[ RESEARCH ]การฆ่าเชื้อหน้ากาก N95 ด้วยรังสี UVC

เพื่อโรงพยาบาลนำตู้ UVC ไปฆ่าเชื้อเพื่อนำหน้ากาก N95กลับมาใช้งาน ด้วยกระบวนการที่เหมาะสม

เพื่อเลือกใช้ตู้ UVC ที่มีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อจริง

ถึงแม้UVCสามารถฆ่าเชื้อไวรัสได้จริง แต่ควรมีกำหนดความเข้มข้นของ UVCที่ใช้ การเลือกใช้หลอดและจำนวน Wattที่เหมาะสมสำหรับการฆ่าเชื้อ

ความเข้มข้นของ UVC จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อความห่างเพิ่มขึ้น จึงต้องหาระยะห่างที่เหมาะสมในการฆ่าเชื้อและรวมถึงเวลาที่ใช้ในการฆ่าเชื้อ

หน้ากาก N95 มีอย่างน้อย 3 ชั้น

ควรมีการทดสอบ Permeability ของรังสี UVC ที่ผ่านเข้าไปด้านในหน้ากากว่าจะสามารถเข้าไปถึงด้านในได้ด้วยความเข้มข้นของแสงที่มากเพียงสำหรับการฆ่าเชื้อ

การทดสอบสมรรถภาพของหน้ากาก N95 หลังจากการอาบรังสี UVC มี 4 ด้านหลัก การฆ่าเชื้อ ความสามารถในการกรอง(Particulate filtration efficiency) ลักษณะการทางกายภาพ(Physical appearance) และสมบัติทางเคมีที่บ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพ(Degradation)

การทดสอบที่ใช้

・UVC measurement and simulation

・Degradation analysis after cycled treatments

　　→ Physical and appearance analysis : SEM

　　→ Chemical thermal analysis : DSC/TGA STA

・Particulate Filtration Efficienct (PFE) and

pressure drop tests according to ASTM F2299

・Virucidal test and biological indicator ISO11193

UVC intensity measurement (mW/cm2)

UVC intensity needed for virucidal dose

จากหลายรายงานการฆ่าเชื้อโรคพบว่า

・มีการทดสอบหลากหลายกับเชื้อโรคชนิดต่างๆ เช่น H1N1 Influenza, E Coli

・ปริมาณ UVC ถูกวัดและรายงานทั้งในรูปแบบของความเข้มข้น(Intensity)และพลังงานรวมต่อพื้นที่(Fluence หรือ Dose) สามารถคำนวณได้จากสมการ

・มีการรายงานค่าความเข้มข้นที่แตกต่างกัน โดยแยกได้เป็นดังนี้ (1) "บน"

พื้นผิว(2)ใน mediaที่ใช้เพาะเลี้ยงเชื้อและ (3) "ใน" หน้ากาก

・ในรายงานนี้จึงคำนวณเวลาที่เหมาะสมจากค่าความเข้มข้นที่สูงเพื่อความปลอดภัยในการฆ่าเชื้อในหน้ากาก ที่ > 1 J/cm^2

ผลการทดสอบ

UVC intensity simulation

Recommended respirators arrangement

UVC จะช่วยฆ่าเชื้อได้เมื่อรังสีจากหลอดฉายบนหน้ากากโดยตรง (line of sight) โดยความเข้มข้นจะแคบ จึงควรวางหน้ากากไว้ตรงกับหลอดตรงกลาง

ที่ขั้นหลอดจะมีรังสีน้อย ต้องเว้นระยะประมาณ 2 cm ก่อนวางหน้ากาก

การเลือกซื้อ/ใช้ UVC lamp และการออกแบบตู้

・เวลาซื้อจากร้าน จะเห็นตัวเลข Watts เป็นPower Consumption ของหลอด แนะนาให้ใช้หลอด UVCอย่างน้อย 8 Watts หรือ 15 Wattsจำนวนอย่างน้อย 4หลอด (บน 2ล่าง 2) ・พบว่ามีหลอดปลอมที่ให้แสงสีม่วงแต่ไม่มี UVC จึงแนะนาให้สังเกตสัญลักษณ์เตือน Hg ซึ่งบ่งชี้ว่ามีปรอท มีความเป็นพิษสูงควรระมัดระวังในการใช้ โดยหลอด Hg เหล่านี้จะให้ UVC ที่คลื่นย่านความถี่ 253.7 nm เราวัดพบ UVCในปริมาณที่มากในหลอดของ Phillips, OSRAM เป็นต้น ・เนื่องจากบริเวณที่เป็นเงา คือ จุดที่ฆ่าเชื้อไม่ได้ จึงแนะนาให้ติดตั้งอย่างน้อย 2 หลอดต่อฝั่ง ทั้งด้านบนและด้านล่าง และระวังตะแกรงที่ใช้รอง จะทาให้เกิดเงา ควรเลือกลวดตะแกรงที่เล็ก เว้นห่างกัน หรือ เลือกใช้วิธีห้อย/ขึง หน้ากากแทน ・เนื่องจากความเข้มข้นของ UVCจะอยู่ที่ตรงกลาง จึงแนะนาให้วางหน้ากากไว้ตรงกลางใต้หลอดสองแถว โดยติดตั้งหลอด UVCห่างกันเท่ากับความกว้างหน้ากาก คือ ประมาณ 14-15 cm ・หลังจากเปิดสวิตช์ไฟ ควรรอ 2นาที ก่อนที่หลอดจะให้พลังงานเต็มที่ ・หลอดมีอายุการใช้งานและมีการเลื่อมสภาพ โดยสามารถลดประสิทธิภาพลงเหลือ 60% ถ้าเปิดติดต่อกันหลายชั่วโมง หรือถ้าหลอดมีความร้อน บทสรุปเวลา ที่ใช้ในการฆ่าเชื้อได้รวมSafety factor factorนี้แล้ว ・หลังจากอบฆ่าเชื้อ พบว่ามีโอโซนเกิดขึ้นในตู้ในปริมาณน้อย เพื่อความปลอดภัย ควรเปิดตู้5-10นาที ให้โอโซนสลายตัว ก่อนเก็บหน้ากาก

การเตรียมชิ้นงาน

หน้ากากทั้งหมด 4 ชนิด คือ 3M9010 3M8210 3MVflex Honeywell H801

→ 4 masks 13 layers

การศึกษาด้านกายภาพ

จากการศึกษาเส้นใยของทุกชั้นในหน้ากาก โดยแยกเป็นหน้ากาก4ชนิด ก่อนและหลังการอบ โดยใช้เวลารับรังสี UVC 120 นาที เทียบกับ 8 cycles พบว่าเส้นใยทุกชั้นจากทุกหน้ากากมีลักษณะเหมือนเดิม ทั้งนี้พบร่องรอยบางอย่างบนเส้นใย(ภาพด้านล่าง)ในระดับไมครอนในแผ่นกรองชั้นในของหน้ากาก 3 M 9010 หลังจากอบ 120นาที ต้องพิจารณาควบคู่กับผลวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อเข้าใจว่าเส้นใยเสื่อมสภาพหรือไม่

Field Emission SEM (FEI Quanta)

Signal : Secondary electron

Acceleration voltage : 5 kV

WD : 9.7 mm

ตัวอย่างการเปรียบเทียบลัักษณะเส้นใยของหน้ากาก Honeywell H801

การศึกษาด้านเคมี

การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค DSC / TGA / STA เพื่อศึกษาอุณหภูมิ Characteristic temperatures และการเปลี่ยนไปของน้าหนักของโพลิเมอร์ที่อุณภูมิสูง โดยวิเคราะห์โพลิเมอร์แต่ละชนิดบนหน้ากากต่ละชั้น ถ้ามีการเสื่อมสภาพ จะเห็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและลักษณะของHeat flow ที่ตรวจวัดได้ เช่น enthalpy change และ heat capacity change

ตัวอย่างผลการทดลอง

เริ่มพบความเปลี่ยนแปลง(เล็กน้อย)ที่ชั้นนอกของหน้ากาก 3 M 8210หลังจากรับรังสี UVC เป็นเวลา 120 นาที ต้องพิจารณาควบคู่กับparticulate filtration efficiency เพื่อความปลอดภัยของผู้ใส่หน้ากาก

การศึกษาParticulate Filtration Efficiency (PFE) ตามมาตรฐาน ASTM F 2299

Particulate filtration efficiency at 0.3 μm

หน้ากากที่ทดสอบทั้งหมดหลังจากการฉายรังสี UVC เป็นเวลา 120 นาที พบว่า PFE% ลดลงในช่วง 0.2-0.9 % โดยในกลุ่มของหน้ากาก 3M ทั้ง 3 รุ่นผ่านเกณฑ์ของหน้ากาก N 95 ทั้งก่อนและหลังการฉายแสง UVC เป็นเวลา 120 นาที

การทดสอบไวรัส ( By Dr.Anan Jongkaewwattana and BIOTEC team )

Method

1. Recombinant PEDV with mCherry gene 10 4 TCID 50 /ml) was used to drop on the second layer of the N 95 material. The droplets were then covered with the outer layer before UV exposure. 2. Each piece of sample was placed inside the UV chamber away from the bulb to avoid direct exposure (see figure). 3.The UV was turned on for 1 min before placing each sample.

4. At 1,5,10 and 20 min after UV exposure, the sample was diluted in 2 ml of Opti-MEM and incubated at RT for 1 h to release the virus.

5. One ml of each sample was then adsorbed onto VeroE 6 cells to allow virus infection at 37 C for 2 hours. 6. Cells were washed with media to remove any residual virus and maintained in Opti MEM with trypsin to allow virus propagation. 7. At 24 h after infection, cells were visualized under a fluorescence microscope for the expression of the mCherry. Nuclei stain was done with Hoechst dye.

Conclusion

・Under the fluorescence microscope, the expression of the mCherry gene was detected only in cells infected by virus obtained from the unexposed sample. Notably, the red noise in 20 min (upper panel) is a non specific signal. ・RT-PCR analyses of each sample showed changes in size of PCR products, indicating that viral RNA was affected by the UVC treatment as early as 1 min after exposure.

สรุป

・UVC สามารถใช้ในการฆ่าเชื้อโรคในหน้ากากได้ สามารถนาหน้ากาก N 95 กลับมาใช้ใหม่ได้

・ปริมาณ UVC ปลอดภัย( Fluence )คำนวณที่ > 1 J/cm2 ・Doseที่เหมาะสม คิดได้จาก Intensity x time timeเช่น 2mW /cm 2 x 500 secs (เกือบ 10นาที)

・ค่า2 mW /cm 2 นี้เป็นค่าminimum intensity โดยเป็นค่าที่วัดได้ที่พื้นผิว เมื่อพิจารณาในความหนาของหน้ากาก พบว่า intensityจะลดลงด้านในหน้ากากแต่ละชั้น ทั้งนี้รังสี UVC อาจจะเข้าไม่ถึง ด้านในหน้ากากบางรุ่น

ตู้อบรังสี 1. ควรใช้หลอด UVC อย่างน้อย 8 Watt (Power Consumption Rating) 2. ติดตั้ง ด้านละ 2 หลอด (บน 2 ล่าง 2) หรือ (ซ้าย 2 ขวา 2) เพื่อลดปัญหาเงา และเพิ่มintensity 3. หลอด UVC ควรอยู่ห่างกันไม่เกิน 14-15 cm 4. หลอดควรอยู่ห่างหน้ากากไม่เกิน 8 cm สาหรับหลอด 15W (2 หลอด)ไม่เกิน5cm สาหรับหลอด 8WW(2 หลอด)

โดยพิจารณาระยะจากทั้งสองด้านของหน้ากาก 5. ควรจดจำนวนชั่วโมงที่ใช้ เพื่อให้มั่นใจว่าintensity ของ UVC ลดลงไม่เกินค่า safety factor 6. สายรัดควรป้องกันโดยใช้กระดาษหุ้ม เพื่อไม่ให้เสื่อมสภาพ ถ้าสายหย่อนไม่ควรใช้งาน

การใช้ตู้ฉาย UVC 15 W 4 หลอด: ใช้เวลา 15 นาที ใช้ได้ 8 รอบ การใช้ตู้ฉาย UVC 8 W 4 หลอด: ใช้เวลา 20 นาที ใช้ได้ 8 รอบ

Acknowledegement

・Project lead, UVC exposure tests, Intensity measurements, SEM analysis ASTM E766

Physical degradation evaluation, Chemical degradation evaluation

→ Boonrat Lohwongwatana, Krittima Tumkhanon, Slila Chayanun, Chiraporn Tongyam, Pacharanut Lohapuech, Poonyawee Phiencharoen, Hthaichanok Chunate, Korn Pavavongsak, Pattarapong Wannapraphai, Torlarp Sitthiwanit and M3D Laboratory

・Technical advisory, protocol and supports

→ Paporn Prasitdumrong, Nimitr Prasitdumrong, Anongnat Somwangthanaroj, Proadpran Punyabukkana, Thanarat Chalidabhongse, Sarnit Karunyavanij, Vip Viprakasit, and Taya Kitiyakara

・UVC chamber construction

→ Noppol Chuklin and rbs team

・UVC measurement and simulation

→ Rattachat Mongkolnavin, Dusit Ngamrungroj, and Eakluck Chandrema

・Virucidal test

→ Anan Jongkaewwattana and BIOTEC team

・Biological indicator ISO 11193

→ Meticuly team

・DSC TGA STA

→ Maneerat Limsuwatthanathamrong, Apichat Imyim, Manunya Okhawilai and Saravudh Rimdusit

・Particulate filtration efficiency ASTM F2299

→ Panich Inta and RUEE team

・Virus-in-mask penetration test *pending

→ Vip Viprakasit

#COVID19 #N95