aus reflektierendem Edelstahl, der so konzipiert ist, dass jede Objektoberfläche, unabhängig von der Lage und Position des Gegenstandes in der Box, erreicht wird.
Signify erweitert sein UV-C-Desinfektionsportfolio in Deutschland und Österreich mit einem weiteren Verbraucherprodukt, der UV-C Desinfektionsbox. Die zusätzliche Schutzfunktion schaltet das Gerät automatisch ab, wenn der Deckel geöffnet wird. (Bild: Signify GmbH)
In Labortests reduzierten die Philips UV-C-Lichtquellen, mit denen die Desinfektionsbox ausgestattet ist, die SARS-CoV-2-Infektiosität auf einer Oberfläche in nur neun Sekunden auf ein nicht mehr nachweisbares Niveau. Da Menschen und Tiere wegen der Schädlichkeit von UV-C-Strahlung für Augen und Haut nicht aussetzt werden dürfen, schalten die eingebauten Sensoren das Gerät automatisch ab, wenn der Deckel geöffnet wird. Dies verhindert, dass jegliches UV-C-Licht nach außen dringt und bietet einen zusätzlichen Schutz für den Benutzer.
Weitere Lösungsansätze für den professionellen Gebrauch
Während sich die Wirkung von UV-C-Strahlung mit Wellenlängen zwischen ca. 250 und 280 nm am Markt bereits etabliert hat, ist über die Keiminaktivierung mit sichtbarem Licht bisher kaum etwas bekannt. Dabei wurde bereits in mehreren Studien erwiesen, dass sichtbares Licht ebenfalls eine inaktivierende Wirkung gegenüber Krankheitserregern besitzt. In diesem Zusammenhang hat das schwäbische LED-Technik-Unternehmen Lumitronix ein dreireihiges LED-Modul entwickelt, welches mit der im Januar 2021 gelaunchten LED NF2W585AR-P8 von Nichia bestückt ist. Die LED misst 4 × 3,6 mm, nutzt eine spezielle Kombination aus Phosphor- und Chiptechnologie und weist einen Peak bei der Wellenlänge von ca. 405 nm auf. Das durch diese besondere Mischung kreierte Spektrum der LED ist somit in der Lage, auf der einen Seite eine allgemeine Beleuchtung zu gewährleisten und gleichzeitig für die Inaktivierung von Bakterien zu sorgen. Bakterien enthalten sogenannte Photosensibilisatoren, die Licht mit einer Wellenlänge von 405 nm absorbieren und dabei aus Sauerstoff Radikale erzeugen können. Diese reaktive Sauerstoffspezies (ROS) kann dann bakterielle Strukturen von innen heraus angreifen und deren Reproduktion hemmen.
Im Besprechungsraum kann die Phosphor- und Chiptechnologie des Unternehmens Lumitronix durchaus beides vereinen: Raumlicht und Entkeimung mit einem einzigen Leuchtmittel. (Bild: pexels.com, Fotograf: Max Vakhtbovych)
Im Gegensatz zu UVC-Strahlung gilt sichtbares Licht (380 – 780 nm) in der Regel als harmlos. Allerdings werden für die Reinigung mit sichtbarem Licht vergleichsweise hohe Bestrahlungsdosen und eine lange Bestrahlungsdauer notwendig. Dies kann in der praktischen Anwendung im Dauerbetrieb realisiert werden. Die Inaktivierung der Bakterien mit sichtbarem Licht sieht das Unternehmen im Bereich der Sterilisationsmethoden daher als eine sinnvolle unterstützende Maßnahme (im Vergleich zu dem Einsatz der UV-C Strahlung) für ausgewählte Einsatzorte. Mögliche Anwendungsbereiche für das neue „3 × 11 LED-Modul“ sind Pendelleuchten oder Langfeldleuchten, die in stark frequentierten Bereichen in z. B. Krankenhäusern, Wartehallen, Besprechungsräumen oder Supermärkten installiert sind/werden. Wichtig hierbei ist, dass die Leuchten über „kritischen Arealen“ platziert werden, so dass möglichst viel Licht deren Oberflächen erreicht. Darüber hinaus ist ein Dauerbetrieb der Lichtquellen notwendig, um eine erfolgreiche Inaktivierung der Bakterien und Keime zu unterstützen. Eine chemische Reinigung muss allerdings weiterhin durchgeführt werden.
Doch hat das Hechinger LED-Unternehmen als offizieller Distributor von Nichia in Europa auch Zugriff auf leistungsstarke UV-C-LEDs, wie z. B. die NCSU334A. Diese emittiert eine Wellenlänge von 280 nm im ultravioletten Bereich und speziell im UV-C-Spektrum und ermöglicht eine sofortige Sterilisation und Reinigung von Luft, Flüssigkeiten und Oberflächen. Bakterien, Keime und Viren können auf diese Weise zuverlässig abgetötet werden. Die desinfizierende Leuchtdiode ist in diversen Ausführungen erhältlich: als Komponente für eine spätere Bestückung, auf einer 30 × 30 mm messenden Aluminiumplatine, vorbestückt und in einem hermetischen Spotgehäuse mit einem Quarzglasreflektor, der einen ganz besonders engen Abstrahlwinkel von 13,5° ermöglicht und mit einem „höchst möglichen“ Transmissionsgrad eine optimale UV-Abstrahlung bietet. Das Gehäuse besteht aus Edelstahl, ist damit antibakteriell und dauerhaft unempfindlich gegenüber UV-Strahlung. Es kann darüber hinaus leicht gereinigt werden. Aufgrund der vollständigen Dichtigkeit der Spotleuchte, der extremen Temperaturstabilität der verwendeten Materialien und der Tatsache, dass die Konstruktion keiner zusätzlichen Kühlung bedarf, ist ein Einsatz unter Umgebungsbedingungen von bis zu 100° C problemlos möglich. Eine Kombination aus Taster, Schalter, Bewegungssensor und drei Signal-LEDs stellt sicher, dass sich in dem Raum, in welchem die LED für eine sterile Umgebung sorgen soll, keine Person befindet. Erst wenn der Bewegungssensor nach 60 Sekunden keine Bewegung mehr registriert, der Taster durch das Schließen der Tür aktiviert und durch eine grüne Signal-LED alle Sicherheitsbedingungen erfüllt sind, lässt sich über den Schalter die UV-LED aktivieren.
Reinigung von Touch Screens im öffentlichen Bereich
Das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik, FEP, entwickelt gemeinsam mit den Partnern Fischer Electronicsysteme GmbH + Co. KG, RBC GmbH und GMBU e.V. (Fachsektion Halle) eine automatisierte Lösung zur kontinuierlichen Reinigung von Touchdisplays an öffentlichen Verkaufsautomaten, welches im Rahmen des BMWi-geförderten Innovationsnetzwerks „Clean-Hand“ initiiert und von der Firma FGMD GmbH koordiniert wird. Die Hygienisierung von Touchdisplays stellt aufgrund der hohen Nutzerfrequenz eine potenzielle Gefahrenquelle zur Keimübertragung dar. Die Projektpartner entwickeln mit „CleanScreen“ eine automatisierte Hygienisierungslösung, mit der der Bildschirm in kürzester Zeit desinfiziert wird, ohne manuelle Reinigung. Eine LED-basierte UV-Quelle desinfiziert kontinuierlich im Inneren des Automaten eine verschiebbare Displayoberfläche, die nach jedem Benutzervorgang bewegt wird. Jeder Nutzer erhält quasi eine „frische“ Oberfläche. So wird zwischen jedem Benutzungsvorgang eine Reinigung erreicht und das Risiko einer Keim-Übertragung minimiert. Der große Vorteil des neuen Systems liegt darin, dass es kontinuierlich arbeitet und direkt im Automaten integriert werden kann. Dies macht eine manuelle Reinigung der Displays zwischen jedem Benutzer unnötig, gleichzeitig ist der Benutzer keiner UV-Strahlung ausgesetzt. Außerdem entstehen keine langen Wartezeiten zwischen den einzelnen Benutzervorgängen.
Hallo Prof Syst Team,
wie wird man bei den Lampen und Luft-Filtersystemen des bei UV-C entstehenden Ozons Herr?