Optische Strahlung
Von der Strahlungsenergie, der wir täglich ausgesetzt sind, nehmen wir nur einen sehr kleinen Teil als Licht oder Wärme wahr. Der weitaus grössere Teil dieses elektromagnetischen Spektrums bleibt vom Menschen weitgehend unbemerkt. Dazu gehören auch UV-Strahlen.
Diese Energien können anhand eines Wellenlängenmodells erläutert werden: Strahlen unterscheiden sich durch ihre Frequenz. Radiowellen sind beispielsweise sehr langwellig, während optische Strahlen in den kurzwelligen Bereich gehören. Der Frequenzbereich der UV-Strahlung umfasst dabei nur einen sehr kleinen Teil des elektromagnetischen Spektrums.
UV-Strahlung
Ultraviolett-Strahlen (UV) sind kurzwellige Energien, die man neben dem Licht und der Infrarotstrahlung zur Gruppe der optischen Wellenlängen zählt. UV-Strahlen lassen sich biegen, beugen, brechen, absorbieren und reflektieren.
Die Bezeichnung "ultraviolett" (im Sinne von "jenseits von Violett") basiert auf der Tatsache, dass das UV-Spektrum mit kürzeren Spektralfrequenzen beginnt als diejenigen Wellenlängen, die der Mensch als die Farbe Blauviolett mit den Augen erkennen kann. UV-Strahlen sind daher für das menschliche Auge unsichtbar.
UV-Strahlen werden in drei Bereiche unterteilt:
| UV-A (langwellig): UV-B (mittelwellig): UV-C (kurzwellig): |
400 - 315 nm 315 - 280 nm 280 - 200 nm |
Die langwelligen UVA-Strahlen treffen als Teil der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche. Sie bewirken verschiedene photochemische Prozesse, haben eine kurzfristig pigmentbildende Wirkung (Sonnenbräune) und können indirekte DNA-Schäden und Melanome verursachen. UVA-Strahlen durchdringen Glas und transparente Kunststoffe.
Die mittelwelligen UVB-Strahlen zeigen eine verzögerte pigmentbildende Wirkung, die sich in einer vermehrten Melaninproduktion äussert. Zudem können sie Erythem-bildungen an der Haut in Form von Sonnenbrand verursachen.
Ebenso ist UVB für die Bildung von Prävitamin D im menschlichen Körper verantwortlich. Diese Strahlung wird u.a. für therapeutische Zwecke genutzt, da sie antirachitisch wirkt. Auf Meereshöhe ist der Anteil an UVB-Strahlen geringer als im Hochgebirge. Bereits normales Fensterglas ist für diese und kürzere UV-Strahlen nicht mehr durchlässig.
UVC-Strahlen sind kurzwelliger und energiereicher als UVA- und UVB-Strahlen. Sie umfassen den grössten Teil des gesamten UV-Bereichs und haben im Bereich 260 nm einen stark keimtötenden Effekt. Wie die sichtbaren Wellenlängen des Lichts bewegen sich UVC-Strahlen nur geradlinig fort und nehmen mit zunehmender Entfernung von der Quelle in Ihrer Intensität ab.
Welche Strahlen sind bakterizid?
Der Sonne werden seit Urzeiten heilende Kräfte zugesprochen. Aber erst im Jahr 1878 erkannten die Forscher Arthur Downes und Thomas P. Blunt, dass sich Mikroorganismen unter starker Sonnenbestrahlung nicht weiter vermehren.
Nach dieser Entdeckung dauerte es jedoch noch eine ganze Weile, bis man eine spezifische Wellenlängenabhängigkeit mit einem Reaktionsmaximum für den Bereich von 250 bis 270 nm erkannte, einem Teil der UV-Strahlung aus dem kurzwelligen C-Band (UVC).
Erst seit den 50er Jahren, mit der Entdeckung des strukturellen Aufbaus der DNS als Doppelhelix durch die Forscher James Watson und Francis Crick, ist der Schlüssel für eine Erklärung vorhanden.
Warum tötet UVC- Strahlung Keime?
Die Doppelhelix-Struktur der DNS beruht auf einer Purin- und Pyrmidin-Basen Paarung. Diese sind die eigentlichen Informationsträger mit den Nukleinbasen Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
Die Forschung der nachfolgenden Jahre ergab, dass die kurzwellige und energiereiche UVC-Strahlung primär bei den Thyminen einen photochemischen Effekt hervorruft. Diese dimerisieren, das bedeutet zwei nebeneinander liegende Informationsträger verketten oder verkleben.
Durch die molekulare Veränderung der Basen wird die DNS derart beschädigt, dass der Prozess der Transkription, der für die Replikation der DNS und somit auch für die Zellteilung essentiell ist, nicht mehr stattfinden kann. Eine so ausreichend geschädigte Zelle stirbt in letzter Konsequenz ab.
Zusammenhang von Dosis und Wirkung
Die Wirksamkeit einer Desinfektionsmethode auf Basis von UVC-Strahlen steht in direktem Zusammenhang mit der angewandten Dosis (= Zeit x eingestrahlte Energie / Fläche). Hohe Intensitäten während einer kurzen Zeit oder geringe Intensitäten über einen langen Zeitraum sind praktisch austauschbar und beinahe gleichwertig in der Desinfektionswirkung. Die Dosis als massgebliche Bestimmungsgrösse wird in µW*s/cm² angegeben, häufig auch in J/m².
Grundsätzlich gilt: Je einfacher ein Mikroorganismus in seiner Struktur aufgebaut ist, desto problemloser lässt sich dieser mittels UV-Strahlung inaktivieren. Daher lassen sich Viren, Bakterien und bakterielle Sporen grundsätzlich wesentlich leichter zerstören, als komplexe Mikroorganismen wie beispielsweise Hefen und vegetative Pilzzellen (eukaryotische Zellen). Pilzsporen, deren DNS zudem noch durch eine pigmentierte Zellwand und ein konzentriertes Zytoplasma geschützt ist, können nur durch Einsatz erheblicher UV-Dosen inaktiviert werden.
Wirkung auf Menschen
Bei erhöhter Strahlendosis verursachen UVC-Strahlen beim Menschen Hautrötungen (Erytheme) und schmerzhafte Augenentzündungen (Konjunktivitis). Aus diesem Grund sollten die von der EU festgelegten Grenzwerte (EU Directive 2006-25-EG) mit 6 mJ/cm², bzw. 60 J/m² täglicher Bestrahlungsdosis (bei 254 nm) nicht überschritten werden. Auf ausreichenden Schutz ist daher stets zu achten! Die Geräte und Installationen von sterilAir werden so konzipiert und installiert, dass keine Gefahr für die Nutzer besteht. Mit unseren UVC-Experten sorgen wir für die Planung und Umsetzung einer sicheren Anwendung.
Anders als bei UVA oder UVB Strahlung ist die Eindringtiefe von UVC-Strahlung in die menschliche Haut sehr gering. Die Gefahr von Hautkrebs ist daher auch bei intensiver UVC-Bestrahlung (ungeschützter Körperteile) als äusserst gering einzustufen. Ein wissenschaftlicher Nachweis über den direkten Zusammenhang konnte bisher nicht erbracht werden.
Gefahrlose Nutzung von UVC
UVC-Strahlen durchdringen grundsätzlich keine festen Stoffe - auch kein Fensterglas (Borsilikat, Duran) oder klarsichtige Kunststoffe (Acrylglas, Polystyrol, etc.)!
Wie die sichtbaren Wellenlängen des Lichts bewegen sich UVC-Strahlen nur geradlinig fort und nehmen mit zunehmender Entfernung von der Quelle in ihrer Intensität deutlich ab. Je weiter man von einer UV Quelle entfernt ist, desto ungefährlicher ist diese folglich. Von Geräten mit Blickschutzlamellen oder voll umschlossenen Gehäusen kann daher niemals eine unmittelbare Gefahr ausgehen.
Sofern direkter Blick- oder Hautkontakt mit einer frei strahlenden UV-Quelle unumgänglich ist, sind einfache Massnahmen wie z.B. Schutzbrille oder Sonnencreme mit hohem Lichtschutzfaktor völlig ausreichend.
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