빈 방이 봉인되었다. 과학자들은 시계를 눌렀다. 거의 2시간 동안 그들은 약 4x3미터 크기의 방에 역겨운 병원균을 옮기는 에어로졸을 가득 채웠다. 그것은 우리 중 많은 사람들이 지난 몇 년 동안 부지런히 피하려고 노력했던 종류의 상황을 간략하게 복제한 것이다.

 

생물학적 안전성 제한으로 인해 실험에서 코로나19 바이러스를 사용할 수 없었던 연구원들은 대신 때때로 치명적인 감염을 일으킬 수 있는 박테리아인 황색포도상구균을 선택했다. 그런 다음 버튼을 누르면 과학자들은 천장에 고정한 램프를 작동시켜 죽음의 광선을 세균 구름 위로 비추었다. 이 빛은 인간의 눈에는 보이지 않는 222나노미터의 파장을 가졌다.

 

전자기 스펙트럼의 자외선 부분에서 원적외선(far-UVC)이라고 불리는 파장을 가진 빛은 미생물에 치명적이지만 인간에게는 안전해 보인다. 그리고 그것은 코로나19 대유행이 진행됨에 따라 감질나는 가능성을 제공한다.

 

연구원들은 5분마다 방에서 공기 샘플을 채취했다. 그런 다음 그들은 스위치를 켜기 전후에 검색된 샘플에 얼마나 많은 살아있는 박테리아가 있는지 계산하기 위해 배양액을 배양했다. 이것들은 빛이 놀라운 효과로 작동했음을 보여주었다. 스코틀랜드 던디에 있는 NHS 테이사이드(NHS Tayside)의 의학물리학자 이완 이디(Ewan Eadie)는 “우리는 병원체의 감소에 상당히 놀랐다.”고 말했다.

 

Eadie와 동료들은 모두 정부 산업 위생사 미국 회의(American Conference of Governmental Industrial Hygienists)에서 정한 지침 내에서 원적외선 UVC에 대한 다양한 노출 수준을 테스트했다. 가장 높은 노출은 병원균 수준이 단 몇 분 만에 약 98%까지 급락했다.

 

이 팀은 2022년 3월 Scientific Reports 저널에 결과를 발표했다. 그 이후로 그들은 두 가지 다른 병원체인 녹농균과 Phi 6이라는 박테리아 감염 바이러스에 대해 유사한 성공을 거둔 기술을 테스트했다. 연구원들은 램프가 코로나19를 유발하는 바이러스도 파괴할 것이라고 확신한다. 다른 팀이 다른 환경에서 실험한 결과 원적외선 UVC가 SARS-CoV-2를 비활성화하는 것으로 나타났다. 아마도 UV 광이 바이러스의 게놈을 손상시키기 때문일 것이다.

 

일부 건강 전문가들은 세상이 열리고 우리 대부분의 봉쇄에 대한 기억이 서서히 희미해짐에 따라 빛으로 실내 공간을 소독하는 것이 게임 체인저가 될 수 있다고 주장한다. 코로나19를 유발하는 바이러스인 SARS-CoV-2는 사람들이 숨을 쉬거나 말하거나 소리를 지르거나 노래할 때 방출되는 부유 입자를 통해 공기 중으로 퍼질 수 있다. 바이러스가 가득한 깃털은 실내 공기에 매달려 질병을 퍼뜨릴 수 있다. 2년 반 이상 동안 전 세계의 과학자들과 정부 관리들은 손 씻기, 예방 접종, 사회적 거리두기, 마스크 착용, 환기 등 일련의 예방 조치를 장려해 왔다. 그들 중 누구도 완벽하지 않다. 그들은 종종 위험 감소의 "스위스 치즈 모델"의 계층으로 설명된다. 일부 전문가들은 이제 특정 실내 공간의 혼합에 원적외선 UVC를 추가하는 것을 고려해야 한다고 제안한다.

 

 

이 개념화된 시나리오에서 안전한 파장(222나노미터)의 원적외선(far-UVC) 빛을 방출하는 램프는 사람들이 있는 방을 밝힐 수 있다. 희망은 건강한 공기 여과와 함께 구현되는 이 램프가 SARS-CoV-2 입자의 공기를 오염 제거하고 감염된 사람(여기에 빨간색으로 표시됨)이 있더라도 코로나19에 걸릴 위험을 줄이는 것이다.

 

"우리는 일종의 빛의 약사이다."라고 Eadie는 UVC가 실내 공간의 오염을 제거하는 데 얼마나 도움이 될 수 있는지, 피부 상태 건선과 같은 특정 질병을 치료하는 데 때때로 다른 형태의 UV 광선이 어떻게 사용될 수 있는지를 결정하는 데 있어 그와 그의 동료들의 역할을 설명하면서 말한다. 핵심은 올바른 파장과 노출을 설정하는 것이라고 그는 말한다.

 

원적외선 UVC란 무엇일까?

 

빛은 파동으로 방사되며 그 파동의 길이에 따라 빨간색(약 650nm)에서 보라색(약 400nm)까지 빛에서 어떤 색상을 볼 수 있는지가 결정된다. 그러나 파동이 더 짧아지면 빛은 보이지 않게 되며 자외선(UV)으로 알려져 있다. 10nm에서 400nm 사이의 정확한 파장에 따라 다양한 종류의 UV 광선이 있다. 일부 형태(UVA 및 UVB)는 햇빛에 존재하며 이러한 형태에 노출되면 피부 노화 및 일광 화상을 유발할 수 있다. 단파장 UVC(100~280nm)도 위험한 부분이 있지만 오존층에 흡수돼 거의 노출되지 않는다. Far-UVC(일반적으로 200~230nm 사이로 간주됨)는 덜 위험한 형태의 UVC로 간주된다.

 

254nm에서 UVC를 사용하는 과거 작업은 공기 중 병원균의 확산을 늦추는 것으로 나타났다. 하버드 대학의 연구원인 William F. Wells는 1930년대와 1940년대에 이 효과에 대한 여러 연구를 발표했으며 심지어 램프를 사용하여 학교 교실의 상공의 공기를 정화하여 홍역의 확산을 극적으로 줄였다.

 

그러나 Wells와 이 기술의 다른 초기 선구자들은 254nm 램프를 높이 비추어 방의 윗부분에 떠 있는 공기를 청소하거나 통풍구 또는 덕트 내부의 빛을 사용할 수 있었지만 그들은 실제로 악영향 없이 방의 거주자에게 직접 아래로 비출 수 없었다. 254nm는 병원균을 비활성화하지만 특정 선량에서 피부와 눈 손상을 일으키기 때문이다.

 

 

이 그래픽은 광 스펙트럼에서 원적외선 UVC가 있는 위치를 보여준다. 연구원들은 222nm의 파장이 세균에 효과적일 수 있지만 인간 노출에는 안전할 수 있다고 믿는다.

 

오늘날 260nm 정도의 자외선은 일반적으로 소독에 사용되지만 일반적으로 위층 방 살균 장치, 때로는 병실 벽에 고정되거나 표면을 청소하는 데 사용되는 램프와 같이 유사하게 제한적인 상황에서만 사용된다. 2020년에 런던 지하철을 운영하는 Transport for London은 역의 에스컬레이터 핸드레일을 청소하기 위해 UV 장치를 설치했다. UV 램프는 또한 폐수의 병원균을 죽이고 보안경과 같은 실험실 장비를 소독하는 데 사용된다. 공통 주제는 이러한 모든 응용 프로그램이 사람의 피부나 눈에 직접 빛을 비추는 것을 피한다는 것이다.

 

쥐와 인간 참가자를 사용한 최근 실험은 222nm, 원적외선 UVC가 훨씬 더 안전하다는 것을 시사한다. 이것이 부분적으로 Eadie와 동료들이 연구에 그것을 사용하기를 열망한 이유이다. 현재 캐나다에서 진행 중인 임상 시험에서는 207~222nm로 설정된 원적외선 UVC 램프를 사용하여 노인을 위한 장기 요양 시설에서 인플루엔자 및 코로나19를 포함한 감염 전파를 줄이는지 여부를 알아본다. 연구원들은 복도, 식당과 같은 공용 공간에 조명을 설치해야 하지만 일부 위치에서는 정확히 동일하게 보이지만 원적외선 UVC를 방출하지 않는 플라시보 조명을 설치한다. 목표는 원적외선 램프가 있는 환경에 거주하는 주민들이 코로나19, 독감 및 다양한 호흡기 질환의 감소를 경험하는지 여부를 알아내는 것이다.

 

캘리포니아 대학교 버클리의 환경 역학자이자 박사 후보인 Amanda Weaver는 장기간에 걸쳐 다양한 연령대의 사람들에게 직접 빛을 비추는 것이 실제로 안전한지 확인하기 위해 원적외선 UVC를 계속 연구하는 것이 중요하다고 말한다. 그녀는 Eadie와 동료들의 실험을 칭찬하지만 일부 환경에서는 HEPA 필터를 사용하는 환기 시스템으로 공기를 정화함으로써 얻을 수 있는 다른 이점을 활용할 수 있다고 제안한다. 이들은 또한 바이러스 및 박테리아와 함께 먼지와 같은 알레르겐 및 오염 물질을 제거한다.

 

"필터는 더 비용 효율적이며 다른 장기적이고 지속적이며 만성적인 노출을 얻을 수 있다."고 그녀는 말한다. 그럼에도 불구하고 램프가 공기 중의 병원균을 제거할 수 있는 가능성은 "놀랍다"고 그녀는 덧붙이며 병원과 같이 감염 통제가 특히 중요한 장소에서는 원적외선 UVC가 제 역할을 할 수 있다.

 

영국 케임브리지 대학 병원의 컨설턴트 의사인 Matt Butler도 이에 동의한다. "감염 통제 관점에서 볼 때 정말 쉬운 일인 것 같다."고 그는 말한다. Butler와 동료들은 현재 케임브리지의 애든브룩 병원 병동에서 HEPA 필터의 효능을 평가하는 연구를 진행하고 있다. 기존 환기 시스템은 종종 필요한 공기 전환 비율에 도달할 수 없다고 그는 말한다. 그리고 어쨌든 공간을 안전하게 만들기 위해 시간당 얼마나 많은 환기가 필요한지에 대해 의료 전문가들 사이에서 논의가 있다(전파 위험은 방에 사람이 밀집해 있는 밀도 및 감염자 수와 같은 매우 가변적인 요인에 따라 달라진다). Butler는 이것이 감염을 더욱 감소시키는지 알아보기 위해 향후 연구에서 원적외선 UVC 램프를 사용하고 싶다고 말했다.

 

Far-UVC는 "환기가 아니라 환기를 지원하기 위해 환기와 함께 작동해야 하는 것"이라고 퀸즐랜드 공과 대학교의 물리학자인 Lidia Morawska는 말한다. 2021년 8월 그녀와 동료들은 현재의 환기 기준만으로는 코로나19 전파를 적절하게 통제하기에 충분하지 않다는 논문을 발표했다.

 

Morawska는 원적외선 UVC가 실내에서 사람들 사이에 직접 비춰질 때 단거리 공중 전파를 감소시킬 수 있다는 가능성을 제기한다. 말을 하거나 기침을 하는 감염된 사람이 근처에 있는 감염되지 않은 사람에게 1미터 정도 이동한다.

 

Eadie는 "마스크를 제외하고 이를 막을 수 있는 유일한 기술 중 하나일 것"이라고 말한다. 팬데믹 기간 동안 사람들을 더 안전하게 유지하는 예방 조치와 행동 변화를 보완하는 것은 매우 강력할 수 있다고 Weaver는 말한다.

 

그러나 Eadie는 감염 통제를 위해 원적외선 UVC 장치를 사용하기 전에 램프의 효과를 입증하는 더 많은 연구가 필요하다고 주장한다. 그와 그의 동료들은 연구의 다음 단계에서 원적외선 UVC가 질병 전파에 미칠 수 있는 영향을 모델링함으로써 이를 조사하기를 희망한다.

 

"실제 연구가 좀 더 필요하다고 생각한다. '그렇다, 이 램프를 사용해 보자.'고 말하기 전에 말이다."