این روزا به خاطر کرونا هر کسی در طول روز درگیر ضدعفونیکردن وسایلی میشه. استفاده از الکل یا حرارتدادن برای خیلی چیزا جواب میده و در کل روشهای مختلفی برای این کار وجود داره که هر کدوم یه سری مزایا و یه سری معایب دارن. یکی از روشهای تاییدشده برای از بین بردن این ویروس، استفاده از اشعهی فرابنفش هست که یه سری مزایای منحصر به فرد برامون داره. این روش به دلایل مختلفی هنوز چندان پاش به خونهها باز نشده و توی این مطلب میخواییم ببینیم چجوری میشه توی خونه پیادهسازیش کرد.
در قسمت اول متن، مراحل و نکات ساخت یک محفظهی ضدعفونیکنندهی UV رو میبینیم و بعد در قسمت دوم به توضیحات، محاسبات و ریزهکاریهای مربوط بهش با توجه مقالات و منابع معتبر میپردازیم. قبل از شروع بگم که از واردکردن هرگونه ایراد و نقد فنی، عملی، علمی، غیرعلمی و ... خیلی استقبال میشه. سوال یا نکتهای هم بود در خدمتم.
مراحل ساخت محفظهی ضدعفونیکننده:
خب برای ساخت این محفظه اول باید منبع UVمناسب رو تهیه کنیم. مهمترین نکته در مورد این منبع اینه که حتما حتما باید UV از نوع C یا همون UVC رو از خودش ساطع کنه. اشعهی فرابنفش طول موجهای مختلفی داره که ما با UVC (که میشه طول موج 100 تا 280 نانومتر) کار داریم. پس به نوع C بودن خیلی دقت بشه.
سایتها و فروشگاههای مختلفی برای تهیهی منبع UVC وجود داره و از بابت گیراومدنش مشکل خاصی نیست. وقتی میرید توی سایتها برای خرید لامپ UVC اکثرشون گفتن طول موج 254 نانومتر که اتفاقا برای این کار طول موج کاملا مناسبیه. فقط اینکه حواستون باشه این نوع از اشعهی فرابنفش برای بدن و به خصوص چشمها خطرناکه و تا جای ممکن حواستون باشه که به صورت مستقیم بهتون نخوره. اگرم خورد در مدت زمان خیلی کمی باشه. همچنین وقتی منبع UVCتون روشنه جلوش موجود زنده (گیاه یا حیوون خونگی یا ...) نذارید. آسیب زیادی بهشون میزنه.
نکتهی دیگهای هم که در خرید مهتابی UVC باید بهش توجه بشه، توان اون هست. من توان 30 به بالا رو توصیه میکنم (علت اینکه چرا گفتم حداقل 30 در قسمتهای بعدی توضیح داده شده). البته اگر کسی منبع با توان کمتر داره، با ملاحظه به محاسباتی که در ادامه میگیم میتونه ازش استفاده کنه. در ضمن اگر تونستید منبعی پیدا کنید که شرایط بالا رو داشته باشه و در کنارش گفته باشه که اوزون تولید نمیکنه (Ozone-Free) که چه بهتر. اگر هم پیدا نشد اشکال نداره و براش راه حل هست.
خب پس تا اینجا شد خرید یک مهتابی UVC با توان ترجیحا بالای 30 وات. وقتی میخوایید بخرید از فروشنده قاب لامپ رو هم ترجیحا بخرید. قاب به نگهداشتن لامپ (که شکنندهتر از مهتابیهای عادی هم هست) خیلی کمک میکنه و از اون مهمتر، مبدل مناسب برای برقرسوندن به لامپ رو هم روی خودش داره.
اکثر مهتابیهای UVC با این توان، طولشون نزدیک به یک متره (اگر بتونید کوتاهتر گیر بیارید که چه بهتر). محفظهای که برای این کار در نظر میگیرید میتونه یک جعبه یا کمد یا کابینت یا ... باشه، فقط قبلش حواستون باشه که یه مهتابیِ حداقل یکمتری قراره توش جا بشه.
بعد از این کارا، تمام سطوح داخلی محفظهتون رو با فویل آلومینیومی (یا هر چیز دیگهای که فرابنفش رو به خوبی بازتاب بده، مثل آینه یا ورقهای فلزی و ...) بپوشونید. این کار باعث میشه که اشعهی فرابنفش کمتر جذب سطوح داخلی بشه و با بازتاب شدنش، به جاهای مختلفِ چیزی که میخواییم ضدعفونی کنیم UVC بیشتری برسه. پس ترجیحا با ظرافت همهی سطوح داخل محفظه رو با فویل بپوشونید.
بعد از این کار لامپ رو درون محفظه ثابت کنید و بعد دیگه میتونید به روشهای مختلف داخل محفظهتون رو طبقهگذاری کنید. فقط حواستون باشه که طبقههایی که میذارید هم تا جای ممکن سطحشون جوری باشه که سایهی کمتری بندازه (مثل توری) و هم جوری هم باشه که وقتی چیزی رو روش میذارید به سطح پایینش هم UV برسه. و اینکه شیشه از خودش UV رو عبور نمیده پس برای این کار مناسب نیست (علی رغم ظاهر فریبنده ش:)) ).
یه نکتهی دیگهای هم که حتما باید لحاظ شه اینه که اگر مهتابیای میخرید که اوزون درست میکنه (در حالت عادی منبعهای UVC اوزون درست میکنند مگر اینکه توی مدلشون ذکر بشه که درست نمیکنن)، محفظهتون رو جایی بذارید که تهویه هوای مناسبی صورت بگیره. مثلا کنارپنجره یا حتی توی فضایی باز مثل بالکن (بعد از اینکه ضدعفونی انجام شد و در محفظه رو باز کردید اون موقع چند دقیقه پنجره رو باز کنید تا هوای اطرافش تهویه شه).
مقدار اوزونی که تولید میشه تا جایی که فهمیدم نگران کننده نیست و با یه تهویه ی سالم اوکی میشه. البته که وقتی از محفظه استفاده نمیکنید، نذارید روشن بمونه.
دیگه محفظهمون قابل استفادهست.
الان میتونید هر چیزی که میخوایید ضدعفونی بشه رو داخلش بذارید. اجسام رو جوری داخلش بذارید که تا جای ممکن UVبه سطح بیشتری برسه (سایهی کمتری روی جسم ایجاد شه). سعی هم کنید که جسمتون نزدیک به مهتابی باشه و نور مستقیم بیشتری بهش برسه.
بعد به مدت 30 تا 45 دقیقه منبع UVتون رو روشن کنید. البته اگر ماسک N95 رو میخوایید باهاش ضدعفونی کنید به جای 30- 45 دقیقه، بذارید 60 تا 90 دقیقه UVC به ماسک برسه. همچنین فاصلهی ماسک از مهتابی ترجیحا کمتر از 50 سانتیمتر باشه. برای باقی اجسام این ملاحظات چندان نیاز نیست. یعنی هم 30 تا 45 دقیقه کافیه و هم تا فاصلهی یک متر مشکل خاصی وجود نداره. در ادامه میبینیم که چرا این ملاحظات رو برای ماسک انجام میدیم ولی برای بقیه اجسام نه.
همچنین علت تکتک این عددها (30 وات، 30 تا 45 دقیقه، 50 سانتیمتر و یکمتر و ...) رو در ادامه به صورت دقیق بررسی میکنیم و میبینیم که چجوری میشه شرایط رو جوری مهیا کرد که زمان یا توان کمتری نیاز باشه.
البته که در هر صورت مقدار 30 الی 45 دقیقه برای سطوحی غیر از سطح ماسک، مقدار کاملا مطمئن و کمریسکیه! ترجیحا هم بیشتر از یه حدی (مثلا 5 ساعت) اجسامی مثل ماسک رو در محفظهی روشن نذارید چون بیشتر از یه حدی دیگه براش خوب نیست و آسیب میزنه.
اینم عکس محفظهای که برای خودم درست کردم:
در ادامه به بررسی محاسبات، ریزهکاریها، توضیحات و نکات دیگهای میپردازیم که اگر میخوایید محفظه رو بسازید توصیه میکنم حتما و حتما بخونیدشون.
اولین سوالی که پیش میاد اینه که چرا این همه دنگو فنگ؟
چرا این قدر به خودمون زحمت بدیم؟! چرا همه چیز رو با همون الکل یا حرارتدادن ضدعفونی نکنیم؟
جواب اینه که هر روشی یه سری مزیتها داره و یه سری معایب. همچنین برای هر چیزی از هر روشی نمیشه استفاده کرد. مثلا مواد غذاییای که نباید گرم بشن (مثل کیک تولد! یا بستنی یا یه سری میوهها یا ...) رو چجوری باید ضدعفونی کرد؟ الکل و گرما که جواب نمیدن. پس باید فکر یه روش دیگه بود و این روش میشه از معدود روشهای مناسب برای این طور موارد. در ضمن باید در نظر داشته باشیم که UVC هیچ خطر شیمیاییای برای مواد غذایی به وجود نمیاره و اتفاقا خیلی از مواد غذایی قبل از عرضه یه دور با UVC باکتریزدایی، گندزدایی و ضدعفونی میشن.
یکی دیگه از مزیتهای این روش هم برای ماسک هست. ماسک (به خصوص ماسک N95) رو نمیشه با الکل یا مواد شوینده قابل مصرف دوباره کرد. یعنی میشه اما تحقیقات مختلفی انجام شده که میگن این کار آسیب زیادی به عملکرد ماسک وارد میکنه. پس دوباره باید دنبال یه روش دیگه بود و اینجا هم میبینیم که UVC به درد بخوره! و اتفاقا یکی از کاربردهای اصلی UVC برای بیمارستانها، همین قابلِ استفادهی مجدد کردنِ ماسک N95 هست. حتی بخش زیادی از مقالات مربوط به ضدعفونیکردن اجسام با UVC، در مورد ضدعفونیکردن ماسک نوشته شدن.
جدا از اینها کاربردها و مزیتهای دیگهای هم میشه در مورد این روش و این محفظه گفت که هر کسی میتونه برای خودش پیدا کنه.
اصل مطلب اینه که برای ضدعفونیشدن یک جسم چه میزان UVC باید بهش برسه. میزان UVC ای که نیازه یا همون dose مورد نیاز رو با واحد ژول بر سانتیمتر مربع بیان میکنن. برای نابودکردن ویروس COVID-19، دو عدد رو به عنوان حداقل dose میبینید که اتفاقا تفاوتشون هم زیاده. عدد اول 2 تا 5 میلیژول بر سانتیمتر مربع هست و عدد دوم 1 ژول (و نه میلیژول!) بر سانتیمتر مربع. داستان چیه؟ داستان اینه که عدد اول مربوط به سطح عادیه و عدد دوم مربوط به ماسک N95. همونطور که توی تصویرهای زیر هم توضیح داده شده حداقل doseمورد نیاز برای ماسک N95 چندصد برابره که خب به ساختار این نوع ماسک ربط داره.
ما ولی با همون حداقل 1 ژول بر سانتیمتر مربع کار میکنیم که هم محفظهمون برای ماسک N95 جواب بده و هم برای سایر سطوح خیلی بیشتر از مقدارِ حداقلی انرژی صرف کرده باشیم تا از ضدعفونی شدنشون مطمئنتر باشیم.
نکتهی بعدی اینه که مهم نیست در بازهی زمانی خاصی (مثل 1 ثانیه) چه قدر انرژی به هر سانتیمتر مربع میدیم، مهم اینه که در مجموع چه قدر انرژی به هر سانتیمتر مربع جسم از طریق UVC میرسه. یعنی اینکه اگر یه منبع UVC داشته باشیم که توانش کمتر باشه اما مدت زمان بیشتری برای تابش بهش داده بشه، و یه منبع دیگه هم داشته باشیم که توانش بیشتر باشه اما زمان کمتری برای تابش بهش داده بشه، این دو سیستم در زمینهی ضدعفونیکردن فرق چندانی ندارن. چون در نهایت مقدار انرژیای که بر واحد سطح به جسم میتابونند، برابره.
گفتیم ترجیحا لامپ با توان حداقل 30 وات استفاده بشه. حالا چرا؟ اول اینکه اکثر منبعهای UVC حدود 33درصد (یک سوم) توان مصرفیشون رو تبدیل به UVC میکنن. 67درصد باقی، به کمی نور مرئی(نور آبی رنگی که از لامپ میبینیم)، انواع دیگهی UV، گرما و ... تبدیل میشه. پس وقتی از یه لامپ 30 وات استفاده میکنیم تقریبا 10 وات UVC بهمون میده.
بعد حالا اگر فرض کنید یه مهتابی 30 وات حدود 120 سانتیمتر طول داشته باشه، استوانهی فرضیای که مهتابی محور اصلیش باشه، و شعاع سطح مقطعش هم 40 سانتیمتر باشه (منظور اینه که اجسام در فاصلهی 40 سانتیمتری منبع باشن)، مساحت سطح جانبیش میشه حدود 30144 سانتیمتر مربع و برای شعاع 1 متر میشه حدود 75400 سانتیمتر مربع. این محاسبات توی تصویر زیر واضح تر انجام شدن.
از لامپمون یک سوم 30 وات یعنی 10 وات UVC ساطع میشد، 10 تقسیم بر 30144 میشه حدود 0.00033 وات بر سانتیمتر مربع. میخواییم به 1 ژول بر سانتی مربع برسیم پس باید حداقل حدود 55 دقیقه محفظه روشن باشه تا ماسک N95 ضدعفونی بشه. البته که گفتیم برای سایر سطوح این مقدار بیش از 100 برابر حداقل مقدار مورد نیازه (گفتیم که برای سایر سطوح حداقل مقدار مورد نیاز برای ضدعفونیشدن 2 تا 5 میلیژول بر سانتیمتر مربع هست) پس کاملا مناسبه.
اما وقتی محاسباتمون میگن 55 دقیقه، ما حداقل باید 60 تا 90 دقیقه ماسک رو داخل محفظه بذاریم. اما 60 تا 90 دقیقه شاید از نظرتون حاشیه امن کافیای نداشته نباشه. اما نکته اینجاست که ما عدد 55 دقیقه رو خیلی سختگیرانه به دست آوردیم! چرا سختگیرانه؟
- دلیل اول اینه که قاب این مهتابیها جوری هستن که پشت مهتابی یه فلزی به حالت آینه قرار داره (یعنی به خوبی بازتاب میکنه) که اشعهی UVC رو به طرف دیگه بازتاب کنه. ما توی محاسباتمون یک استوانهی فرضی اطراف مهتابی در نظر گرفتیم و کلا با این بازتابشدن (که مقدارش هم اصلا کم نیست) کاری نداشتیم.
- و جدا از اون کلا بازتابهای ناشی از سطح های داخل محفظه (که فویل آلومینیومی روشون کشیدیم برای بازتاب بهتر) رو لحاظ نکردیم که خب این هم یه مقدار قابل ملاحظهای شدت UVC رسیده به اجسام درون محفظه رو بیشتر میکنه. به خاطر همین مسائل شدیدا توصیه میشه که اگر به سنسوری برای اندازه گیری شدت UVC دسترسی دارید حتما ازش استفاده کنید تا مقدار دقیق شدت UVC رو در نقاط مختلف محفظه به دست بیارید و با خیال راحتتری زمان مورد نیاز برای ضدعفونی رو مشخص کنید. به خصوص چون آزمایشاتی که همراه با سنسور UV انجام شدن نشون دادن که این میزان این بازتابشی که در موردش حرف زدیم، اصلا کم نیست.
- دلیل دوم اینه که ما گفتیم 33درصد توان لامپ صرف تولید UVC میشه اما خب بخشی از 67درصد باقیمونده صرف تولید نور در سایر طول موجها هم میشه که اونا هم بعضا در ضدعفونیکردن موثرن. مثلا UVB هم در ضدعفونیکردن موثره اما اثرش اندازه ی UVC نیست.
- نکتهی بعدی بحث اوزونی هست که تولید میشه. اوزون برای گندزدایی استفاده میشه که خب توانایی از بین بردن ویروس رو هم داره. از اثر این مورد هم کاملا چشمپوشی کردیم.
- در ضمن عدد 1 ژول بر سانتیمتر مربع (حداقل dose مورد نیاز برای ماسک) هم ذاتا عدد سختگیرانه و با حاشیهی امنی بوده.
همه ی اینا رو گفتیم تا بگیم وقتی عدد 55 دقیقه رو بدست میاریم، 60 تا 90 دقیقه برای ضدعفونی ماسک N95، مقدار زمان مناسبیه (با مهتابی 30 وات البته). مدت زمان بیشتر هم میتونید بذارید اما حواستون باشه بیشتر از یه حدی (مثلا با این سیستم تقریبا 5 ساعت) نشه. چون بعد از چند بار ضدعفونیکردن با مدت زمان و dose بیش از حد، ماسک دچار آسیب میشه.
*** دوباره باید حواسمون باشه که همهی ملاحظات بالا برای ماسک N95 هستن. برای سایر سطوح 30 دقیقه هم برای این سیستم همچنان چند صد برابر حداقل مقدار مورد نیازه! حداقل dose مورد نیاز برای سایر سطوح 2 تا 5 میلیژول بر سانتیمتر مربع هست که سیستم ما در 30 دقیقه حدود 600 میلیژول بر سانتیمتر مربع خروجی میده. پس این سیستم برای اجسامی به جز ماسک، بدون نگرانی یا حرف و حدیثی جواب میده. و با این اوصاف حتی 10 دقیقه هم کاملا کافیه.
*** نکته ی بسیار مهم: در همه ی منابعی که من دیدم شدیدا ذکر شده بود که فقط در صورتی که تهیهی ماسک جدید براتون ممکن نبود، سراغ ضدعفونیکردن ماسکهای استفادهشده برید. یعنی تا جای ممکن سعی کنید از هر ماسک فقط یکبار استفاده کنید و اگر دیگه هیچ راه حلی نبود، اون وقت به فکر ضدعفونیکردن ماسک از روشهای تاییدشده (مثل این روش) باشید.
اگر لامپی که تهیه کردید طولش کمتر از 120 سانتیمتر بود، میتونید این محاسبات رو برای سیستمتون از اول انجام بدید و میبینید که به "حداقل مدت زمان مورد نیاز" کمتری میرسید. البته که طبق چیزی که من دیدم اکثر لامپایی که الان با قیمت معقول در دسترسمون هستن طولشون حدود همون 120 سانتیمتره.
در ضمن از همهی محاسبات بالا میشه این رو فهمید که اگر جسم رو تا جای ممکن به لامپ نزدیکتر بذاریم و کاری کنیم که نور مستقیم بیشتری به جاهای مختلف جسم برسه، برای ضدعفونیشدن جسم خیلی بهتره.
در جدول زیر روشهای رایج ضدعفونیکردن برای ویروس COVID-19 مقایسه شدن. در این جدول مقدارهایی مثل میزان آسیبرسیدن به ماسک در روشهای مختلف، مقدار موثربودن هر کدوم از روشها و ... نوشته شده.
همونطور که میبینید در پایین جدول گفته شده که از الکل یا مواد دارای کلر به هیچ وجه برای ضدعفونیکردن ماسک N95 استفاده نشه. جدا از اون، جاهای مختلفی گفته شده که الکل، مواد سفید کننده و پراکسید هیدروژن مقدار بیشتری (نسبت به UV) به ساختار ماسک آسیب میزنن.
یک سری از ملاحظات و چالش های استفاده ی دوباره از ماسک N95 در عکس زیر نوشته شدهاند:
و درنهایت یک سری نکتهی دیگه که دونستنشون ضرر نداره:
با این سیستم UVC میشه علاوه بر ویروس COVID-19، انواع دیگه ای از ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها رو هم از بین برد. dose مورد نیاز برای هر کدوم از این ها در جدول زیر نوشته شده:
مثلا با استفاده از این سیستم، آنفلونزایی که از پاییز دوباره سر و کلهش پیدا میشه رو میتونیم از بین ببریم (با dose 1 ژول بر سانتیمتر مربع برای ماسک N95).
در دانشگاه شیکاگو به تازگی آزمایشی برای بحث ضدعفونیکردن به کمک UVC انجام شده که میتونید از طریق این لینک جزییاتش رو ببینید. یکی از چیزایی که از اون آزمایش به درد ما میخوره، عکس زیر هست که نشون میده در چه مکانهایی در جلوی مهتابی مقدار UVCبیشتری به جسم میرسه (این آزمایش به جای محفظه، در اتاق انجام شده بود تا بتونن ماسکهای بیشتری رو ضدعفونی کنن. لذا سیستمشون با سیستم ما فرقهای مختلفی داره).
همونطور که در این آزمایش هم میبینید، یک راه خیلی عالی برای بهتر شدن عمل ضدعفونی توسط دستگاه، استفاده از دو یا چند منبع UVC به جای یک منبع، در جاهای مختلف محفظه هست. مثلا به جای یک منبع 40 وات، از دو تا منبع 20 وات در دو جای مختلف محفظه استفاده شه.
برای پوشاندن سطح داخلی محفظه گفتیم اگر از فویل آلومینیومی استفاده بشه هم خوبه. در نمودار زیر میبینیم که نه تنها فویل آلومینیومی خوبه، بلکه در طول موجهای مربوط به UVC، آلومینیوم به مراتب بهتر از نقره و طلا اشعه رو بازتاب میکنه.
یه چیز جالب هم اینه که از از این منبعهای UVC علاوه بر UVB، UVC هم ساطع میشه که اون هم برای ضدعفونیکردن میتونه استفاده بشه. اما مشکل اینه که نسبت به UVCاثر خیلی کمتری داره و برای رسیدن به نتیجهی مشابه زمان خیلی بیشتر باید به جسم تابیده بشه.
اما UVB یه مزیتی نسبت به UVC داره. تقریبا تمام UVCساطعشده از خورشید توسط لایه اوزون جذب میشه و به سطح زمین نمیرسه ولی UVB ساطع شده از خورشید به صورت کامل جذب لایهی اوزون نمیشه و بخشیش به سطح زمین میرسه. پس در سطح زمین UVCای به خاطر خورشید نداریم اما UVB چرا.
برای اینکه مطمئن بشید منبعی که خریدید از خودش UVC ساطع میکنه و تقلبی نیست یا مشکلی نداره، راههای مختلفی هست. یکی از این راهها تست موزه!
به این صورت که یک موز سالم رو بردارید، روی قسمتی از سطحش فویل آلومینیومی بکشید و بعد موز رو به مدت 20 تا 30 دقیقه داخل محفظه و در جایی نزدیک به منبع UVC بذارید. بعد از اون موز رو در بیارید و فویل آلومینیومی رو از روش بردارید. اگر اختلاف رنگ مشخصی بین قسمت زیر فویل و قسمت بدون فویل بود یعنی لامپتون احتمالا مشکلی نداره و UVC ساطع میکنه. البته که بدیهتا این تست دقیقی نیست و برای روشهای دقیقتر و مطمئنتر باید به فکر راه دیگهای بود.
چند نمونه دستگاه و محفظهی مشابه در زیر نشون داده شده که برای مثالدیدن و ایدهگرفتن، خیلی مفید هستند:
در نهایت اینکه تمام چیزایی که توی این مطلب گفتیم برپایهی جستجوهای شخصی بوده. اگر خواستید ازشون استفاده کنید حتما قبلش خودتون بررسیهای ایمنی مورد نیاز رو انجام بدید.
امیدوارم مطالب بالا به دردتون خورده باشه.
و از اون بیشتر امیدوارم که هر چه زودتر دیگه نیازی به هیچ کدوم از این روشها نباشه و شر این ویروس کم شه!
اگر سوالی، نقدی، ایرادی و کلا هر چیزی در مورد این مطلب داشتید در خدمتتون هستم.
ممنون از وقتی که گذاشتید.
لینک منابع و مقالههای مفید:
https://www.n95decon.org/publications
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.11.20062331v2.full.pdf
https://www.nebraskamed.com/sites/default/files/documents/covid-19/n-95-decon-process.pdf
https://stanfordmedicine.app.box.com/v/covid19-PPE-1-2
https://www.bowdoin.edu/profiles/faculty/dsyphers/pdf/determining-exposure-times.pdf
https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2020.04.11.20062331v2.full.pdf
چند کار مشابه:
https://www.instructables.com/id/UVC-Sterilizer-for-COVID-19-Emergency/
https://www.instructables.com/id/Homemade-UV-Disinfection-Cabinet/
https://www.glenair.com/build-at-home-uv-c-disinfection-system-for-healthcare-settings/index.htm