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Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11935 (2022) Citar este artigo

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Os métodos baseados em irradiação ultravioleta (UV) usados ​​para a inativação viral forneceram um caminho importante para o combate ao vírus coronavírus-2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2). Um grande problema com a tecnologia de inativação UV de última geração é que ela é baseada em lâmpadas UV, que têm eficiência limitada, requerem alta potência, grandes doses e longos tempos de irradiação. Essas desvantagens limitam o uso de lâmpadas UV em sistemas de filtragem de ar e outras aplicações. Para resolver essas limitações, relatamos aqui a fabricação de um dispositivo que compreende um laser UV de 266 nm de nanossegundos pulsado acoplado a uma cavidade de integração (LIC) composta de um material refletor de UV, politetrafluoretileno. As cavidades de inativação de lâmpadas UV anteriores eram baseadas em paredes polidas com reflexos especulares, mas os ICs de UV refletivos difusos não foram completamente explorados para inativação de vírus. Nossos resultados mostram que o dispositivo LIC pode inativar vários vírus respiratórios, incluindo SARS-CoV-2, em ~ 1 ms de tempo de irradiação efetivo, com eficiência > 2 ordens de magnitude maior em comparação com lâmpadas UV. O aumento demonstrado de 3 ordens de magnitude da cavidade em relação à exposição direta é crucial para o desenvolvimento de sistemas eficientes de purificação de água e ar UV em tempo real. Até onde sabemos, esta é a primeira demonstração da aplicação de LIC para ampla inativação viral com alta eficiência.

Para combater o surto da pandemia global de coronavírus-2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), vários nanomateriais com propriedades físicas e químicas ajustáveis ​​foram desenvolvidos para vacinação e tratamento de pacientes1,2. Além disso, purificadores de ar assistidos por oxidação fotoeletroquímica foram desenvolvidos como ferramentas potenciais para controlar a exposição interna ao SARS-CoV-23. No entanto, os vírus pandêmicos se propagam pelo ar e superfícies e, portanto, há uma necessidade urgente de desenvolver métodos rápidos e eficientes para inativar partículas virais em superfícies e no ar, especialmente em locais públicos, como hospitais, aeroportos, lojas, etc. pandemia e possíveis futuras pandemias.

Atualmente, diversos protocolos de desinfecção mediada por luz são validados para amostras de superfície, ar e água, bem como equipamentos de proteção individual4. A irradiação UV como um método eficaz e sem contato de inativação de patógenos virais tem sido usada há muito tempo, principalmente na forma de lâmpadas de mercúrio de baixa pressão ou diodos emissores de luz5,6,7,8. A luz UVC (na faixa de 100–280 nm) tem a maior eficiência de inativação antimicrobiana e antiviral entre as várias faixas de UV, incluindo UVA (315–400 nm) e UVB (280–315 nm)9. A absorção máxima de ácidos nucléicos é de ~ 265 nm, com a luz UVC causando danos ao induzir a fusão fotoquímica de duas pirimidinas adjacentes em dímeros ligados covalentemente, reticulação RNA-proteína e dano molecular específico do local10. A radiação UV tem sido explorada para o tratamento de enterovírus humanos, Zika, hepatite E, dengue, Nilo Ocidental e outros11,12,13,14,15,16,17,18,19 e, recentemente, para SARS-CoV-220 ,21,22,23,24,25,26,27,28. A eficácia virucida da luz ultravioleta é influenciada por vários fatores, incluindo o patógeno alvo, o ambiente e o material que está sendo descontaminado29. Além disso, UV germicida foi combinado com tratamento térmico para desinfecção viral30,31, incluindo SARS-CoV-232. Os problemas com as lâmpadas UV incluem eficiência limitada, exigindo alta potência e longos tempos de irradiação (grandes doses), o que é demorado e não adequado para uso em muitos sistemas de ar condicionado, onde o ar passa por uma lâmpada UV apenas por períodos muito curtos de tempo. As desvantagens do aquecimento incluem baixa eficiência e grandes perdas de calor para o ambiente, que exigem esforços adicionais de resfriamento e, portanto, aumentam o custo da inativação.