İyonlaştırıcı radyasyon çeşitleri; radyasyondan korunma koşulları yerine getirilmek suretiyle tıpta görüntüleme cihazları, kanser hastalıkları tedavi yöntemleri, atılabilir tek kullanımlık tıbbi malzemelerin sterilizasyonu aynı zamanda gıda ürünlerinin ışınlanması da dahil olmak üzere sanayi sektörünün hemen her dalında güvenli ve emniyetli biçimde global yaygın kullanımı sürdürülmektedir. İyonlaştırıcı olmayan radyasyon türleri ise televizyon ve radyo teknolojileri, alıcı verici cihazlar, radarlar, yeni nesil akıllı cep telefonları, robotlar, dizüstü bilgisayarlar, insansız hava araçları - İHA, roketler, uydular, besinleri pişiren mikrodalga fırınlar ve benzeri çok sayıda donanımın temel ilkesini oluşturmaktadır. Günümüzde birdenbire beliren covid 19 pandemisi, ne yazık ki. küresel boyutta yüzbinlerce insanın hayatını kaybetmesine neden olmaktadır. Küresel yeni koronavirüs hastalığı aşısı keşfi gerçekleştirilinceye kadar global covid 19 salgınının önlenmesi bağlamında sosyal mesafenin korunması, maske takılması, hijyen ve temizlik şartları uygunluğu çok önem taşımaktadır. Öte yandan, güneş ışınları ve güneş radyasyonları demetleri sayılan ultraviyole UV (mor ötesi) ışınlar, covid 19 virüslerinin dezenfeksiyonu açısından öne çıkmaktadır. Özellikle, kısa dalga boylu ultraviyole ışın türleri sınıfından olan UV-C radyasyonları, kontamine olmuş çevreden yeni koronavirüslerinin temizlenmesi için ciddi bir yöntem kabul edilmektedir.  Covid 19 (SARS-COV2) virüsleri bulaşmış yüzeyler ile hava, su ve diğer kirlenmiş ortamlar, geliştirilmiş ultraviyole UV LED (Ultraviolet Light Emitting Diodes - UV LEDs) teknolojileri sayesinde temizlenmektedir. İyonlaştırıcı ışın elemanı olmayan ultraviyole UV (mor ötesi) radyasyonlar kanalıyla covid 19 virüslerinin sterilizasyonu, dezenfeksiyonu, dekontaminasyonu ve temizlenmesi bilimsel çalışmaları bu yazı kapsamında ele alınmaktadır.

Ultraviyole UV (mor ötesi) ışınlar, iyonlaştırıcı olmayan radyasyon cinsleri sınıfında sayılmakta olup uzaydan gelen güneş kaynaklı güneş radyasyonları ve güneş ışınları öğeleri olarak değerlendirilmektedir. Morötesi veya ultraviyole (UV radyasyonları) ışınları dalga boyları 100 – 400 nm (nanometre = 10-9 metre = metre’nin milyarda biri) arasında bulunmaktadır. İnsan gözü 400 – 700 nm dalga boyları aralığında görebilme yeteneğine sahip olup, belirtilen aralığın dışında kalan ışınlar göz merceği tarafından algılanamamaktadır. Görülebilen en küçük dalga boylu radyasyon mor olarak algılanması nedeni ile morötesi ışın adını almaktadır. Morötesi ışınların ilerisinde çok daha kısa dalga boylu ve yüksek frekanslı radyasyonlar X – ışınları şeklinde yer almaktadır. X – ışınları ise yüksek frekanslı, yüksek enerjili ve çok kısa dalga boylu iyonlaştırıcı radyasyonlar türleri sınıfına girmektedir. Ayrıca, UV ışınları (morötesi radyasyonlar) aynı nitelikler ve özelliklere sahip olmayıp, ışınların biyolojik etkileşim mekanizmaları da farklılıklar göstermektedir. Bu sebeple ultraviyole UV ışın cinsleri UV-A, UV-B ve UV-C tarzında üç sınıfta temsil edilmektedir. Dalga boyları 400 nm – 315 nm aralığında olan UV-A, %95 oranında temsil edilen en yaygın UV ışınları sayılmakta ve ozon tabakasından geçmektedir. UV-B (315 nm – 280 nm), %5 oranında olan tehlikeli UV ışınları kategorisinde değerlendirilmekte ve ozon tabakası tarafından kısmen tutulmaktadır. UV-C (280 nm – 100 nm) , kısa dalga boylu, oldukça yüksek frekanslı ve enerjili aynı zamanda çok riskli UV radyasyonları çeşitleri menzilinde olup, ancak güneşten gelen UV ışınları yeryüzüne ulaşmadan önce ozon tabakası tarafından büyük bir bölümü soğurulmakta ve absorblanmaktadır.

 

Ultraviyole ışınlarının çeşitleri, yukarıda anlatılan kısaltmaları ve UV radyasyonları dalga boyları nanometre (nm) olarak aşağıdaki tabloda toplu halde verilmektedir.

 

UV Işınları Türleri	UV Kısaltmaları	UV Dalga Uzunlukları
Ultraviyole A	UV-A	400 – 315 nm
Ultraviyole B	UV-B	315 – 280 nm
Ultraviyole C	UV-C	280 – 100 nm

Kaynak: Marktech-Optoelektronics

 

Çin Hubei Eyaleti Wuhan kentinde ortaya çıkan ve tüm dünyaya yayılan koronavirüs (Covid-19 SARS-COV-2), bir başka deyimle, şiddetli akut solunum yolu sendromu koronavirüsü 2 kaynaklı pandemi küresel salgın hastalığı, global ölçekte şimdiye kadar maalesef yüzbinlerce insanın hayatını kaybetmesine neden olmuştur. Covid 19 (SARS-COV2) virüsleri yoluyla kontamine olmuş, kirlenmiş yüzeyler ile hava, su ve diğer enfekte ortamlar, geliştirilmiş ultraviyole UV LED (Ultraviolet Light Emitting Diodes - UV LEDs) teknolojileri vasıtasıyla temizlenmektedir. Özellikle, yüksek enerjili ve frekanslı UV-C ışınları sayesinde dezenfeksiyon, dekontaminasyon ve sterilizasyon işlemleri yürütülmektedir. Kısa dalga boylu UV-C radyasyonları sayesinde ağız yoluyla kolayca yayılan öldürücü koronavirüsler, bulaşıcı mikroplar, bakteriler ve diğer patojenlerin yok edilmesi sağlanmaktadır. UV-C radyasyon teknolojileri temel uygulamaları kapsamında covid 19 virüsleri bulaşmış hastane yoğun bakım üniteleri, kişisel koruyucu donanımlar ve ekipmanlar ile duvarlar ve zeminler gibi sağlık merkezi yapıları aynı zamanda ısıtma, soğutma ve havalandırma (Heating, Ventilating and Air Conditioning - HVAC) sistemleri yer almaktadır. Hijyen, hıfzıssıhha ve tıbbi arıtma konularında araştırmalar yapan malzeme bilimcisi Fizik Mühendisi Christian Zollner, geniş içerikli ileri, derin ultraviyole UV teknolojileri üzerinde çalışmaktadır. Söz konusu araştırmalar University of California (UC) Santa Barbara Solid States Lighting & Energy Electronics Center (SSLEEC) Merkezi bünyesinde sürmektedir. UV-C ışınları dezenfekte, sterilite ve temizleme yönetimi özellikle tıbbi malzemeler kapsamında kullanılmaktadır. Günümüzde tüm dikkatler hızla yaygınlaşan ve global salgın pandemi haline dönüşen yeni koronavirüs hastalığı üzerine odaklanmaktadır.

 

Koronavirüs (Covid-19 SARS-COV-2) salgını önlenmesi konusunda henüz etkin bir yöntem bulunmamıştır. Covid 19 hastalığı yayılımının limitlenmesi ve engellenmesi hususunda eskiden beri devrede olan UV radyasyonları (UV ışınları) ise çok yönlü umut vermektedir. SSLEEC üyesi olan Seoul Semiconductor Firması tarafından UV LED ışınlama cihazları ile %99.9 oranında koronavirüslerin sterilizasyonu, dezenfeksiyonu ve temizlenmesi gerçekleştirildiği Nisan 2020 tarihinde resmen duyurulmuştur. Güney Kore konuşlu Seoul Semiconductor Şirketi’nce UV LED lambaları sterilizasyon yönetimi kullanımı halen otomotiv endüstrisi inovasyona dayalı yeni nesil taşıt araçları üretimi sırasında insansız ortamlarda sürdürülmektedir.

İyonlaştırıcı radyasyonlar; X – ışınları, iyonlaştırıcı olmayan ışınlar; ultraviyole UV (mor ötesi) ışınlar, görünür ışık ve infrared (kızılötesi) elektromanyetik spektrumları dalga boyları nanometre (nm) olarak aşağıdaki şekilde işaret edilmektedir.

 

 

 Kaynak: Marktech-Optoelektronics

 

 

 

Yukarıdaki tabloda işaret edildiği gibi UV ışınları dalga boyları farklılık göstermektedir. Dünyaya ulaşan güneş menşeli UV-A ve UV-B tipleri çok önemli faydalar sağlamaktadır. Yeryüzüne nadiren gelen UV-C ultraviyole ışınları sayesinde ise mikroplar etkisizleştirilerek hava ve suların temizlenmesi temin edilmektedir. Dünyada UV-C tipi ultraviyole radyasyonları sadece insan yapımı cihazlar yoluyla üretilmektedir. Halihazırda dezenfeksiyon ve sterilizasyon teknolojileri kapsamına giren 260 - 285 nm aralığında olan UV-C radyasyonları ve UV-B ışınlarının küçük bir kısmının insan cildine zarar vermesi nedeniyle sterilizasyon, dezenfeksiyon, mikroplardan arıtma ve temizleme süreci boyunca çevrede hiçbir kişinin bulunmaması gerekmektedir. Dünya Sağlık Örgütü - DSÖ (World Health Organization - WHO), UV ışınları sterilizasyonu esnasında ellerin ve cildin korunması konusunda çalışan kişileri uyarmaktadır. Kısa süreli UV-C radyasyonuna maruz kalınması halinde bile insan vücudunda cilt yanıkları oluşmakta ve gözler zarar görmektedir. Gerçekte, ultraviyole UV-C fotonları hücrenin yapısına girerek nükleik aside zarar vermektedir. Böylece, hücrelerin mikrobiyolojik aktiviteleri ve üreyip çoğalmaları durdurulmaktadır. UV LED teknikleri kanalıyla virüsler, bakteriler ve diğer patojenlere doğru yönlendirilen yüksek enerjili UV-C radyasyonları sayesinde hava, su ve diğer ortamlar ile yüzeylerde bulunan mikroplar saniyeler mertebesinde zararsız hale getirilmektedir. Böylece, küresel bulaşıcı mikropların mikrobiyal yüklerinin azaltılması yoluyla günümüz koronavirüs 2 pandemisi enfeksiyonlarının önlenmesi, sınırlandırılması, kontrol ve denetim altına alınması olası görülmektedir.

Gelen ultraviyole UV fotonu, ışını veya radyasyonunun hedeflenen hücrenin yapısını bozması, DNA ve RNA kaynaklı nükleik asitleri genetik bilgilerinin hasara uğraması temsili olarak aşağıda resmedilmektedir.  

 

Kaynak: AquiSense

 

 

Güneş radyasyonları ve güneş ışınları demetleri, bir başka deyişle, güneş kökenli ultraviyole UV radyasyonları çevrede belli başlı bir tür doğal bulaşıcı virüs öldürücü ilaç rolü oynamaktadır. Örneğin, UV ışınları virüslerin genetik yapılarını oluşturan DNA ve RNA molekülleri üzerinde kimyasal etkiler yaparak bulaşıcı mikropların bertarafı ve yok edilmesi işlevini gerçekleştirmektedir. DNA ve RNA genetik materyallerinin etkisizleştirilmesi yönünde en etkin dalga boyu ise 260 nm olup, UVC radyasyonları (280 - 100 nm) aralığı içine girmektedir. Dünyaya ulaşan UVC radyasyonları çok az olması nedeni ile sadece UVB (315 - 280 nm) ve UVA (400 - 315 nm) ışınları kanalıyla virüslerin öldürülmesi temin edilebilmektedir. Ancak, güneşten atmosfere gelen UVB ve UVA ışınları ise virüs menşeli RNA ve DNA kökenli nükleik asitleri zararsız hale getirmesi, yerküreyi çevreleyen ozon tabakası ile çoğunluğu tutulan UVC radyasyonlarına kıyasla daha düşük düzeyde kalmaktadır. Öte yandan, Covid-19 pandemisi küresel hız kazanmadan önce de SSLEEC Merkezi bünyesindeki malzeme bilimi dalı araştırmacıları tarafından ileri UV-C LED teknolojisi üzerinde çalışmalar zaten yürütülmekteydi. Elektromanyetik spektrum kapsamına giren bahse konu alanda katı hal aydınlatma (solid state lighting - SSL), diğer bir deyişle, ışık yayan LED’ler nispeten öncü rolü üstlenmiştir. UV-C ışını genellikle civa buharlı lambalar yoluyla oluşturulmaktadır. Fiz. Müh. Zollner, verimlilik, maliyet, güvenilirlik ve ömür kriterleri açısından UV LED’ler için çok sayıda teknolojik ilerlemeler gerektiğini vurgulamaktadır. ACS Photonics dergisinde yayınlanan bilimsel bir makalede araştırmacılar, yüksek kaliteli derin ultraviyole UVC LED seri üretimleri için çok daha iyi bir metod bulduklarını açıklamaktadır. Söz konusu yöntem alt katman olarak yaygın biçimde kullanılan safir (gökyakut) yerine silikon karbür (SiC) alt katmanı üzerine yarı iletken alaşımlı alüminyum galyum nitrür (AlGaN)’ün bir ince fim halinde yapılandırılması çalışmalarını kapsamaktadır. Safire kıyasla alt katman bazında silikon karbür seçimi, yüksek kaliteli UV-C yarı iletken malzemesi eldesi yönünden daha verimli ve uygun maliyetli kabul edilmektedir. Bu durum materyallerin atomik yapılarının birbirine yakın olarak eşleşmesinin önemini göstermektedir. Genellikle, alt katman ve ince filmin (atomik kristal bünyesi bakımından) çok daha fazla yapısal benzerliği olması da yüksek kaliteli malzeme elde edilmesi işlemini kolaylaştırmaktadır. Böylece, kaliteli malzeme yapımı sayesinde daha verimli ve performansı yüksek LED’ler de üretilmektedir. Safirin yapısal farklılığı ise üretilen malzemede çatlaklar ve düzensizlikler oluşturmakta aynı zamanda çok defa ilave karmaşık işlemler yapılmasını zorunlu kılmaktadır. Silikon karbür de uygun bir eşleşme sayılmamakta ancak, maliyetli ve ilave yöntemlere başvurmadan yüksek kaliteli malzeme üretimi sağlanabilmektedir. Öte yandan, silikon karbür, ideal sayılan alüminyum nitrüre nazaran çok daha ucuz olduğundan seri üretim yönünden uygun sayılmaktadır. Taşınabilir hızlı tepkili suların dezenfeksiyonu ve sterilizasyonu çalışmaları, UV-C LED teknolojileri ve teknikleri geliştirilmesi araştırma projelerine öncülük eden bilim insanlarının temel hedefini oluşturmaktadır. Diyotların dayanıklılığı, güvenilirliği ve küçük form faktörü ise kötü hıfzıssıhha koşulları devam eden temiz su yokluğu çeken dünyanın fakir ülkeleri kapsamında beklenmedik değişimlere neden olacağı öngörülmektedir. Küresel covid-19 salgın hastalığının birdenbire ortaya çıkması ise söz konusu bilimsel araştırmalara bir başka boyut kazandırmaktadır. Diğer taraftan, dünya ülkeleri koronavirüs pandemisi aşıları bulunması yanında covid-19 salgını bilimsel tedavi ve iyileştirme yöntemleri üzerine odaklanmış iken insanların ellerinde salgına karşı kendilerini savunmak ve korumak için dezenfeksiyon, dekontaminasyon, sterilizasyon, izolasyon, karantina, filyasyon bulaşma zinciri (filiation covid 19), sosyal teması kesme, maske ve temizlik gibi az sayıda covid-19 önlemleri kalmaktadır. Bu bağlamda mevzu bahis koronavirüs 2 global salgın hastalığı limitlenmesi tedbirleri arasında önemli yer tutan küresel UV-C LED teknikleri uygulanması ve yaygınlaşması da beklenmektedir. Suların sterilizasyonu, dezenfeksiyonu ve temizlenmesi için koronavirüs 2 hastalığı mücadelesi esnasında ultraviyole UV-C LED sistemleri uygulanan sahalarda insanların bulunmamasına özellikle dikkat edilmesi gerekmektedir. Sonuçta, alışveriş ürünleri, tıbbi donanımlar ve sahaların mikroplardan temizlenmesi açısından UV-C LED teknolojisi uygulamaları; ekonomik, düşük maliyetli ve kimyasal kirliliği içinde barındırmayan alternatif bir yöntem olarak pandemi-küresel salgın korona virüslerinin öldürülmesi çerçevesinde insanlığın hizmetine ve gündemine yeniden gelmektedir.

 

Yüksek yoğunluklu UV-C LED ışınları ile covid 19 koronavirüs 2 mikroplarının bertarafı ve arıtılması aşağıdaki resimde canlandırılmaktadır.

 

Kaynak: SciTechDaily

Kaynaklar:

 

-Predicted Inactivation Viruses of Relevance to Biodefense by Solar Radiation,

C.David Lytle and Jose-Luis Sagripanti, American Society for Microbiology Journal

of Virology, 2005.

 

-İyonlaştırıcı Radyasyonların Biyolojik Etkileşme Mekanizmaları, Ahmet Cangüzel Taner,  Radyasyondan Korunma Derneği Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.

-Atom, Radyoaktivite, Radyoizotoplar ve İyonlaştırıcı Radyasyon Çeşitleri, Ahmet  Cangüzel Taner,  Radyasyondan Korunma Derneği Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.

-Kâinat, İnsan ve İyonlaştırıcı Radyasyonlar, Ahmet Cangüzel Taner,  Radyasyondan Korunma Derneği Yayınları, Yararlı Bilgiler, 2014.

 

-AIGaN Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Grown on SiC Substrate, Burhan K.

SaifAddin, Abdullah S. Almogbel, Christian J. Zollner, Feng Wu, Bastien Bonef, Shuji

Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, ACS Photonics, 2020.

 

Ahmet Cangüzel Taner
Fizik Yüksek Mühendisi

Radyasyondan Korunma Derneği (canguzel.taner@gmail.com)