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Caixa de esterilização UV para reutilização de máscaras descartáveis

Recentemente, houve um grande interesse no uso da radiação ultravioleta como um método potencial de esterilização de equipamentos de proteção para reutilização, como, por exemplo, máscaras caras "N95".

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Neste artigo, gostaria de descrever a montagem de uma caixa para desinfecção de objetos com radiação ultravioleta e uma pequena análise dos métodos de esterilização por ultravioleta.

Minuto de Cuidados com OVNI


A pandemia de COVID-19, uma infecção respiratória aguda potencialmente grave causada pelo coronavírus SARS-CoV-2 (2019-nCoV), foi anunciada oficialmente no mundo. Há muitas informações sobre Habré sobre esse tópico - lembre-se sempre de que pode ser confiável / útil e vice-versa.

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Fontes oficiais

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Descrição do assunto do artigo


Nuke Box é uma caixa projetada para esterilizar as superfícies dos objetos colocados nesta caixa. Antes de tudo, quero dizer máscaras médicas, que parecem estar ausentes em toda parte. Embora as máscaras restauradas não sejam ideais, mas quando você tiver que escolher entre isso e a falta de proteção em geral, é melhor ter pelo menos algo que nada.

A Stanford Medicine acaba de lançar um estudo dos métodos de esterilização com ar quente seco, esterilização a vapor e UV e como eles afetam o desempenho das máscaras N95 esterilizadas por esses métodos.

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Teoria da esterilização UV


A desinfecção ultravioleta é uma maneira de danificar os patógenos do DNA, de modo que eles perdem a capacidade de se reproduzir e, portanto, os tornam estéreis.

Os vírus são especialmente sensíveis a isso porque não possuem paredes celulares ou membrana celular. Usando fótons de alta energia na curta faixa UV, o DNA de microorganismos patogênicos pode ser danificado.

A radiação ultravioleta é geralmente dividida em três faixas de comprimento de onda.

A radiação ultravioleta de onda longa (UV-A) com comprimento de onda de 315 a 400 nm é familiar a muitos, desde lâmpadas negras em discotecas, cuja radiação produz camisetas brancas, tranças, pulseiras, olhos e até sorrisos dos dançarinos brilhando no crepúsculo da pista de dança. As mesmas lâmpadas podem ser encontradas nos detectores de notas.

O ultravioleta médio (UV-B com comprimento de onda de 280-315 nm) é o que causa queimaduras solares e, a longo prazo, câncer de pele.

E, finalmente, o ultravioleta de ondas curtas (UV-C com comprimento de onda de 100-280 nm) é bactericida e completamente absorvido pela camada de ozônio em nossa atmosfera, o que também significa que essa radiação não é encontrada na natureza ao nosso redor. Podemos obter esse ultravioleta artificialmente usando lâmpadas especiais contendo mercúrio e modernos LEDs UV-C.

Lembre-se dessas informações ao trabalhar com radiação ultravioleta. É importante usar equipamentos de proteção e proteger seu corpo, olhos e quaisquer feridas abertas da radiação ultravioleta, pois isso pode danificar o DNA das células humanas ( ou seja, causar câncer))

A capacidade de danificar patógenos não depende da intensidade da lâmpada UV, mas depende da dose que eles recebem. Esse é um efeito cumulativo, muito semelhante à radiação; portanto, se você irradiar a superfície por um longo tempo, poderá torná-la estéril. Isso também significa que você pode controlar a taxa de esterilização do equipamento, pois um aumento na intensidade da radiação aumentará a taxa de dose recebida pelos microorganismos patogênicos.

A dose é medida em μW * s / cm 2 (microwatt segundo por centímetro quadrado) ou às vezes μJ / cm 2 (microjoule por centímetro quadrado). Embora as unidades incomuns sejam assustadoras, a fórmula para calcular a dose é bastante simples:

Dose = (Intensidade de radiação neste ponto específico) x (tempo de exposição)

Por exemplo, no meu caso, uso uma lâmpada bactericida de 10 W com potência nominal de 2,7 W em um espectro UV com comprimento de onda de 254 nm. Esta radiação a um ponto de 7 cm da lâmpada teoricamente fornece uma intensidade de 1364 μW / cm 2 . Os cálculos serão um pouco mais tarde. A desinfecção UV da

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é bastante fácil de usar. Você pega uma lâmpada ultravioleta de ondas curtas e a brilha na superfície que deseja desinfetar.

Na prática, o cálculo da intensidade da radiação em um ponto específico depende da forma da fonte de radiação usada. Se fizermos algumas suposições óbvias, calcular a intensidade pode ser bastante simples. Assuma isso:

  1. .
  2. ( r ) , , (L) ( r << L).

Usando tais suposições, podemos calcular a intensidade teórica distribuída em uma superfície cilíndrica a uma distância r da lâmpada ultravioleta.

Intensidade = potência total da fonte de radiação ultravioleta) / (área de superfície do cilindro),

isto é,
Intensidade = P / (2 * PI * r * L) , onde
P é a potência irradiada pela lâmpada, L é o comprimento da lâmpada, r é a distância até o ponto em que queremos medir a intensidade.

Tentei fazer um belo desenho de computador para ilustrar isso, mas fiquei desapontado e pintei-o manualmente de alguma forma:

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Assim, em condições ideais, ao usar uma lâmpada com 45 cm de comprimento e que emite uma potência de 2,7 W no ultravioleta, a intensidade será de 1364 μW / cm 2 em um ponto a uma distância de 7 cm da lâmpada. Estes são os valores reais para este design. Além disso, podemos usar o valor de intensidade obtido e calcular o tempo teoricamente necessário para esterilizar a superfície de um vírus específico.

Você deve ter notado que mencionei que, embora eu use uma lâmpada de 10 W, sua potência em um ultravioleta curto é de apenas 2,7 W. Essa é uma das principais características das lâmpadas, pois a energia restante é emitida em outras faixas espectrais de radiação eletromagnética - uma bela luz azul, que podemos ver, e na forma de calor.

Obviamente, nossas suposições são muito perfeitas e estamos lidando com um sistema real. Nas extremidades da lâmpada, efeitos colaterais serão observados, a energia da radiação pode ser distribuída de maneira desigual, as lâmpadas precisarão de tempo para aquecer etc. Portanto, podemos pegar nosso modelo ideal de esterilizador e projetá-lo com uma margem que certamente nos sentiremos seguros. É por isso que leva 3,67 segundos, teoricamente, sob condições ideais para neutralizar o SARS-CoV-2 e, em pesquisas médicas práticas, são chamados números de 300 segundos (5 minutos) a 1800 segundos (30 minutos). Quaisquer erros serão trágicos, portanto todos os pesquisadores são muito cuidadosos na avaliação do tempo de esterilização necessário.

Antes de começarmos a construir a Nuke Box, faremos duas declarações sobre:

  • : , , Covid-19. , Covid-19, . , , .
  • : (https://definitions.uslegal.com/g/good-samaritans/). , - . , .

Nuke Box


A seguir, será descrito passo a passo como vou construir uma caixa de esterilização na qual as máscaras estarão localizadas a uma distância não superior a 7 cm das fontes superior e inferior de radiação ultravioleta.

Primeiro de tudo, é SEGURANÇA! Cubra com roupas grossas as áreas expostas da pele do seu corpo, qualquer dano existente à sua pele e use óculos de segurança contra radiação ultravioleta. Além disso, tente não gastar muito tempo nas proximidades de fontes de radiação enquanto estiverem ligadas.

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Neste manual, usarei lâmpadas ultravioletas de fábrica ( reatores eletrônicos para acender lâmpadas bactericidas podem diferir em alta corrente das lâmpadas para lâmpadas padrão) As luminárias podem ser adquiridas com facilidade e são fornecidas com os componentes necessários (reator, partida, tamanho da lâmpada T8) e fios. Também usarei lâmpadas bactericidas ultravioletas. Nas lâmpadas japonesas, essa será a série GL (neste caso, a Toshiba GL-10), que significa lâmpada bactericida e é fabricada pela Panasonic, NEC e Toshiba. Eles estão disponíveis em potências de 10 W a 40 W e em vários tamanhos. Nos EUA, será a série TUV (Tubular UltraViolet) da Philips Lighting.

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Estas são lâmpadas fluorescentes especiais de mercúrio de baixa pressão. Devido à emissão termônica de elétrons, o cátodo aquecido ioniza átomos de mercúrio, forçando-os a emitir luz com diferentes frequências, uma das quais com comprimento de 254 nm. Isso está muito próximo do pico de absorção do DNA no comprimento de onda de 260 nm e da energia dos fótons que colidem com o DNA, danificando-o e privando os patógenos da capacidade de se multiplicar.

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As lâmpadas também emitem luz e calor visíveis. É isso que lhes dá um brilho cibernético punk ...

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Montar uma caixa de esterilização será realmente bastante simples. Vou pegar duas gavetas de plástico sólido e colocá-las umas sobre as outras. Também vou consertar o cabo de arame e usar clipes de papel de mola para fixar as máscaras no cabo.

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Começo fazendo furos em uma das duas caixas de plástico em intervalos que correspondem à largura da máscara N95, que é de cerca de 15 cm.

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Em seguida, instale luzes fluorescentes dentro de caixas de plástico. Decidi fazer um furo e cortar o cabo para instalar as luzes no interior e deixar o interruptor do lado de fora. Fiz isso principalmente para minha própria conveniência e porque posso trabalhar com eletricidade e solda. Na verdade, você não precisa seguir esta parte das instruções e pode simplesmente deixar os cabos intactos e puxá-los pela junção das caixas para que você não precise cortar ou soldar os fios.

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Fiz vários furos em caixas plásticas e consertei as lâmpadas fluorescentes no lugar com porcas e parafusos.

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Em seguida, puxe o fio pelos furos para fazer um tipo de varal para prender dentro da caixa de máscaras esterilizadas. Fiz um varal duplo, porque é importante que a máscara seja orientada para que as lâmpadas brilhem por cima e por baixo.

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Prendi a segunda lâmpada na parte inferior da segunda caixa de plástico. Não há necessidade de montar o cabo.

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Agora podemos conectar as duas gavetas, adicionar um timer de cozinha e temos uma Nuke Box.

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Espero que esta seja uma instrução útil. Pessoalmente, estou interessado em esterilizar máscaras para reutilização. A mãe e a irmã da minha esposa são enfermeiras que trabalham em hospitais e clínicas em Melbourne e Londres. A clínica da minha sogra não tem máscaras suficientes e provavelmente o mesmo acontece no Reino Unido. Espero que, se eles eventualmente reutilizem suas máscaras, haja uma maneira de torná-las seguras para eles e seus pacientes.



Aprimoramentos


Aqui estão algumas das melhorias que eu faria:

Mais potência da lâmpada : este é apenas um protótipo. Se quiséssemos esterilizar máscaras em massa, usaríamos lâmpadas de 40 W. O esterilizador poderá colocar mais máscaras e esterilizá-las mais rapidamente.

Mais poder de radiação : também podemos colocar várias fontes de radiação acima e abaixo. Ao instalar duas fontes de radiação e uma linha de máscaras, você pode dobrar a intensidade de irradiação de cada máscara. Isso reduzirá pela metade o tempo de esterilização.

Caixa grande: Eu também tentaria colocar o maior número possível de máscaras sem se obscurecer. Aqui está um exemplo de diagrama com duas linhas de máscaras. Se algo assim for usado para esterilização em massa, você precisará otimizar o tempo e o número de máscaras que podem ser esterilizadas em cada ciclo. Aqui está um exemplo aproximado de como eu testei a inserção de duas linhas de máscaras em um protótipo da Nuke Box. Você pode colocar 6 máscaras neste protótipo.

Se você fez um esterilizador com uma lâmpada fluorescente de 40 W em tamanho normal com várias lâmpadas acima e abaixo, poderá processar muito mais máscaras cada vez que iniciar o ciclo de esterilização.

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Um comentário meu sobre o artigo: há dois anos, comprei uma lâmpada UV no Aliexpress,



semelhante à usada neste design, mas o kit possui um cronômetro conveniente para as 5.15.30, 60 minutos com início atrasado. E a lâmpada tem a capacidade de construir consistentemente uma cadeia de várias dessas lâmpadas.

Também recomendo um artigo recente sobre o Habré Coronavirus 2019-nCoV. FAQ sobre proteção respiratória e desinfecção .

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