Désinfection immersive aux ultraviolets d'E. coli et du phage MS2 sur des textiles en coton tissé

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13260 (2022) Citer cet article

La désinfection immersive par ultraviolets fournit une technologie sans produits chimiques pour des textiles, des surfaces et des espaces publics plus sûrs en inactivant les agents pathogènes transmissibles. Cette étude a examiné la désinfection UV immersive, à l'aide d'une armoire de désinfection, d'E. coli et de MS2 inoculés sur des T-shirts en coton blanc. L'impact des matériaux poreux sur la désinfection UV est mal compris, la majorité des recherches antérieures sur la désinfection des surfaces se concentrant sur les surfaces dures et lisses. Plusieurs approches ont été utilisées dans cette étude pour caractériser la dynamique de la lumière au sein de l'armoire de désinfection, notamment les coupons de dosimétrie colorimétrique, la biodosimétrie et la spectroradiométrie. La micro et la macro géométrie des surfaces poreuses sont des facteurs importants à prendre en compte lors de l'utilisation de technologies UV immersives. La géométrie de l'armoire a eu un impact sur la distribution de la lumière UV émise dans l'armoire de désinfection et les propriétés physiques d'un matériau poreux, comme le motif tissé du coton, contribuent toutes deux à l'efficacité de la désinfection UV. Ce travail a identifié que la distribution de la lumière est cruciale pour les technologies UV immersives car la fluence délivrée était très variable dans l'enceinte de désinfection et a entraîné une différence de plusieurs logs de réduction pour les zones adjacentes des échantillons de t-shirts. D'autres zones inoculées ont atteint des valeurs de réduction supérieures à 1 log pour MS2 et supérieures à 2 log pour E. coli.

L'intérêt et l'utilisation des technologies UV-C immersives ont considérablement augmenté en réponse à la pandémie de SRAS-CoV-21,2. Les technologies UV-C immersives utilisent la lumière germicide pour désinfecter les espaces partagés ou les objets fréquemment touchés afin de réduire la transmission des maladies transmissibles. La pandémie de SRAS-CoV-2 a révélé le besoin d'espaces partagés plus sûrs et le besoin d'outils efficaces pour réduire la charge virale sur les surfaces à contact élevé3,4,5,6. La désinfection UV-C est bien comprise dans l'industrie de l'eau pour le contrôle biologique et dans les établissements de santé pour l'irradiation germicide des voies respiratoires supérieures7. La désinfection UV-C est considérée comme une méthode de nettoyage complémentaire pour réduire le nombre d'infections nosocomiales (IAS) par le biais d'organismes résistants aux médicaments8,9. L'enfilage et le retrait de l'équipement de protection individuelle (EPI) dans les établissements de santé a été identifié comme un vecteur viral dans plusieurs études10,11,12. La désinfection UV-C des vêtements porteurs d'agents pathogènes a le potentiel de réduire le nombre d'infections nosocomiales et peut avoir des utilisations dans les environnements à fort trafic tels que les immeubles de bureaux, les stades et les campus universitaires4,13.

La dynamique des matériaux non poreux est bien comprise du point de vue UV-C alors qu'il existe un manque de connaissances dans l'application des technologies UV-C immersives aux matériaux poreux. Une étude a étudié l'efficacité des désinfectants chimiques sur les surfaces poreuses et non poreuses et a démontré que les textiles, tels que le coton, étaient moins efficaces pour la désinfection de 2 log par rapport aux surfaces en verre de désinfection14. Comprendre à la fois la micro et la macro-géométrie des matériaux poreux a des implications importantes pour l'efficacité de la désinfection UV-C et doit être pris en compte lors de la désinfection de surfaces complexes6,15,16,17. Par exemple, des technologies UV-C immersives ont été utilisées pour la réutilisation des respirateurs d'urgence orientés vers l'avant (FFR), où des études ont montré que le type de matériau FFR joue un rôle déterminant dans l'efficacité de la désinfection UV-C et régit la limite supérieure de la désinfection réalisable1,6,17,18. À la connaissance des auteurs, il n'existe aucune étude publiée qui étudie l'efficacité de la désinfection UV-C immersive sur des matériaux poreux courants tels que le coton. L'importance de ce manque de connaissances est amplifiée lorsque l'on considère l'intérêt croissant pour la désinfection des espaces partagés, qui consistent en un mélange de matériaux poreux et non poreux.

Les armoires de désinfection sont une technologie UV-C immersive, qui a été mise sur le marché pour plusieurs applications de niche, telles que les détaillants de vêtements, les vestiaires et les laboratoires. Les armoires de désinfection offrent une exposition aux UV-C à 360°, ce qui maximise la zone éclairée sur les objets poreux et réduit l'impact de l'ombrage. Un autre facteur important à considérer pour ces technologies est la répartition de la lumière. Une mauvaise répartition de la lumière UV-C peut entraîner une désinfection inadéquate des objets ciblés. Il existe plusieurs outils qui peuvent être utilisés pour caractériser la fluence délivrée par les sources lumineuses UV-C immersives telles que les cartes dosimètres UV-C, la biodosimétrie et la spectroradiométrie. Compte tenu de la nouveauté des dispositifs UV-C immersifs, aucune norme n'existe pour quantifier les fluences à 360°. Cet article aborde ce problème en caractérisant une armoire de désinfection UV-C à l'aide de micro-organismes d'épreuve courants et de techniques radiométriques. La biodosimétrie, la dosimétrie chimique (via des cartes dosimétriques) et la spectroradiométrie ont toutes été utilisées pour caractériser la fluence en utilisant des t-shirts en coton comme vêtement de défi. Le tissu de coton se trouve couramment dans les vêtements, les meubles et dans tous les environnements pour les applications UV-C et sert de substitut aux matériaux poreux. Les résultats de cette étude informent à la fois l'industrie de la santé et celle des UV-C concernant les meilleures pratiques lors de l'examen de la désinfection des matériaux poreux.

Une armoire de désinfection UV-C disponible dans le commerce équipée de huit lampes halogènes au mercure à basse pression a été utilisée pour toutes les études de validation de ce manuscrit19. Les temps de cycle ont été programmés à l'aide du panneau de commande sur l'armoire qui contrôlait automatiquement la période d'éclairement. Un cycle de préchauffage a été exécuté sur l'armoire avant de placer les échantillons à l'intérieur, ce qui a minimisé les effets du préchauffage de la lampe pour assurer un état stable de luminosité pendant les tests. Malgré cette pratique, la luminosité de la lampe n'était pas stable pendant les 20 premières secondes d'utilisation. Le préchauffage de la lampe peut augmenter la variabilité de l'efficacité de la désinfection pour des fluences plus faibles. Il est recommandé d'utiliser un cycle de préchauffage dans les cas où l'armoire est restée inactive pendant une période prolongée afin d'atténuer la variabilité dans les applications à faible fluence. L'armoire était également équipée d'un mécanisme de verrouillage pour éviter toute exposition accidentelle à la lumière UV-C pendant l'utilisation. Les approches de caractérisation utilisées ont été conçues pour être peu invasives pour la fonction globale de l'armoire. Par exemple, un câble USB fin a été introduit à travers les portes de l'armoire pour alimenter le spectroradiomètre tout en gardant le joint de l'armoire intact.

Des t-shirts blancs de taille moyenne pour hommes, 100 % coton, ont été utilisés pour tous les échantillons et ont été prélevés directement de leur emballage avant utilisation. Ce type de chemise a été choisi car il représentait le mieux une « ligne de base » de textile en coton et est largement disponible pour la reproduction de ce travail.

MS2 et E. coli ont été choisis comme organismes d'épreuve en raison de leur réponse prévisible à la lumière UV-C et ont été utilisés pour tous les organismes d'épreuve microbiens pour tous les tests microbiologiques et ont été inoculés sur les zones cibles du vêtement, comme illustré à la Fig. 1. Bactériophage MS2 et E . coli ont été ajoutés aux zones cibles en six gouttelettes de 5 µL dans une zone cible de 2 cm × 2 cm. Des volumes d'inoculation totaux supérieurs à 30 µL ont provoqué des saignements de fluides dans le tissu qui ont dépassé les limites de 2 cm × 2 cm. Les t-shirts inoculés MS2 ont été séchés pendant 20 min sur une table en acier inoxydable et l'humidité a été mesurée pendant l'expérimentation à l'aide d'un capteur d'humidité DHT11. Les chemises inoculées d'E. coli n'ont pas été séchées, car l'inoculum d'E. coli était sensible à la mort cellulaire lors du séchage. Des boîtes de Pétri stériles ont été placées entre les couches de T-shirt pendant les étapes d'inoculation et de séchage pour s'assurer que l'inoculum ne saignait pas à l'arrière de la chemise. Les séparateurs de boîtes de Pétri ont été retirés avant de placer le vêtement dans l'armoire UV-C.

Régions d'inoculation de T-shirt pour MS2 et E. coli. RS et RA font référence à la manche droite et à l'aisselle droite ; LS et LA font référence à la manche gauche et à l'aisselle gauche ; F1, F2 et F3 font référence aux faces avant 1, 2 et 3.

Des t-shirts blancs ont été suspendus à l'aide d'un cintre en plastique et placés à l'intérieur de l'armoire à un emplacement aléatoire sur l'une des quatre positions à l'intérieur de l'armoire. La manche gauche de chaque t-shirt a été positionnée le plus près des portes de l'armoire dans toutes les expériences et l'indexation des positions de suspension est illustrée à la Fig. 2. Cette orientation a garanti que les emplacements d'échantillonnage étaient cohérents dans leur relation avec les lampes UV-C à l'intérieur de l'armoire. . Les régions d'inoculation pour les T-shirts sont illustrées à la Fig. 2. « R », « F » et « L » désignent respectivement le côté droit, le devant et le côté gauche du t-shirt. 'S' et 'A' font référence à la manche et à l'aisselle du T-shirt. Après exposition aux UV-C, les coupons des zones inoculées ont été coupés avec des ciseaux stérilisés et collectés dans un tube Falcon de 50 ml et remis en suspension dans une solution tampon phosphate (PBS).

Indexation de position pour accrocher des T-shirts dans l'armoire de désinfection UV-C.

Les échantillons MS2 ont été dénombrés à l'aide de la méthode de la double couche de gélose avec des comptages sur plaque basés sur les unités de formation de plaque (PFU) observées conformément aux protocoles EPA 160120. E. coli a été étalé sur gélose Chromocult® Coliform (Millipore Sigma), un milieu de culture chromogénique sélectif et différentiel pour l'analyse microbiologique d'échantillons d'eau. L'utilisation de ce milieu sélectif permet une quantification robuste des échantillons traités aux UV-C tout en réduisant le risque de contamination croisée des échantillons, ce qui est essentiel lorsque l'on travaille avec des articles non stériles tels que les textiles en coton. Des mesures UV254 ont été prises sur un Hach DR5000 pour des échantillons de contrôle afin de tenir compte de la transmittance UV-C de l'inoculum.

Des expériences de dosimétrie ont été menées en deux phases pour caractériser un cycle complet de désinfection. Les coupons de dosimétrie utilisés étaient colorimétriquement sensibles à 25, 50 et 100 mJ cm-2 et fournissaient une indication de la fluence interne obtenue pour toutes les zones de l'enceinte. La première phase consistait en un temps d'exposition de 30 s et la deuxième phase consistait en un temps d'exposition de 70 s. Les temps d'exposition ont été choisis en fonction du cas d'utilisation cible de l'appareil et également en consultation avec le fabricant de l'armoire19. Les coupons ont un dos adhésif pour la fixation aux surfaces. Les coupons ont été placés dans un tableau 2 × 2 couvrant les dimensions d'un t-shirt suspendu sur les parois latérales intérieures de l'armoire. Le réseau de coupons du mur arrière couvrait la distance entre le centre de chaque luminaire UV-C. Un coupon était attaché sur chaque porte d'armoire à la hauteur du centre d'un vêtement suspendu. Des coupons étaient également fixés sur les étagères dans chaque position de suspension à l'intérieur de l'armoire. La figure 3 montre des images de la configuration du coupon de dosimétrie dans l'armoire.

Disposition interne des coupons de dosimétrie au sein de l'armoire UV-C.

Des photos de coupons de dosimètre ont été prises immédiatement après l'exposition aux UV-C pour atténuer la décoloration de la couleur de l'indicateur. Les coupons de dosimétrie avaient tendance à s'estomper aux couleurs de base s'ils étaient laissés en place pendant plus de quatre heures. Des photos de coupons exposés aux UV-C ont été prises dans des conditions d'éclairage constantes pour contrôler l'impact de la lumière ambiante dans le laboratoire et ont été prises au même endroit dans le laboratoire pour chaque essai expérimental.

L'irradiance UV-C a été mesurée à l'aide d'un spectroradiomètre OceanOptics USB4000 (OceanOptics, USA) avec un câble USB à fil plat qui a permis au radiomètre de fonctionner dans l'armoire tout en maintenant une étanchéité sur les portes de l'armoire. Les mesures du spectroradiomètre ont été prises à chaque position de suspension dans l'armoire et ont été collectées à partir de cinq orientations différentes et sont illustrées à la Fig. 4. La fluence à chaque emplacement de suspension dans l'armoire a ensuite été calculée en faisant la moyenne de l'irradiance mesurée pour chaque orientation du spectroradiomètre. La mesure de l'irradiance dans plusieurs orientations à la même position de suspension permet de comprendre la distribution de la lumière dans un volume fermé éclairé par UV-C.

Orientation du spectroradiomètre pour les mesures d'irradiance.

La pénétration de la lumière UV-C à travers les couches du t-shirt a été étudiée à l'aide d'un faisceau collimaté UV-C. La pénétration de la lumière UV-C a été testée sur des couches simples (L1) et doubles (L2) de tissu de coton blanc à l'aide d'une lampe au mercure basse pression collimatée de 40 W située à 25,5 cm du textile cible. Les faisceaux collimatés émettent de la lumière UV-C dans une direction tandis que l'armoire UV-C fournit une exposition de la lumière à 360°. Un spectroradiomètre Ocean Optics USB4000 a été utilisé pour mesurer la pénétration de la lumière afin de déterminer la proportion de lumière UV-C bloquée par les couches d'un coton. La pénétration de la lumière à l'aide d'un faisceau collimaté est un substitut de l'armoire de désinfection car elle imite une estimation prudente du blocage de la lumière UV-C. L'expérience de pénétration de la lumière consistait en des conditions L1 et L2. Des coupons de coton ont été fixés à la surface du détecteur du spectroradiomètre qui a ensuite été placé sous le centre du faisceau collimaté et est illustré à la Fig. 5.

Pénétration de la lumière UV-C à travers différentes couches de coton T-shirt. L1 = une couche ; L2 = deux couches combinées (n = 30).

La dosimétrie a révélé que la répartition de la lumière à l'intérieur de la cabine de désinfection n'est pas uniforme malgré l'émission à 360° d'irradiation UV-C. Des lampes de 15 et 25 W ont été utilisées pendant le processus de caractérisation. Plusieurs puissances ont été testées en raison des contraintes de la chaîne d'approvisionnement qui pourraient limiter la disponibilité de certains modèles de lampes. Les résultats de la dosimétrie sont résumés dans le tableau 1. La dosimétrie fournit une gamme colorimétrique propre à une fluence UV-C plutôt qu'une valeur quantitative. Le cycle d'irradiation de 30 s a exposé toutes les zones de l'armoire à une fluence d'au moins 43,8 mJ cm-2. La fluence minimale délivrée pour le cas d'utilisation le plus court dépasse une valeur de réduction de 3 log pour les virus pathogènes tels que le SRAS-CoV-2 sur les surfaces dures21.

Le cycle d'exposition de 70 s a permis à l'appareil d'atteindre une fluence minimale de 50 mJ cm-2 dans toutes les zones de l'armoire. A noter également que plusieurs zones étaient très proches du seuil de 100 mJ cm-2 des dosimètres. Il est essentiel d'obtenir une fluence dégagée supérieure à celle nécessaire pour une surface dure, car une surface poreuse réduit la fluence délivrée en raison de l'ombrage, de la géométrie et des caractéristiques textiles22. La fluence calculée pour le cas d'utilisation de l'armoire de désinfection dépasse la fluence requise nécessaire pour une réduction de 3 log du SARS-CoV-221,23,24. Les coupons de dosimétrie ont une limite supérieure de détection et sont de nature qualitative, ce qui a limité leur utilisation comme outil de caractérisation.

Les données du spectroradiomètre ont indiqué une asymétrie dans l'armoire de désinfection dans toutes les orientations. Le tableau 2 montre la fluence, compte tenu d'un cycle de 70 s, moyennée sur les positions de suspension et pour chaque orientation du radiomètre. L'orientation vers le haut a fourni la fluence la plus faible, ce qui était attendu car aucune lampe n'est montée au plafond de l'armoire. Toute la lumière UV détectée en position UP se reflète sur les parois intérieures de l'armoire. Une tendance similaire est observée pour l'orientation avant, car la majorité de la lumière UV détectée à partir de cette position est réfléchie par les portes de l'armoire. La distance du plafond à détecter était environ le double de la distance entre le détecteur et les portes. Notamment, les fluences pour les orientations Droite et Avant du détecteur étaient environ la moitié de la fluence pour l'orientation Arrière et Gauche. La cause de cet écart n'est pas claire, car la disposition de l'armoire est latéralement symétrique.

Les résultats du tableau 2 mettent davantage en évidence les limites des coupons de dosimétrie. Chaque orientation du spectroradiomètre est au-dessus de la limite de détection supérieure de 100 mJ cm-2 de l'échelle du coupon colorimétrique. Ce résultat indique que la bonne prise en compte des inconvénients des coupons de dosimétrie doit être prise en compte avant utilisation.

La pénétration de la lumière à l'aide d'un faisceau collimaté simule la lumière d'une source unique traversant un textile. Une irradiance moyenne de 3,97 W m−2 (n = 30) a été mesurée par le spectroradiomètre lorsqu'aucun tissu ne recouvrait le détecteur. 82,1 % et 93,0 % de la lumière UV-C ont été bloqués lors de la mesure de la pénétration de la lumière à travers L1 et L2 respectivement.

La mesure directe de l'irradiance UV-C par spectroradiométrie quantifie l'intensité lumineuse et répond aux limites de sensibilité de la dosimétrie des coupons. La fluence délivrée moyenne est constante dans toutes les positions de suspension et dépasse 100 mJ cm-2, mais il existe des différences dans l'irradiance mesurée pour des orientations spécifiques du spectroradiomètre. Des fluences inférieures ont été calculées à toutes les positions du spectroradiomètre où le détecteur était disposé dans les orientations avant et vers le haut, comme indiqué sur la figure 5. Les données du spectroradiomètre sont alignées sur les données de dosimétrie qui ont montré des modèles similaires pour cette partie de l'armoire. Malgré les différences d'irradiance, les résultats expérimentaux indiquent que la lumière provenant de chaque direction à l'intérieur de l'armoire dépasse de loin 100 mJ cm-2 dans des conditions où l'ombrage et la micro-géométrie textile ne sont pas des facteurs. Un tableau détaillé contenant ces données se trouve dans "Informations complémentaires".

L'impact des vêtements suspendus adjacents a été examiné après avoir déterminé la répartition de la lumière pour une armoire vide. Le spectroradiomètre a été suspendu à chacune des positions internes à l'intérieur de l'armoire (P1, 2, 3, 4), tandis que des T-shirts ont été suspendus les uns aux autres à l'intérieur de l'armoire. La proportion de lumière bloquée a ensuite été calculée et est résumée dans le tableau 3. Les positions 1 à 3 avaient une dynamique lumineuse similaire tandis que P4 avait une proportion inférieure de lumière bloquée.

La dynamique de la lumière à l'intérieur de l'armoire de désinfection change au fur et à mesure que des objets sont placés à l'intérieur. Par exemple, une armoire pleine (objets suspendus à chaque position) compliquerait la dynamique de la lumière dans le volume irradié. La caractérisation des conditions vide et pleine donne un aperçu de la quantité de lumière bloquée dans chaque cas d'utilisation. Dans l'ensemble, la méthode décrite dans ce travail pour calculer une fluence moyenne directionnelle fournit un outil pour comprendre les dispositifs UV-C immersifs.

MS2 et E. coli ont été utilisés comme organismes d'épreuve pour évaluer les capacités de désinfection de l'armoire de désinfection. L'humidité relative de la pièce a été mesurée et variait de 12 à 24 %. L'humidité relative peut avoir eu un impact sur le seuil de récupération pour MS2 et E. coli. L'air sec peut entraîner une dessiccation accrue des virus et des bactéries sur un vêtement avant d'être traité dans l'armoire.

Les valeurs de réaction logarithmique pour MS2 sur chacune des régions inoculées sont fournies à la Fig. 6. Les concentrations d'inoculum témoin MS2 variaient de 7, 5 à 8, 5 PFU cm -2. La transmittance ultraviolette (UVT) de l'inoculum était en moyenne de 72 %. L'efficacité de récupération de MS2 était variable, avec une moyenne de 15,5 % ± 23,5 %.

MS2 LRV pour chaque emplacement d'inoculation sur des T-shirts suspendus (n = 3). RS et RA se réfèrent au). Côté droit (RS) et bras droit (RA); Manche gauche (LS) et Aisselle gauche (LA); Avant 1,2,3 (F1, F2 et F3).

Les trois sections avant (F1, F2, F3) représentées sur la figure 6 ont des valeurs moyennes de réduction logarithmique (LRV) de 1,58, 1,63 et 1,27 respectivement. De plus, les sections RA et RS ont atteint 1,34 et 1,36 LRV. Les emplacements LA et LS avaient la LRV la plus faible avec 0,47 pour LA et − 0,07 pour LS. Une ANOVA unidirectionnelle (α = 0,05) avec l'emplacement de la chemise comme facteur et la valeur LRV comme réponse a confirmé qu'il existe une différence significative entre les emplacements des chemises. Un test post-hoc de Tukey a révélé que les sections avant (F1, F2, F3) et les sections droites (RA et RS) ne sont pas significativement différentes les unes des autres (P-value > 0,05). Par conséquent, il existe une différence significative entre les sections LA et LS et le reste des emplacements testés.

E. coli a été inoculé de la même manière que MS2 ; cependant, des modifications au protocole ont été mises en œuvre pour compenser les difficultés de récupération d'E. coli à partir de coupons de T-shirt. Le stock d'inoculation d'E. coli a été ajusté à une concentration d'environ 10,5 log cm-2 pour compenser les pertes par mort cellulaire sur du coton sec. De plus, E. coli avait une plus grande sensibilité à la dessiccation par rapport à MS2, ce qui rendait l'inoculum irrécupérable une fois séché. Cela a conduit à l'élimination de l'étape de séchage de 20 minutes pour l'expérimentation d'E. coli. L'UVT de l'inoculum d'E. coli était pratiquement de 0 en raison de la concentration nécessaire à la récupération. L'efficacité de récupération d'E. coli a donné une moyenne de 4,0 % ± 1,0.

F1, F2 et F3 ont atteint des valeurs LRV moyennes plus élevées de 3,1, 2,9 et 2,4 respectivement, comme le montre la Fig. 7. De plus, les sections RA et RS ont atteint une LRV moyenne de 2,3 et 2,0. Les données LA et LS ont montré les LRV les plus faibles de 0,7 et 0,9 en moyenne. La section LA a également entraîné la variabilité la plus élevée, avec des valeurs allant de 0,45 à 2,8 LRV.

E. coli LRV pour chaque emplacement d'inoculation sur des T-shirts suspendus (n = 3). Côté droit (RS) et bras droit (RA); Manche gauche (LS) et Aisselle gauche (LA); Avant 1,2,3 (F1, F2 et F3).

L'ANOVA unidirectionnelle (α = 0,05) avec l'emplacement de la chemise comme facteur et la LRV comme réponse a révélé une différence significative entre les emplacements des chemises. Un test Tukey Post-Hoc a révélé que les sections F1, F2, F3 et RA étaient significativement différentes de LA, LS. La section RA n'était significativement différente d'aucune des sections. On estime que l'absence de différence pour cette région est due à la variabilité des données et non à un phénomène physique. L'orientation des régions LA et LS à l'intérieur de l'armoire est supposée être à l'origine du manque de désinfection dans ces zones par rapport aux zones droite (RA et RS) et avant (F1, F2 et F3) de la chemise.

La disposition physique de l'armoire de désinfection est la principale source de différences significatives de désinfection pour les régions de T-shirt. Les racks suspendus à l'intérieur de l'armoire sont centrés sur les dimensions de la paroi intérieure et non par rapport à la disposition des lampes UV-C. Le désalignement des sources lumineuses et des positions de suspension entraîne une répartition inégale de la lumière dans l'armoire. Ce travail souligne l'importance de comprendre la distribution de la lumière lors de la conception et de la mise en œuvre de technologies de lumière UV-C immersives.

Le type de matériau a également un impact sur l'efficacité de la désinfection en plus de la répartition de la lumière. À la connaissance des auteurs, il n'existe actuellement aucun manuscrit publié examinant la désinfection des textiles à l'aide de technologies UV-C immersives. Cependant, il existe un grand nombre de connaissances sur l'utilisation des technologies de désinfection UV dans le traitement de l'eau. Les différences entre la désinfection des surfaces non poreuses et poreuses sont comparables à la désinfection de l'eau potable par rapport à la désinfection des eaux usées. Les UV-C sont efficaces pour les deux matrices d'eau, mais il existe des facteurs supplémentaires qui doivent être pris en compte pour une utilisation appropriée. Le même concept s'applique aux surfaces non poreuses par rapport aux surfaces poreuses.

Comme les technologies basées sur les UV sont utilisées dans des applications plus larges dans des domaines tels que les écoles, les aéroports ou les stades, les impacts des matériaux poreux sur l'efficacité des UV doivent être pris en compte. Ce travail fournit des données de référence qui montrent que les fluences nécessaires pour réaliser la désinfection sur une surface poreuse sont des ordres de grandeur supérieurs aux fluences nécessaires pour désinfecter une surface dure.

Diverses méthodes de mesure de la fluence délivrée par une armoire de désinfection UV-C ont été évaluées dans cette étude. De plus, la dynamique de la lumière et les impacts des matériaux poreux sur la désinfection UV-C ont été étudiés par biodosimétrie. Les surfaces complexes et poreuses sont mal comprises et ne sont généralement pas utilisées dans la recherche UV-C en raison des défis inhérents à la macro et micro géométrie des matériaux poreux. Le besoin de protocoles standard lors de l'utilisation de technologies UV-C immersives sur des matériaux, des objets et des espaces complexes est évident.

Cette étude est également la première à démontrer la désinfection UV sur les surfaces en coton, ce qui peut avoir des impacts significatifs sur la façon dont les technologies de désinfection sont utilisées dans l'industrie textile. L'armoire de désinfection utilisée dans ce travail permet une exposition immersive à 360° à la lumière UV pour des objets complexes. Les résultats de cette étude montrent que les technologies UV immersives, lorsqu'elles sont correctement conçues, peuvent atteindre des réductions de 1 à 3 log sur des textiles complexes et poreux. Cette étude montre également l'importance de la distribution lumineuse pour les technologies UV immersives. Par exemple, le manque de désinfection sur les régions gauches des échantillons de T-shirts peut s'expliquer par la position du support suspendu à l'intérieur de l'armoire. Une petite erreur de conception a entraîné une différence d'environ 1 log dans l'efficacité de la désinfection par rapport aux autres régions des T-shirts de l'échantillon. Un mauvais alignement dans le positionnement a fait que les zones de vêtements les plus proches des portes des armoires ont reçu une quantité asymétrique d'exposition directe aux UV-C par rapport aux autres régions.

Les matériaux poreux, comme le coton, devraient être pris en compte dans les travaux futurs concernant la désinfection des surfaces et des espaces partagés. Comprendre la dynamique de désinfection des textiles et des matériaux poreux est nécessaire pour bien intégrer les technologies UV dans la vie quotidienne. Ignorer les facteurs qui réduisent l'efficacité de la désinfection, tels que la micro et macro géométrie, présents dans les matériaux poreux peut entraîner une désinfection insuffisante. Les auteurs suggèrent des recherches sur d'autres types de matériaux poreux, car les compositions des matériaux ont également un impact sur l'efficacité de la désinfection par UV-C.

Les données utilisées dans cette étude sont disponibles sur demande en contactant l'auteur correspondant.

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Les auteurs remercient le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) pour le financement de ce travail. Cette étude a été financée grâce au soutien de la subvention Alliance du CRSNG pour la COVID-19 (ALLRP 549988-20) et du programme de subventions à la découverte du CRSNG (RGPIN-2018-03780).

Centre d'études sur les ressources en eau, Département de génie civil et des ressources, Université Dalhousie, 1360, rue Barrington, Halifax, N.-É., B3H 4R2, Canada

Sean A. MacIsaac, Tony J. Mullin, Sebastian Munoz, C. Carolina Ontiveros et Graham A. Gagnon

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SMI et TM ont co-écrit le texte principal du manuscrit et étaient responsables des révisions pendant le processus d'écriture. SMI, SM et CO ont réalisé le travail de laboratoire pour le manuscrit. SMI a conçu et illustré tous les graphiques et tableaux du manuscrit. CO a effectué une analyse statistique dans R et a généré des chiffres ultérieurs. manuscrit.

Correspondance à Graham A. Gagnon.

Les auteurs déclarent également que l'armoire de désinfection utilisée dans cette étude a été fournie par Energy Management Consultants LLC (EMC). Les auteurs ne déclarent aucun conflit d'intérêts potentiel pour ce travail.

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Réimpressions et autorisations

MacIsaac, SA, Mullin, TJ, Munoz, S. et al. Désinfection immersive aux ultraviolets d'E. coli et du phage MS2 sur des textiles tissés en coton. Sci Rep 12, 13260 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17663-5

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Reçu : 15 mars 2022

Accepté : 28 juillet 2022

Publié: 02 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17663-5

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