SARS-CoV-2, coronavirus gây ra bệnh COVID-19, thực sự có thể bị tiêu diệt bởi tia cực tím, hoặc tia UV, như đã được đề xuất gần đây. Nhưng nó không đơn giản như việc bạn đi ngoài nắng hoặc chuyền tay nhau dưới ánh đèn đen.
Theo Jim Malley, một kỹ sư môi trường tại Đại học New Hampshire, bạn sẽ phải đợi bảy ngày để mặt trời thực hiện công việc của nó trên một chiếc mặt nạ đã qua sử dụng.
Vào thời điểm đó, virus đã tự hủy. SARS-CoV-2 không thể chịu đựng các điều kiện bên ngoài cơ thể và khô héo nhanh chóng. Trong một thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nó kéo dài ba ngày trên nhựa, hai ngày trên thép không gỉ và một ngày trên bìa cứng [i].
Chúng ta có thể giả định một cách hợp lý rằng ánh sáng mặt trời trực tiếp sẽ đẩy nhanh sự phá hủy của nó. SARS-CoV, tiền thân của đại dịch coronavirus hiện nay của chúng ta, đã phải chịu đựng dưới ánh sáng mặt trời. Một nghiên cứu năm 2013 đã tính toán rằng sẽ mất 1,3 đến hai giờ dưới ánh nắng mặt trời giữa trưa ở Washington, DC, hoặc Thành phố New York trong ngày hạ chí để làm vô hiệu hóa hầu hết các coronavirus trên một chiếc găng tay — mặc dù virus trong các tinh cầu lớn nhất không bị tổn thương.
Bước sóng của tia UV càng ngắn thì càng có hiệu quả chống lại virus. Ánh sáng mặt trời, hầu hết trong phạm vi UV-A, không thể so sánh với UV-C, đã được chứng minh là rất thành công chống lại tất cả vi trùng đến mức nó được gọi là tia UV diệt khuẩn. UV diệt khuẩn đã được sử dụng để khử trùng bề mặt bệnh viện và dụng cụ y tế. Theo một nghiên cứu năm 2005, nó hoạt động đặc biệt tốt đối với coronavirus.
Vậy, tại sao nó không thể giúp con người chống lại COVID-19? Thứ nhất, bầu khí quyển chặn 100% bức xạ UV-C từ mặt trời, vì vậy không khí nào trong số đó sẽ vô hiệu hóa SARS-CoV-2 trong không khí, trên da của bạn hoặc các bề mặt khác. UV-C cũng phải được tạo ra bởi các loại đèn đặc biệt.
Việc sử dụng UV-C trực tiếp trên người hoặc trên cơ thể người đều có vấn đề.
Dan Arnold, giám đốc kinh doanh và tiếp thị của Công nghệ ánh sáng UV ở Birmingham, Vương quốc Anh, cho biết trong một bài báo trên BBC, việc biến tia cực tím công nghiệp trở thành chính chúng ta “theo đúng nghĩa đen sẽ khiến con người bị ảnh hưởng. UV-C không chỉ tiêu diệt virus bằng cách xáo trộn bộ gen của chúng mà còn cực kỳ nguy hiểm đối với tất cả các tế bào sống. Arnold đã phải can ngăn các giám đốc siêu thị lắp đặt thiết bị của công ty anh ở lối vào cửa hàng của họ.
ABC của UV
Trong quang phổ của bức xạ điện từ mặt trời, dải UV chiếm dải từ 400nm đến 10nm. (Hình ảnh của ESA / AOES Medialab.)
UV trong phổ bức xạ điện từ giữa ánh sáng nhìn thấy và tia X được tách ra thành UV-A, UV-B và UV-C.
UV được phát hiện vào năm 1801 bởi nhà vật lý người Đức Johann Wilhelm Ritter.
Phạm vi UV được Hải quân Hoa Kỳ xác định như sau:
UV-A, bước sóng 315-400nm, ít gây hại nhất. Ở rìa của quang phổ khả kiến, ánh sáng hơi xanh của nó thường được gọi là ánh sáng đen. Bạn đã từng thấy chất lỏng cơ thể phát huỳnh quang dưới tia UV-A trong các cảnh tội phạm - hy vọng chỉ có trong TV và phim. Côn trùng và chim có thể nhìn thấy UV-A. Diều hâu sẽ theo dõi tia cực tím từ đường nước tiểu đến động vật gặm nhấm. Thủy tinh thể trong mắt người ngăn chặn tia UV từ võng mạc ngoại trừ một trường hợp hiếm gặp của aphakia, một tình trạng mà thủy tinh thể bị thiếu hoặc bị loại bỏ. Sau khi nghệ sĩ ấn tượng Claude Monet cắt bỏ ống kính bằng phẫu thuật đục thủy tinh thể, các cảnh quay của anh ngày càng trở nên hơi xanh. Các quan sát viên Aphakic được quân đội Hoa Kỳ tuyển dụng trong Thế chiến II để phát hiện tín hiệu UV từ những chiếc U-boat của Đức ngoài khơi [ii].
UV-B, bước sóng 280-315nm, có nhiều khả năng gây tổn thương tế bào, tác động lên hắc tố da, cũng như vật chất di truyền của tế bào. DNA bị ảnh hưởng nhiều nhất, nhưng RNA cũng vậy, vật chất di truyền trong coronavirus. 95% UV-B bị ngăn bởi tầng ôzôn.
UV-C, bước sóng 180-280nm, được biết đến và được chấp nhận là chất diệt khuẩn, tuy nhiên, về mặt kỹ thuật, nó có thể không làm sinh vật mất khả năng sinh vật cũng như phá hủy vật liệu di truyền của nó và do đó, khả năng tái tạo của nó. Sự phá hủy vật chất di truyền của UV-C là bừa bãi. Nó không quan tâm nếu tế bào ở thực vật, động vật, nấm men, vi khuẩn, vi rút hay con người. Bầu khí quyển của chúng ta chặn tất cả tia UV-C của mặt trời khỏi bề mặt Trái đất.
UV cực, 10-180nm, đôi khi được gọi là UV chân không vì không có khả năng lan truyền trừ khi trong chân không.
Một chiếc xe buýt được xử lý UV-C ở Thượng Hải, Trung Quốc. Sử dụng 210 ống phát ra bức xạ UV-C, cả bên trong và bên ngoài xe buýt, Yanggao tuyên bố đã đưa quy trình khử trùng từ 40 phút xuống còn 5 phút, cho phép khử trùng 250 xe buýt mỗi ngày. (Hình ảnh do YouTube cung cấp.)
Làm thế nào để tia cực tím diệt vi rút?
Về mặt kỹ thuật, vi rút không thể bị “tiêu diệt” bởi vì chúng không sống theo nghĩa sinh học của từ này. Tuy nhiên, chúng không thể tái tạo bằng cách sử dụng bức xạ UV. Bức xạ UV, đặc biệt là UV-C, được hấp thụ bởi DNA và RNA, làm thay đổi cấu trúc của nó. Virus có thể vẫn di chuyển, tìm kiếm tế bào chủ, nhưng vật chất di truyền của nó đã bị tổn hại. Nó không thể tái tạo. Trò chơi kết thúc.
Khi tần số bức xạ tăng lên, càng đi xa khỏi quang phổ nhìn thấy cho đến khi đạt đến phân loại bức xạ tiếp theo (tia X), nó sẽ gây chết người nhiều hơn.
E = h · ƒ
Trong đó E=năng lượng tính bằng Joules, hoặc J
Và h=6,626 × 10-34 J · s hoặc hằng số Planck' s
Mặc dù tác động của tia UV lên cơ thể ở cấp độ nguyên tử không được biết đến hoặc có thể quan sát được, nhưng có giả thuyết cho rằng khi tần số ánh sáng tăng lên, nó gây ra sự cộng hưởng ở các kích thước khác nhau của cấu trúc tế bào, phân tử và nguyên tử — tất cả các cách đối với các hạt hạ nguyên tử. Với các hạt được cung cấp đủ năng lượng, chúng phá vỡ các liên kết giữ chúng với nhau. Tia X và tia gamma được gọi là bức xạ ion hóa vì khả năng phá vỡ các ion dương (phân rã alpha, một proton và một neutron) hoặc các ion âm (electron và neutron).
“Bức xạ UV-C đủ năng lượng để các photon riêng lẻ có thể tạo ra sự phá vỡ liên kết hóa học và sự ion hóa của một số nguyên tử và phân tử,” George Chabot, Tiến sĩ, giáo sư danh dự tại UMass Lowell, cho biết trong một diễn đàn sức khỏe cộng đồng. “Sự hấp thụ ưu tiên của các photon năng lượng cụ thể của các vật liệu, cả hữu cơ và vô cơ, thể hiện rõ ràng trong phổ điện từ từ vi sóng thông qua tia hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X và tia gamma.”
Các tần số của UV đặc biệt gây hại cho DNA và RNA. Virus SARS-CoV-2 có các cuộn RNA trong nhân, nó sẽ tiêm vào tế bào chủ để tiếp quản tế bào, gây ra phản ứng dây chuyền dẫn đến nhiễm trùng.
UV-C được RNA trong một coronavirus hấp thụ và làm cho các phân tử trong RNA tự sắp xếp lại thành các dimer (từ “di” có nghĩa là hai và “mer” từ các bộ phận), dẫn đến RNA sẽ không bắt cặp và do đó, sẽ không cho phép vi-rút nhân bản. Bức xạ UV-B cũng sẽ làm mờ, nhưng nó kém hiệu quả hơn UV-C từ 20 đến 100 lần, theo một nghiên cứu năm 2004 về Sự bất hoạt của Coronavirus. UV-A bị DNA và RNA hấp thụ quá yếu và kém hiệu quả trong việc tạo ra chất dimer.
UV có thể được sử dụng như một phương pháp điều trị cho bệnh nhân COVID-19?
Ý tưởng điều trị COVID-19 bằng tia UV có thể xuất phát từ phương pháp điều trị bằng ánh sáng UV-A được sử dụng cho các tình trạng da, bao gồm bệnh chàm, bệnh vẩy nến, bệnh bạch biến và u lympho tế bào T, một loại ung thư da. Phương pháp điều trị bằng tia UV có từ đầu thế kỷ 20. Bác sĩ Đan Mạch Niels Ryberg Finsen đã đoạt giải Nobel năm 1903 cho một liệu pháp ánh sáng dùng để chống lại bệnh lao da.
Đã có báo cáo của các nhà nghiên cứu cho thấy UV-C xa (dải bước sóng từ 220 đến 225), có thể ít gây hại cho các mô của con người, nhưng những nghiên cứu đó vẫn đang trên chuột. Tác dụng đối với con người chưa được biết đến, vì vậy Malley là một phần của sự đồng thuận của các chuyên gia y tế, những người không khuyến nghị nó như một phương pháp điều trị COVID-19.
Với sự trêu chọc của công chúng bởi một kẻ tiêu diệt virus chắc chắn, Hiệp hội Tia cực tím Quốc tế (IUVA) cảm thấy buộc phải đưa ra cảnh báo này:
“Chúng tôi muốn thông báo với công chúng rằng không có quy trình nào để tư vấn hoặc cho phép sử dụng an toàn ánh sáng UV chiếu trực tiếp vào cơ thể con người ở các bước sóng và độ phơi nhiễm được chứng minh là có thể tiêu diệt hiệu quả các loại vi rút như SARS-CoV-2. Tia UV trong các điều kiện được cho là có khả năng tiêu diệt các vi rút như vậy cũng được biết là có thể gây bỏng da nghiêm trọng, ung thư da và tổn thương mắt. Chúng tôi đặc biệt khuyến cáo rằng bất kỳ ai sử dụng đèn UV để khử trùng thiết bị y tế, bề mặt hoặc không khí trong điều kiện COVID-19, các ứng dụng được hỗ trợ bởi bằng chứng khoa học rõ ràng, hãy tuân theo tất cả các biện pháp phòng ngừa về sức khỏe và an toàn được khuyến nghị và tránh để cơ thể tiếp xúc trực tiếp với đèn UV. "
Về việc sử dụng UV-C trong công nghiệp và y tế thì sao?
Một loạt bức xạ UV-C, từ 254 đến 270nm, đã được ứng dụng như một chất diệt vi trùng, có thể sử dụng chống lại tất cả các loại vi rút, như H5N1, cúm lợn và SARS cộng với “siêu vi khuẩn”, là loại vi khuẩn kháng thuốc, vi rút và các loại nấm, chẳng hạn như CRE, C. diff, MRSA, đã được biết đến.
“Đèn UV, cụ thể hơn là tia UV diệt khuẩn hoặc tia UV-C xa, có thể rất hiệu quả trong việc khử hoạt tính của vi rút, vi khuẩn và các mầm bệnh khác ở người và nếu được thiết kế và vận hành đúng cách có thể là một ứng dụng thành công để khử trùng PPE, dụng cụ phẫu thuật, không khí và nước,” Jim Malley, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Đại học New Hampshire, cho biết trong một tuyên bố trước báo giới.
UV-C đã được sử dụng để khử trùng nước, hệ thống không khí và bề mặt trong hơn một trăm năm, và hiệu quả của nó được hỗ trợ bởi nhiều thập kỷ nghiên cứu khoa học, theo IUVA. Trong khi mức độ tiếp xúc với tia cực tím cần thiết để vô hiệu hóa các vi sinh vật khác nhau thì khác nhau, không có vi sinh vật nào được biết đến có thể sống sót. Nó thường xuyên và thường xuyên để lọc không khí, nước và bề mặt chống lại vi khuẩn, vi rút, nấm và động vật nguyên sinh.
Robot UVD của Đan Mạch tuyên bố loại bỏ 99,99% tất cả các loại virus từ không khí trong phòng và các bề mặt và đã được các bệnh viện ở Trung Quốc mua. Nó bao gồm các biện pháp bảo vệ tích hợp để đảm bảo không có bệnh nhân nào trong phòng.
Tuy nhiên, UV-C không thể khử trùng ở những nơi nó không thể “nhìn thấy”, do đó, việc khử trùng của nó chỉ giới hạn ở các tia phản xạ và trực tiếp. Vi trùng trong các vết nứt, đường dệt vải, nếp gấp của ga trải giường, sau đồ nội thất, dưới thảm, v.v., sẽ không bị ảnh hưởng. Do đó, ngoài tia UV-C, phải khử trùng hoàn toàn, lau sạch bằng dung dịch khử trùng hoặc rửa bằng xà phòng hoặc chất tẩy rửa.
Tại sao tia cực tím lại ảnh hưởng đến da và mắt?
Bức xạ UV-A và UV-B trên da gây cháy nắng. Bức xạ UV-C, có năng lượng cao hơn nhiều, sẽ gây ra tình trạng cháy nắng nhanh hơn, tồi tệ hơn. May mắn thay, 100 phần trăm của nó bị chặn bởi bầu khí quyển. Nám nắng là hắc tố tập trung trên da như một phản ứng với UV-A và UV-B. Melanin hấp thụ bức xạ và phân tán dưới dạng nhiệt. Da càng sẫm màu thì càng có nhiều hắc tố. Tuy nhiên, da đen nhất chỉ có SPF (chỉ số chống nắng) là 13,4 [iii], vì vậy kem chống nắng vẫn được khuyến khích.
Tiếp tục tiếp xúc sẽ làm tăng nguy cơ ung thư da, bao gồm ung thư hắc tố xảy ra khi các tế bào hắc tố (tế bào hắc tố) phát triển ngoài tầm kiểm soát và các tình trạng da khác.
Giáo sư Malley cho biết: “Chúng ta đang nói về sóng ánh sáng ở bước sóng thấp chứa nhiều năng lượng và năng lượng đó đã được chứng minh trong nhiều nghiên cứu là cực kỳ gây hại cho các mô của con người, đặc biệt là da và mắt.
Mắt đặc biệt nhạy cảm với bức xạ UV. Nên đeo kính râm để bảo vệ mắt khỏi tia UV. Bệnh mù tuyết, tên gọi chung của bệnh viêm giác mạc, là do tia UV-A và UV-B phản xạ từ tuyết, nước hoặc cát.
Trong sản xuất, viêm giác mạc là kết quả của việc nhìn trực tiếp vào ánh sáng từ hoạt động hàn và có tên là mắt hồ quang hoặc đèn flash của thợ hàn.
Viêm giác mạc có thể là mù tạm thời, nhưng nếu tiếp xúc nhiều lần có thể dẫn đến đục thủy tinh thể và mù vĩnh viễn.
Mặc dù giới hạn của UV-C được quy định, IUVA khuyến cáo chúng ta hoàn toàn tránh tiếp xúc với UV-C.
Ánh sáng mặt trời thông thường có thể ngăn chặn sự lây lan của vi-rút COVID-19 không?
(Hình ảnh do WHO cung cấp.)
Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cho biết chắc chắn ánh nắng mặt trời sẽ không ngăn chặn sự lây lan COVID-19. “Việc phơi mình dưới ánh nắng mặt trời hoặc nhiệt độ cao hơn 25 độ C KHÔNG ngăn ngừa được bệnh coronavirus (COVID-19).”
Nhưng tia cực tím không giết chết vi trùng. Nhớ SODIS?
Khử trùng nước bằng năng lượng mặt trời (SODIS) ở Indonesia bằng cách sử dụng chai nước giải khát bằng nhựa PET trong. (Hình ảnh do SODIS Eawag cung cấp.)
Ý tưởng về ánh sáng mặt trời thông thường giết chết vi trùng — tất cả các loại vi khuẩn, vi rút, nấm và động vật nguyên sinh — có thể đã bốc hơi nước từ quá trình khử trùng nước uống bằng năng lượng mặt trời (SODIS). Để nước chưa lọc và chưa qua xử lý trong chai nhựa (polyethylene terephthalate, hoặc PET) là một phương pháp đơn giản, rẻ và hiệu quả để sản xuất nước uống được các tổ chức phi chính phủ khuyến khích ở những vùng có ít hoạt động xử lý nước nhưng có nhiều bức xạ mặt trời, chẳng hạn như ở châu Á và châu Phi. SODIS có thành công đáng kể trong việc chống lại vi khuẩn, đặc biệt là E. coli, có thể do sự phù hợp của bước sóng UV-A với kích thước của vi khuẩn.
