Laufende Forschung
Kurzdarstellung

Ergebnisse der University of Cincinnati

Activtek Technologie



Zusammenfassung:
Die ActivtekTechnologie...
Über die Untersuchung:
Im Mittelpunkt der Untersuchung der von Dr. Grinshpun und seinem Team durchgeführten Tests
stand di...
Kontrolle von aerosolen Kontaminationsstoffen in der Raumluft: Verbindung der Reduzierung der
Partikel‐Konzentration mit m...
Umgang mit Ozon sind die folgenden Grenzwerte für die Konzentration in einem beruflichen Umfeld
festgelegt worden: 0,2 ppm...
21 – 30 %), gefilterten Luft vermischt hatten, gelangte es in die Kammer. Nach Ablauf einer
Adaptationsphase von 10 – 15 M...
und die Partikelentfernungsrate (verursacht allein durch den Luftreiniger) wurde entsprechend
Kinetik erster Ordnung defin...
13525) bei 20 °C für 18 Stunden in Tripticasein Sojamehl Agar (TSA) angesetzt und wie die Sporen von
B. subtilis gewaschen...
und Karbiddrähten, deren Spektralausstoß zwischen 100 und 367 nm liegt. Außerdem erhielt die
Zielstruktur der Zelle eine h...
Aerodynamischer Partikeldurchmesser (µm)

                                                                                ...
Zeit (min)

Abb. 3 Der Ionen‐induzierte Luftreinigungsfaktor (ACF) für PM2,5 NaCl gemessen mit ELPI und
                  ...
zwei Luftaustauschstärken, 2,5 und 7,7 ACH erreicht werden, dargestellt. Die Daten deuten darauf
hin, dass der getestete t...
Tabelle 1
Prozent der überlebenden Mikroorganismen in der Luft in Abhängigkeit der Zeit t in der 2,75 m³
großen Testkammer...
gemessen. Es wurde bestätigt, dass die Lebensfähigkeit ohne Luftreiniger innerhalb eines Bereichs
von ± 20% lag.

Bei Bakt...
wurden. Für B. subtilis erhielten wir 1770 ± 275 KBE/ml in Extrakten bei Nichtbetrieb und 1125 ± 410
KBE/ml in Extrakten b...
Zur Prüfung vorgelegt am 8. Juni 2006. Überarbeitetes Manuskript erhalten am 19. September 2006.
Angenommen am 20. Oktober...
Cincinnati university study deutsch
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Cincinnati university study deutsch

680 views
633 views

Published on

Published in: Education, Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
680
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Cincinnati university study deutsch

  1. 1. Laufende Forschung
  2. 2. Kurzdarstellung Ergebnisse der University of Cincinnati Activtek Technologie Zusammenfassung: Die ActivtekTechnologie wurde über einen Zeitraum von 18 Monaten am Center for Health‐ Related Aeorosol Studies des Fachbereichs für Umweltgesundheit an der University of Cincinnati unter der Leitung von Prof. Dr. Sergej Grinshpun getestet. Tests wurden für zwei der verwendeten Technologien im AP300 Air System durchgeführt: Negative Ionisierung und Fotokatalyse (ein innovativer fotokatalystischer Reaktor Radiant Catalytic Ionization – ActivePure) Jede Technologie wurde gesondert beurteilt: • Die Ionisierungstechnologie AP300 konnte Partikel in der Raumluft von Innenräumen bis zu 250 mal besser reduzieren, als dies durch den natürlichen Abbau (Schwerkraft) geschieht. • Radiant Catalytic Ionization (ActivePure –RCI) konnte in weniger als 60 Minuten etwa 90% der sich in der Luft befindenden Mikroorganismen inaktivieren. Folgende Mikroorganismen wurden untersucht: MS2 Virus und B.Subtilis (als Ersatz für Anthrax). Dr. Grinshpun kam außerdem zu dem Ergebnis, dass eine Kombination aus beiden Technologien eine erheblich größere Reduzierung der sich in der Luft befindenden biologischen Kontaminationsstoffe zur Folge hat als beide Technologien allein genommen. Über den Autor: Dr. Grishpun ist einer der anerkanntesten Wissenschaftler auf dem wichtigen Gebiet der Schwebstoffforschung. Im Laufe seines Berufslebens hat Dr. Grinshpun etwa 390 wissenschaftliche Veröffentlichungen verfasst bzw. mit verfasst, davon mehr als 120 Originalartikel in durch Fachleute überprüften Fachzeitschriften, 90 Kapitel in Fachbüchern und wissenschaftlichen Veröffentlichungen, sowie etwa 180 Konferenzbeiträge. Er fungierte als Gutachter, Diskussionsteilnehmer oder Berater für eine Reihe von Bundesbehörden und Berufsverbänden auf nationaler und auch auf internationaler Ebene, sowie als Berater für große Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Er hat außerdem in der Redaktion von vier international veröffentlichten Fachzeitschriften mitgewirkt. Die Leistungen von Dr. Grinshpun auf dem Gebiet der Schwebstoffforschung wurden durch die Verleihung des International Smoluchowski Award der European Aerosol Assembly (1996, Niederlande), des AIHA Outstanding Aerosol Paper Award (1997, USA) und des David L. Swift Memorial Award (2001, USA) anerkannt. Außerdem wurden ihm zweimal der John M. White Award von der AIHA (1997, 1998, USA) verliehen in Anerkennung für seinen Beitrag zu Atemschutzstudien. Er erhielt außerdem den Best Practice Award von der US‐Behörde HUD (Housing and Urban Development)(2000) für seine Untersuchungen über Bleipartikel in der Raumluft. Über die Universität: Die University of Cincinnati ist eine der führenden Universitäten Amerikas auf dem Gebiet der Umweltgesundheit.
  3. 3. Über die Untersuchung: Im Mittelpunkt der Untersuchung der von Dr. Grinshpun und seinem Team durchgeführten Tests stand die Begrenzung von Kontaminationsstoffen in der Raumluft durch den Einsatz von zwei Technologieverfahren: 1) Reduzierung der Partikel‐Konzentration durch einpoligen Ionenausstoß 2) Inaktivierung der Mikroorganismen durch fotokatalytische Reaktion mittels eines fotokatalytischen Verfahren (ActivePure – RCI Radiant Catalytic Ionization) Die Ergebnisse: Die Abhandlung kommt zu dem Ergebnis, dass sich bei der Verwendung beider Verfahren ‐ Ionisierung und Oxidation ‐ der Gehalt an potentiell schädlichen Kontaminationsstoffen in der Luft erheblich besser reduzieren lässt, als wenn nur eines der beiden Verfahren allein eingesetzt wird. Dieses Ergebnis wird dadurch gestützt, dass in der Untersuchung nachgewiesen wird, dass die ionengestützte Luftreinigung innerhalb von 30 Minuten ungefähr 80 % der lebensfähigen pathogenen Stoffe aus der Raumluft entfernt und dass die mit ActivePure durchgeführte Foto‐ Oxidation etwa 90 % der restlichen Mikroorganismen in der Luft inaktiviert. Die Kombination der beiden Verfahren führt nach 30 Minuten zu einer allgemeinen Reduzierung der Luftschadstoffe um den Faktor 50 bzw. zu einer allgemeinen Reduzierung/Inaktivierung von ungefähr 98 %. Die folgenden zwei aktiven Kontaminationsstoffe wurden beurteilt: 1) B. subtilis Bacterium 2) MS2 Virionen Veröffentlichung: Diese Untersuchung wurde von Fachleuten überprüft und in Journal of Environmental Science and Technology (Fachzeitschrift für Umweltwissenschaft‐ und Technologie) im Januar 2007 auf den Seiten 606 ‐612 veröffentlicht. Die Tests werden weitergeführt, weil nach unserem Verständnis eine verlässliche wissenschaftliche Untermauerung der Ergebnisse noch aussteht. Activtek erhebt keinen Anspruch auf die Vorteile, die sich aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen ergeben.
  4. 4. Kontrolle von aerosolen Kontaminationsstoffen in der Raumluft: Verbindung der Reduzierung der Partikel‐Konzentration mit mikrobieller Inaktivierung * SERGEJ A. GRINSHPUN + ATIN ADHIKARI; TAKESHI HONDA, ± § KI YOUN KIM , MIKA TOIVOLA ~ K.S. RAMCHNDER RAO , und TIINA REPONEN * Telefonnummer des Verfassers: 1‐513‐558‐0504, Fax: 1‐513‐558‐2263, E‐Mail:sergey.grinshpun@uc.edu. + beurlaubt von Koken Ltd., tokio, Japan ± beurlaubt von Ajou University, Suwon, Südkoea § beurlaubt von National Public Health Instiute, Kuopio, Finnland ~ beurlaubt von Karshak Engineering college, Hyderabad, Indien Center for Health‐Related Aerosol Studies, Fachbereich Umweltgesundheit, University of Cincinnati, 3223 Eden Avenue, PO Box 670056,Cincinnati, Ohio 45267‐0056 Ein Luftreinigungsverfahren für Innenräume, das den einpoligen Ionenausstoß und die fotokatalytische Oxidation miteinander verbindet (durch eine besonders konstruierte ActivePure‐RCI 3 3 Zelle) wurde in zwei Testkammern von 2,75 m und 24,3 m getestet. Dabei wurden sowohl nicht biologische als auch biologische Schadstoffe in der Luft untersucht. Die Reduzierung der Partikel‐ Konzentration wurde nach Größen getrennt in Echtzeit gemessen und der Luftreinigungsfaktor und die Menge der erhaltenen gereinigten Luft (CADR Clean Air Delivery Rate) wurden bestimmt. Während der Untersuchung von Virionen und Bakterien wurden bio‐aerosole Proben gesammelt und analysiert und die Überlebensrate der Mikroorganismen wurde als Funktion der Kontaktzeit bestimmt. Wir beobachteten, dass sich die Konzentration von aerosolen Keimen ˘ 10 bis ˘ 100 mal schneller verringerte, wenn der Luftreiniger eingesetzt wurde – dies im Vergleich zum natürlichen 3 Abbau. Die Daten lassen vermuten, dass das geprüfte tragbare Gerät bei Einsatz in einem ˘ 25m großen nicht belüfteten Raum in der Lage ist, CADR‐Werte zu erreichen, die zweimal so groß sind wie die, die in konventionellen geschlossenen Heizungs‐, Lüftung‐, Klima‐ und Kältekreisläufen mit 8 Filtern erreicht werden. Die Partikel wurden durch den einpoligen Ionenausstoß entfernt, während die Inaktivierung der lebensfähigen Mikroorganismen in der Luft mit der fotokatalytischen Oxidation in Verbindung gebracht wurde. Ungefähr 90 % der anfangs noch lebensfähigen MS2 Viren wurden nach 10 bis 60‐minütiger Behandlung durch fotokatalytische Oxidation inaktiviert. Etwa 75 % der lebensfähigen B. subtilis Sporen wurden innerhalb von 10 Minuten inaktiviert und etwa 90 % oder mehr nach 30 Minuten. Die biologischen und chemischen Prozesse, die zur Inaktivierung stress‐ resistenter Viren und bakterieller Sporen in der Luft führen, wurden untersucht. Einleitung Schadstoffe und mikrobielle Keime in der Luft, die eingeatmet werden können, rufen verschiedene gesundheitliche Beschwerden hervor. Eine Reihe von Verfahren sind entwickelt worden, um die Anzahl der Keime und Schadstoffe in der Raumluft zu verringern. Die Kontrolle der Schwebstoffe in der Luft in beengten, schlecht belüfteten Räumen, in denen ein Luftaustausch mit Filtersystemen nicht stattfinden kann, stellt eine besondere Herausforderung dar. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Konzentration bestimmter Kontaminationsstoffe in der Raumluft, wie z.B. lebensfähige biologische Partikel, zu reduzieren. Während einige Innenluftreinigungsverfahren sich allein auf die Reduzierung von Schwebstoffen in der Luft konzentrieren, sind andere so konstruiert, dass sie lebensfähige Bio‐Schwebstoffe (z.B. Viren, Bakterien und Pilze) inaktivieren. Einige kommerzielle Luftreiniger produzieren zu viel Ozon (entweder als primäre biozide Wirkstoffe oder als Nebenprodukt). Diese Geräte haben in der Öffentlichkeit wegen möglicher Gesundheitsgefährdung Anlass zur Sorge gegeben (1). Neben verschiedenen Richtlinien für den
  5. 5. Umgang mit Ozon sind die folgenden Grenzwerte für die Konzentration in einem beruflichen Umfeld festgelegt worden: 0,2 ppm für 2 Stunden (2), 0,05‐0,10 für 8 Stunden (2), 0,1 ppm für 8 Stunden (3) und 0,05 ppm für den unmittelbaren Umgang ohne zeitliche Beschränkung (4). Im Vergleich dazu liegt der Grenzwert für den Außenbereich bei 0,08 ppm für 8 Stunden (5). Ozongeneratoren können lebensfähige Mikroorganismen inaktivieren. Die Inaktivierung erfolgt jedoch bei Ozonkonzentrationen, die deutlich über den Grenzwerten liegen (6,7). Die Foto‐Oxidation mit UV‐Strahlung und TiO2 als Fotokatalysator ist zur Gasphasen‐Detoxifikation von organischen Kontaminationsstoffen (8, 9) und zur Inaktivierung von Mikroorganismen im Wasser (10‐12) verwendet worden. Es wurden einige Bemühungen unternommen, ihre Einsatzmöglichkeit zur Luftreinigung in einem geschlossen Kreislauf (13,14) zu untersuchen. Die Forscher dokumentierten eine erhebliche fotokatalytische Inaktivierung stressresistenter Serratia marcesens. Diese war zu beobachten, wenn Bakterien relativ lange in der Luft in einem geschlossenen Rohrsystem mit einem TiO2‐Filter zirkulierten. Pal et al. (15) entdeckten einen ähnlichen Effekt für Escherichia coli, Microbacterium sp., und Bacillus ssubtilis. Keller et al. (16) beschrieben eine erhebliche Inaktivierung von E. coli in der Luft, wenn diese durch einen Fotoreaktor mit einem TiO2‐ Film geleitet werden. Die biozide Wirkung der fotokatalytischen Oxidation lässt sich auf fotogenerierte Löcher in der Valenzkette, Hydroxyl‐Radikale, Wasserstoffperoxid und andere reaktive Sauerstoffarten erklären. Lin und Li (17) testeten die Veränderung der Lebensfähigkeit von Bakterien und Pilzen in der Luft, die innerhalb eines kleinen Fotoreaktors für sehr kurze Zeit, Sekundenbruchteile, einer Foto‐Oxidation unterzogen wurden. Während einer so kurzen Zeit konnten sie eine Verringerung der Kolonie bildenden Einheiten (KBE) nicht feststellen. Nach unserem Kenntnisstand gibt es keine Daten zur Wirksamkeit von tragbaren UV/TiO2 Luftreinigern zur Inaktivierung von lebensfähigen Mikroorganismen in der Luft für Innenräume. Diese Daten werden aber benötigt, um die mögliche Verwendung der fotokatalytischen Oxidation zur Luftreinigung in Wohn‐ oder Arbeitsumfeldern bewerten zu können. Des Weiteren gibt es für hybride Luftreiniger, die mehrere verschiedene Luftreinigungsverfahren kombinieren, keine ausreichenden Informationen, anhand derer man ihre Wirksamkeit bei der Entfernung von Partikeln einerseits und ihre biozide Wirkung andererseits nachweisen könnte. Beide Maßnahmen haben die Reduzierung von biologischen Schwebstoffen in der Luft zum Ziel. In dieser Studie untersuchten wir eine neuartige Luftreinigungstechnik, die die verschiedenen Maßnahmen zur Kontrolle von Schwebstoffen bzw. Bioschwebstoffen in der Luft kombiniert: Der einpolige Ionenausstoß und die fotokatalytische Oxidation durch das Radiant CatalyticIionization ActivePure‐ RCI Verfahren. Für den einpoligen Ionenausstoß wurde schon früher nachgewiesen, dass dieses Verfahren die Partikel‐Konzentration in Innenräumen reduziert (18‐20), für die Wirksamkeit der Hybridtechnik gibt es aber bislang keine wissenschaftlichen Daten. Experiment Das Verfahren zur Reinigung der Innenluft wurde in der in Abb. 1 gezeigten Versuchsanlage untersucht. Es wurde festgelegt, dass die Reduzierung der Partikel‐Konzentration der Größe nach getrennt in Echtzeit gemessen wird. Bei Versuchen mit lebensfähigen Bio‐Schwebstoffen wurde auch die Überlebensrate der Mikroorganismen bestimmt. Die Versuchsabläufe, die sich in unseren früheren Studien bewährt hatten (18, 19, 20), wurden übernommen. Die Experimente wurden durchgeführt, während ein frei stehender Hybridluftreiniger in der Testkammer angeschaltet war und während er ausgeschaltet war. Die Schwebstoffkultur wurde durch eine flüssige Suspension unter Verwendung eines Collison Verneblungsgeräts (BGI Inc., Wahltham, MA) erzeugt und bei 85 Durchleitung durch einen 10‐mCiKr Aufladungs‐Equilibrator (3M Company, St. Paul, MN) wurde ihre Aufladung angeglichen. Nachdem wir das Aerosol mit sauberer, durch einen HEPA Filter bei einer bestimmten Temperatur (T=24 – 26 °C) und einer spezifischen relativen Luftfeuchtigkeit (RH=
  6. 6. 21 – 30 %), gefilterten Luft vermischt hatten, gelangte es in die Kammer. Nach Ablauf einer Adaptationsphase von 10 – 15 Minuten, mit der sichergestellt werden sollte, dass sich die Schwebstoffe gleichmäßig in der Luft verteilten, begann das Experiment (t= 0). Abb. 1 Versuchsaufbau In den meisten Versuchen wurde die Schwebstoffkonzentration C und die Größenverteilung der Partikel Δlog(d) mit einem elektrischen Niedrigdruck‐Impinger (ELPI, TSI Inc./Dekati Ltd, St. Paul, MN) gemessen, der auf dem Kaskaden‐Impakt‐Prinzip basiert und gleichzeitig ein direkt ablesbares Messgerät ist. Es kann die Konzentration von Partikeln verschiedener Größe in 12 Kanälen (jeder Kanal = Impakt‐Phase) von 0,041 bis 8,4 µm (Mittelwert) bestimmen. Bei Experimenten mit viralen Schwebstoffpartikeln, die von ELPI aufgrund ihrer Größe nicht mehr gemessen werden konnten, verwendeten wir ein Weitwinkel‐Partikel‐Spektrometer (WPS, MSP INc.,Shoreview, MN). Das WPS ist ein hoch auflösendes Echtzeit Messinstrument, das die Differential‐Mobilitätsanalyse, die Kondensationspartikelzählung und Laserlichtstreuung verbindet, um den Durchmesser und die Konzentration von Aerosol‐Partikeln der Größenordnung 10nm bis 10µm zu messen. Für jede gemessene Partikelgröße d wurde die Schwebstoffkonzentration bei t = 0 so festgelegt, dass sie etwa 100fach über dem Hintergrundniveau (festgestellt, bevor die Aerosol‐Kultur erzeugt wurde) liegt. Zuerst wurde der natürliche Konzentrationsabbau beschrieben, indem Cnatural (d, t) alle 10 Sekunden mit dem ELPI und alle 2,5 Minuten mit dem WPS gemessen wurde. Danach wurde das Testmedium erzeugt und wieder in der Kammer verteilt, um die gleiche Anfangskonzentration zu erhalten. Bei t = 0 wurde der Luftreiniger angestellt und die Konzentration CAP (d, t) wurde innerhalb eines Zeitraums von bis zu 120 Minuten überwacht (bzw. bis die messbare Partikelanzahl unter das Nachweisniveau fiel). Um den Grad der Partikelentfernung zu quantifizieren, der allein durch den Luftreiniger hervorgerufen wurde, wurde der Luftreinigungsfaktor (ACF) größenabhängig als Funktion der Zeit bestimmt: (1) Außerdem wurde die gesamte Partikelentfernungsrate wie folgt berechnet
  7. 7. und die Partikelentfernungsrate (verursacht allein durch den Luftreiniger) wurde entsprechend Kinetik erster Ordnung definiert als (3) Wenn CAP (d, t = 0) = C natural (d, t = 0), (4) Diese Formel wurde gebraucht, um die Menge der erhaltenen gereinigten Luft (CADR) zu bestimmen, die entsprechend ANSI/AHAM (American National Standards Institute/Association of Home Appliance Manufacturers) Standard wie folgt zu definieren ist: 3 CADR (d, t) = V x PRR (d, t) [m /h] (5) Anhand des CADR Konzepts lässt sich die Wirksamkeit von frei stehenden Luftreinigern und geschlossenen Ventilations‐ bzw. Luftfiltersystemen bei einem Luftvolumen V (PRR ist eine Funktion von V!) vergleichen. Zwei nicht‐biologische Schwebstoffe, NaCl und Rauch wurden verwendet, um die Partikelentfernung durch den Luftreiniger zu untersuchen. Die Partikelgröße lag bei den erzeugten Schwebstoffpartikeln zwischen 0,02 – 2,0 µm. Auch feinste Partikelbruchteile sind eingeschlossen und hiermit sind die meisten bekannten Viren und Bakterienabgedeckt. Das MS2 Virus und bakterielle Sporen von Bacillus subtilis bildeten den Hauptbestandteil des biologischen Schwebstoffmediums. Einzelexperimente wurden auch mit Pseudomonas fluorescens Bakterien durchgeführt. Die MS2 Bakteriophage, eine 27 nm große, schwanzlose nicht umhüllte ikosaeder‐förmige RNA‐ Koliphage, relativ stabil gegen Umgebungsstress, wurde in der Vergangenheit zur Simulation fast aller Säugetiere befallenden Viren verwendet und ist bekannt als Indikator für enterale Viren (22‐26). Ein Medium von MS2 Viren wurde vorbereitet, 9 ml Luri‐Bertani‐Bouillon in eine gefriergetrocknete Phagen‐Ampulle (ATCC 15597‐BI) gegeben. Diese Suspension wurde mit einem Membranfilter 8 (Porosität 0,2 µm) gefiltert und serienmäßig verdünnt. Die Suspension für den Vernebler war 10 – 9 10 PFU/ml (PFU= Plaque bildende Einheit). Der MS2 Phagen‐Titer wurde mit dem Plaque‐Verfahren von Adams (27) bestimmt; Escherichia coli (ATCC 15597, Stamm C3000) wurde als Wirtsorganismus verwendet. B. subtilis ist ein Gram‐positives sporenbildendes Bakterium mit stäbchenförmigen Sporen von 0,7 – 0,8 µm Breite und 1,5 – 1,8 µm Länge (28). B. subtilis Sporen werden in Laborversuchen oft als Ersatz für umgebungsresistente pathogene Bakterien eingesetzt (29‐31). Gefriergetrocknete Bakteriensporen von B. subtilis (Bezugsquelle: US Army Edgewood Laboratories, Aberdeen Proving Ground, Maryland) wurden bei 55‐60°C 25 Minuten lang aktiviert und dann zweimal mit sterilem entionisiertem Wasser verwirbelt. Es folgte eine Zentrifugierung mit 7000 rpm für 7 Minuten bei Raumtemperatur. Die Gesamtkonzentration der Bakterien in der Suspension wurde mit einem 8 9 Hemacytometer auf 10 – 10 pro ml nivelliert. Die lebensfähigen Bakterien wurden für 18 Stunden bei 30 °C auf Tripticasein Sojamehl Agar (TSA) angesetzt. Die lebensfähige Bakterienkonzentration in 8 der Verneblersuspension hatte die gleiche Größenordnung wie die Gesamtkonzentration, d.h. 10 ‐ 9 10 KBE/ml (Kolonie bildende Einheit). P. fluorescens (in ausgewählten Versuchen verwendet) reagieren relativ empfindlich auf Umgebungsstress. Vor der Verneblung wurden P. fluorescens (ATCC
  8. 8. 13525) bei 20 °C für 18 Stunden in Tripticasein Sojamehl Agar (TSA) angesetzt und wie die Sporen von B. subtilis gewaschen. Während der Versuche mit biologischen Partikeln wurden Luftproben mit dem Button Sampler (SKC Inc., Eighty Four PA) genommen. Das Gerät ist mit Gelatine‐Filtern (SKC Inc.) ausgerüstet und wurde bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 4 l/Minute 5 Minuten lang eingesetzt. Acht Button Samplers wurden in jedem Versuch verwendet, die jeweils eine Blindprobe, eine Hintergrundprobe, drei Proben bei t = 0 und drei weitere nach bestimmten Zeiträumen nahmen. Die Testzeiträume waren t = 10, 15, 30 und 60 Minuten. Zusätzliche Einzelexperimente wurden durchgeführt mit dem BioSampler (SKC Inc. Eighty Four, PA), um P. Fluorescenc und B. subtilis zu sammeln. Der BioSampler sammelt sehr effektiv lebensfähige Bakterien (29), während das Flüssigmedium trockenheitsbedingten Stress minimiert. Da die Nachweisgrenze zur Sammlung von kleinen MS2 Virionen zu hoch ist, wurde der BioSampler nicht als Alternative zu den Gelatinefiltern beim Sammeln des MS2 Virus eingesetzt. Die Proben wurden auf lebensfähige Virionen (PFU) und Bakterien (KBE) in der Luft analysiert und der Prozentsatz der Überlebenden in Abhängigkeit der Zeit t wurde quantifiziert. Die Proben wurden bei Betrieb und auch ohne Betrieb des Luftreinigers genommen. Unsere Voruntersuchungen hatten gezeigt, dass der Luftreiniger die gesamte Konzentration von Bioschwebstoffen in der Luft in der Testkammer aufgrund des Ionenausstoßes erheblich reduziert. Aus diesem Grund wurde zeitweise der Ionen‐Emitter in der Hybrideinheit bei der Untersuchung der Inaktivierung von Viren und Bakterien gesperrt, um sicherzustellen, dass am Ende des Tests eine ausreichende Anzahl zählbarer Mikroorganismen vorhanden ist. Ein Aliquot von 200 µl aufgelösten Extrakts aus dem Gelatinefilter wurde für die Plaque‐Probe 3 verwendet, um die Anzahl der aktiven (lebensfähigen) Virionen (PFU/cm ) in der Luft zu bestimmen. Auf die gleiche Weise wurde das Extrakt auf TSA Platten kultiviert, um die Konzentration der 3 lebensfähigen Bakterien (KBE/cm ) zu bestimmen. Zusätzliche Untersuchungen wurden durchgeführt, um zu untersuchen, ob der Biozid‐Effekt des Luftreinigers auch tatsächlich in der Aerosol‐Phase stattfindet (und nicht nachdem die Mikroorganismen sich in den Filtern gesammelt hatten). Für diesen Zweck wurden Schwebstoff‐ Mikroorganismen 5 Minuten lang in der Testkammer ohne Luftreiniger auf acht Gelatinefiltern gesammelt. Vier Filter wurden unmittelbar nach diesem Test auf lebensfähige Mikroorganismen untersucht, während die anderen vier 10, 15, 30 und 60 Minuten lang mit dem angeschalteten Luftreiniger in der Testkammer blieben. Der Vergleich der beiden Probengruppen machte es möglich zu untersuchen, ob die Inaktivierung der Mikroorganismen auf den Filtern während des Sammelprozesses stattgefunden hat. Der Ozongehalt und die Luftionenkonzentration wurden in der Kammer in Echtzeit jeweils mit einem Ozonkontrollgerät (PCI Ozone & Control Systems, Inc., West Caldwell, NJ) und einem Luft‐Ionen‐ Messgerät (AlphaLab Inc., Salt Lake City, UT) überwacht. Die Lufttemperatur in der Testkammer betrug 24 ± 2 °C und die relative Luftfeuchtigkeit betrug zwischen 22 ± 2 % und 28 ± 2 %. Sie wurde mit einemThermo‐/Hygrometer (Fischer Scientific C., Pittsburgh, PA) gemessen. Der in dieser Untersuchung verwendete Luftreiniger von Activtek verwendet einen Ionen‐ Emitter und eine speziell konstruierte ActivePure Zelle. Ersterer erzeugt negative Ionen in der Raumluft, wo sie von Schwebepartikeln aufgenommen werden. Es ist wichtig anzumerken, dass diese Methode sich von den Luftreinigungsverfahren unterscheidet, die Partikel an der Eingangsöffnung des Reinigers aufladen und sie dann durch elektrostatische Fällung auf Metallelektroden sammeln. Die ActivePure Zelle hat eine fließoptimierte Zielstruktur bestehend aus Matrizen aus länglichen röhrenförmigen Elementen aus Polycarbonat, die auf den beiden gegenüberliegenden Seiten parallel zueinander liegen oder alternativ an vier Seiten einer Breitspektrum‐UV‐Lichtquelle angeordnet sind. Die UV‐ Lampe verwendet Argongas mit Quecksilber‐
  9. 9. und Karbiddrähten, deren Spektralausstoß zwischen 100 und 367 nm liegt. Außerdem erhielt die Zielstruktur der Zelle eine hydrophile Beschichtung aus folgenden Materialien: Titandioxid, Rhodium, Silber und Kupfer. Eine fotokatalytische Oxidation bildet Reagentien wie Hydroxyl‐Radikale, Valenzlöcher, Superoxidionen und Wasserstoffperoxid. 3 Die Tests wurden durchgeführt in zwei Innentestkammern: eine große Kammer (24,3 m ), in die man 3 hineingehen kann und die einen Wohnraum simuliert und eine kleinere Kammer (2,75 m ), die einen sehr beengten Raum simuliert (wie z.B. Badezimmer, kleines Arbeitszimmer, Autoinnenraum). Die Entfernung der Partikel wurde in beiden Kammern untersucht, die Tests zur Untersuchung der Überlebensfähigkeit von biologischen Schwebstoffen wurden nur in der kleineren Kammer durchgeführt, die aus Edelstahl besteht und so eine Bio‐Dekontamination ermöglicht. Der Luftreiniger wurde in nicht belüfteten Kammern (kein Luftaustausch) getestet, da bekannt ist, dass tragbare Luftreiniger vor allem in schlecht belüfteten Räumen von Vorteil sind (20, 21). Ein Luftaustausch fand nur bei der Überprüfung von geschlossenen Ventilations‐/Luftfiltersystemen mit einem Heizungs‐, Lüftungs‐, Klima‐ und Kältefilter statt, um deren Leistung hinsichtlich CADR mit der Leistung von tragbaren Luftreinigern zu vergleichen. Das Ventilations‐/Luftfiltersystem wurde auch verwendet, um die Kammer zwischen zwei Versuchen zu reinigen. In den meisten Versuchen stand der Luftreiniger in einer Ecke der Kammer und war zur Mitte des Raums hin ausgerichtet. Ein zusätzliches Experiment wurde durchgeführt um zu untersuchen, ob der Standort oder die Ausrichtung die ACF beeinflussen. Ergebnisse und Diskussion Entfernung von Partikeln aus der Luft Abb. 2 zeigt die Entwicklung der Konzentration und die Verteilung der Partikelgröße von NaCl Schwebstoffen bei Betrieb des Luftreinigers in der großen Testkammer. Wie wir diesem Beispiel entnehmen können, verringert sich die Schwebstoffkonzentration von 0,1µm großen Partikeln innerhalb einer Stunde um den Faktor 28, innerhalb von 2 Stunden etwa um den Faktor 250. Für Partikel der Größe 1 µm lag die Reduzierung beim 10 bis 50fachen. Bei Versuchen mit Rauchpartikeln sank die Schwebstoffkonzentration sogar noch schneller. Die oben beschriebene Reduzierung der Schwebstoffkonzentration ist erheblich größer als die durch den stillen oder angeregten natürlichen Abbau (32). Zu diesem Ergebnis gelangten wir, als sowohl der Luft‐Ionen‐Emitter als auch die RCI Zelle in dem Gerät liefen. Interessanterweise konnte statistisch gesehen der gleiche Partikelreduzierungseffekt (p > 0,05) beobachtet werden, wenn die RCI Zelle ausgeschaltet war und nur der Ionen‐Emitter lief. Dieses Ergebnis beweist, dass die Entfernung der Partikel das Ergebnis des einpoligen Ionen‐Ausstoßes ist und nicht in Zusammenhang steht mit fotokatalytischen Reaktionen.
  10. 10. Aerodynamischer Partikeldurchmesser (µm) 3 Abb. 2 Partikelkonzentration und Größenverteilung bei NaCl‐Aerosol gemessen mit ELPI in einer 24,3 m Kammer mit einem Luftreiniger, der auf die Mitte des Zimmer ausgerichtet ist, bei 1,7 m Entfernung vom 5 3 Meßpunkt. Keine Belüftung in der Kammer. Die Gesamtschwebstoffkonzentration zu Beginn = 1,50 x 10 /cm Dieses Ergebnis passt zu den schon vorher veröffentlichten Daten zur Wirksamkeit einpoliger Luftionisierung hinsichtlich der Schwebstoffkonzentration (18‐21). Die Luftreinigung ist besonders bei 4 3 höheren Schwebstoffkonzentrationen zu Beginn (> 10 Partikel/cm )effektiv, denn hier ist eine angemessene Interaktion zwischen den Schwebstoffen und den Luftionen gewährleistet. Wie schon oben erwähnt, kann man davon ausgehen, dass die Wirkung in nicht belüfteten Räumen deutlich ausgeprägter ist als in belüfteten Räumen. Die Reduzierung von Schwebstoffen war besonders für Partikel der Größe d ≤ 0,3 µm beachtlich. Als 12 beispielsweise der Luftreiniger mit einem Ionen‐Ausstoß von ~ 10 e/sec 2 Stunden lang 3 ununterbrochen in einer Ecke mit Ausrichtung auf die Mitte des Raumes in der 24,3 m großen Kammer lief, erreichte ACF ~30 – 70 für d = 0,08 – 0,3 µm und ~ 13 – 16 für d= 0,8 – 2 µm (in den Versuchen mit NaCl und Rauch als Aerosol). Die gleichen ACF Niveaus können wahrscheinlich in kleineren Innenräumen schneller und in großen Innenräumen langsamer erreicht werden. Die aus den Versuchen gewonnenen Trends stimmen mit den Prinzipien des Ionen‐induzierten Schwebstoffentfernungsmodells überein (20). Wir fanden heraus, dass ACF nicht nur von der Betriebsdauer und der Partikelgröße, sondern auch noch vom Standort und von der Ausrichtung des Luftreinigers in der Kammer abhängt. So ist ein Standort in einer Ecke mit Ausrichtung auf die Mitte des Raumes der Ausrichtung auf die Wand vorzuziehen. Der Unterschied der ACF bei einem Standort in der Mitte des Raums verglichen mit einem Standort in der Ecke war erheblich und stieg während der Betriebsdauer noch an. Das schraffierte Gebiet in Abb. 3 stellt den Ionen‐induzierten Luftreinigungsfaktor (ACF) dar, wenn man die nach Partikelgrößen getrennten Daten auf die gemessenen NaCl‐Partikelgrößen bis zu 2,5 µm zusammenfasst und diese Werte dann für drei verschiedene Standorte/Ausrichtungen ( in der Ecke mit Ausrichtung auf die Mitte, in der Mitte und 80 cm von der Wand entfernt mit Ausrichtung auf die 3 Wand) in der 24,3 m großen Kammer mittelt.
  11. 11. Zeit (min) Abb. 3 Der Ionen‐induzierte Luftreinigungsfaktor (ACF) für PM2,5 NaCl gemessen mit ELPI und 3 integriert für verschiedene Standorte und Ausrichtungen des Luftreinigers in der 24,3 m großen Kammer. Keine Belüftung der Kammer. Die Schwebstoffkonzentration von PM2,5 zu Beginn = (0,356 5 3 – 1,50) x 10 /cm Abb. 4 stellt die CADR‐Werte dar, die durch die Verwendung des getesteten Luftreinigers für fünf ausgewählte Größen von NaCl‐ und Rauchpartikeln, die hier als Schwebstoffkontaminationsstoffe in der nicht belüfteten 24,3 m³ Kammer zum Einsatz kamen, erreicht wurden. Die CADR reicht von ungefähr 42,1 ± 0,1 bis zu 62,1 ± 1,8 m³/h für NaCl‐Partikel mit d= 0,04 – 1,99 µm und von 72,4 ± 0,9 bis zu 115,5 ± 10,8 m³/h für Rauchpartikel der gleichen Größenordnung. Der Unterschied könnte sich auf die unterschiedlichen Fähigkeiten von NaCl‐ und Rauchpartikeln, elektrische Ladung aus Luftionen zu übernehmen, zurückführen lassen. Diese führen dazu, dass die Partikel unterschiedlich mobil sind und dementsprechend auch unterschiedliche Migrationsgeschwindigkeiten haben. Die oben erwähnte Erklärung scheint gültig zu sein, wenn man davon ausgeht, dass nachgewiesen werden konnte, dass der einpolige Ionenausstoß der Hauptmechanismus ist, der zu einer Reduzierung der Schwebstoffpartikelkonzentration führt. Aerodynamischer Partikel‐Durchmesser (µm) Abb. 4 Gewonnene Menge an gereinigter Luft (CADR) bestimmt für NaCl und Rauchschwebstoffpartikel, gemessen mit ELPI in einer nicht belüfteten 24,3 m³ Kammer. Die Leistung des Luftreinigers wird verglichen mit der Leistung eines Standard Heizungs‐, Lüftung‐ Klima‐ und Kältefiltersystems (ASHRAE Rating 8) mit geschlossenen Luftaustauschkreislauf Außerdem werden in Abb. 4 noch die CADR‐ Werte, die mit einem geschlossenen Luftaustauschsystem eines Standard Heizung‐, Lüftungs‐, Klima‐ und Kältesystems mit 8 Filtern bei
  12. 12. zwei Luftaustauschstärken, 2,5 und 7,7 ACH erreicht werden, dargestellt. Die Daten deuten darauf hin, dass der getestete tragbare Luftreiniger, der in dem ca. 25 m³ großen, nicht belüfteten Raum eingesetzt wird, in der Lage ist, CADR‐Werte zu erreichen, die mehr als zweimal so hoch sind wie die eines konventionellen Heizungs‐ und Lüftungssystems mit 8 Filtern. Offensichtlich führen effizientere Partikelfilter zu einer schnelleren Reduzierung von aerosolen Kontaminationsstoffen und könnten bessere Leistungen bringen als der getestete tragbare Luftreiniger. Verglichen mit dem tragbaren Gerät hatte beispielsweise ein geschlossenes Luftaustauschsystem, das mit HEPA‐Filtern ausgerüstet wurde, in der 24,3m³ Kammer bei einer Austauschstärke von 2,5 und 7,7 ACH jeweils 4‐ und 3fach bessere CADR Werte bei NaCl Partikeln und 2,2‐ und 1,4fach bessere Werte bei Rauchpartikeln. HEPA‐ Filter werden jedoch in Wohnhäusern mit zentralen Heizungs‐ und Lüftungssystemen nur selten eingesetzt, weil sie zu Druckabfall und zu elektrischer Aufladung führen. Die Entfernung von Partikeln aus der Raumluft wurde auch für die Hybrid‐Luftreinigungstechnik in dem kleineren Raum (2,75 m³) überprüft, der sonst vor allem zur Untersuchung der Inaktivierung von lebensfähigen Mikroorganismen benutzt wird. Die CADR‐Werte, die mit der WPS Messung für MS2 Virionen ermittelt wurden, lagen bei 73 ± 5 m³/h. Dies entspricht den Werten, die im großen Raum für NaCl und Rauchpartikel, deren Größen der Größe der Virionen entsprechen, gefunden wurden. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass es möglich ist, nicht biologische Partikel zur Bestimmung der Ionen‐induzierten Reduzierung von Schwebstoffen der biologischen Partikel gleicher Größe zu verwenden. Weiter impliziert dieses Ergebnis, dass zumindest bei Partikeln der Größe von MS2 Virionen PRR aufgrund des Ionen‐Ausstoßes in Innenraumumgebungen umgekehrt proportional zum Luftvolumen ist (s. Formel 5). Ozon In beiden Testkammern (nicht belüftet) stieg die Ozonkonzentration bei ununterbrochenem Betrieb der Luftreiniger langsam an. In der 24,3 m³ großen Kammer stieg sie innerhalb von 35 Minuten von 0,006 auf 0,05 ppm, während in der kleineren Kammer mit 2,75 m³ ein Anstieg auf das vorerwähnte Niveau schon nach ungefähr 5 Minuten zu verzeichnen war. Nachdem jedoch ein Luftaustausch eingeführt wurde (nur 1 ACH), stieg die Ozonkonzentration in der Kammer mit 24,3 m³ verglichen mit dem Anfangswert nicht erheblich an (p> 0,05). Überwachungsdaten, die wir für das Testgerät in einem nicht belüfteten Raum von ~ 100 m³ (hier nicht vorgestellt) erhielten, legen den Schluss nahe, dass der Ozonwert auf unter 0,05 ppm gehalten werden kann, während das Gerät viele Stunden lang ununterbrochen in Betrieb ist. Einige Luftreiniger, die den Ionen‐Ausstoß und in höherem Maße die fotokatalytische Oxidation verwenden, können zu einem stärkeren Anstieg der Ozonkonzentration in Innenräumen führen als dies bei unserem Testgerät der Fall war. Der Einsatz solcher Geräte in geschlossenen bewohnten Räumen ist als nicht geeignet zu betrachten, da sie bei ständigem Betrieb zu überhöhten Ozonwerten führen können und bei gleichzeitigem Vorhandensein bestimmter chemischer Verbindungen Nanopartikel produzieren können (33). Obwohl der einpolige Ionen‐Ausstoß diesen Effekt potentiell unterdrücken kann, scheint es doch wichtig zu sein, die Ozonwerte unterhalb der bestehenden Grenzwerte zu halten. Wir sind der Auffassung, dass die Lösung in einem unterbrochenen Betrieb liegt (alternativ zum Dauerbetrieb), Der Luftreiniger wird betrieben, bis eine bestimmte Ozonkonzentration erreicht ist und dann automatisch abgeschaltet, damit sich der Ozonwert absenkt. Dieser Zyklus kann dann wiederholt werden.
  13. 13. Tabelle 1 Prozent der überlebenden Mikroorganismen in der Luft in Abhängigkeit der Zeit t in der 2,75 m³ großen Testkammer bei Betrieb der RCI Zelle, gemessen in PFU (für MS2 Virus) oder KBE (für a Bacillus subtilis Endosporen) a Bioschwebstoffe wurden mit dem Button Sampler mit Gelatinefilter gesammelt, n = Anzahl der Replikate Inaktivierung von Mikroorganismen In Tabelle 1 werden die Ergebnisse hinsichtlich der Inaktivierung der Mikroorganismen aufgelistet. Nur etwa 10 % der anfangs lebensfähigen MS2 Virionen überlebten bei Einsatz des Reinigers in der Testkammer mehr als 10 – 60 Minuten. Etwa 90 % der Mikroorganismen wurden inaktiviert. Als wir den natürlichen Abbau von MS2 in der Luft der Kammer beobachteten (ohne Einsatz des Luftreinigers), kamen wir zu dem Ergebnis, dass die Konzentration der aktiven Viren relativ stabil war: der Abbau überschritt innerhalb einer Stunde nie mehr als 20,3 ±0,9 %. Die Daten lassen vermuten, dass die Inaktivierung von Viren ziemlich schnell vor sich geht, da sich bei den überlebenden Virionen keine Abhängigkeit von der Zeit t = 10 ‐ 60 Minuten feststellen ließ. So reicht wahrscheinlich eine relativ kurze Zeit aus, um den Anteil lebensfähiger Viren in einem Luftvolumen um den Faktor 10 zu verringern, während alle überlebenden Viren eine erstaunliche Stressresistenz zeigten. Wenn man aerosole Virionen der fotokatalytischen Oxidation aussetzt, können die Hydroxyl‐ Radikale das Protein‐Kapsid und Anbindungsorte angreifen und so das Virus im Folgenden daran hindern, mit dem Wirt zu interagieren und KBEs zu bilden (34). Zusätzlich kann die TiO2 fotokatalytische Zelle Oxidationsschäden des Virus‐Kapsids hervorrufen (35) und die Radikale können zu einer Veränderung des genetischen Materials des Virus führen (36, 37). Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Hybrid‐Luftreiniger für kurze Zeiträume ununterbrochen bzw. über längere Zeiträume mit Betriebspausen eingesetzt zu einer beträchtlichen Inaktivierungsquote bei Viren führen können. Andererseits ist davon auszugehen, dass eine längere Betriebszeit in Umgebungen mit einem kontinuierlichen Zufluss „frischer“ aktiver Virionen vorteilhaft ist. Ungefähr 75 % der B. subtilis Sporen in der Luft wurden in den ersten 10 Minuten Betriebszeit des Luftreinigers inaktiviert, 85 % während der ersten 15 Minuten und etwa 90 % oder mehr nach 30 Minuten (s. Tabelle 1). Nach einer Betriebszeit von 30 und 60 Minuten konnten wir keinen weiteren nennenswerten Rückgang der Anzahl der überlebenden Sporen beobachten (ähnliche Entwicklung wie bei den Virionen). Dies deutet auf einen nicht‐linearen Effekt hin. Der natürliche Abbau der Sporen war während einer Stunde nicht bedeutsam (p > 0,05) – gemessen wurde mit dem Button Sampler mit Gelatinefilter. Die Standardabweichung insgesamt für die in diesen Kontrollversuchen gewonnenen Daten lag jedoch mit 58 % auf einem hohen Niveau und die KBE‐Zählungen aus den Filtern waren nahe an der Nachweisgrenze. Um dieses Problem zu betrachten, haben wir den natürlichen Abbau lebensfähiger B. subtilis Sporen mit dem BioSampler bei t =0 und bei t= 2 Stunden
  14. 14. gemessen. Es wurde bestätigt, dass die Lebensfähigkeit ohne Luftreiniger innerhalb eines Bereichs von ± 20% lag. Bei Bakterien kann der Prozess der Inaktivierung durch reaktive Hydroxyl‐Radikale auf fünf verschiedene Reaktionsweisen geschehen: • Oxidation des Koenzyms A, führt zu Hemmung der Zellatmung und zum Zelltod (38) • Zerstörung der Außenmembran der Bakterienzellen (12) • Oxidation ungesättigten Phospholipids in der Zellmembran der Bakterien (39) + • Entweichen intrazellularer K Ionen (11) und • Schädigung der DNA oder RNA (36, 37) Ein Grund dafür, dass die Inaktiverung der B. subtilis Sporen zeitabhängig abläuft, liegt in der Dicke ihrer Membran‐Schicht, die Peptidoglycane enthält. Diese Annahme stimmt auch mit der Studie von Matsunaga et al. überein (40), die herausgefunden haben, dass die Foto‐Oxidation des Koenzyms A durch den TiO2‐ Fotokatalysator bei den Algen Chlorella vulgaris nicht vollständig wirkt, weil ihre Zellwand dicker ist. Andere Verteidigungsmechanismen, die Bakterien zur Abwehr von Oxidationsstress entwickelt haben, einschließlich der Synthese von Superoxid‐Dismutase‐Enzymen, können den Inaktivierungsprozess auch verlangsamen. (41) Obwohl die Zeit ein Faktor bei der Inaktivierung von Bakteriensporen war, verringerte sich die Lebensfähigkeit von sowohl MS2 Viren als auch B. subtilis relativ schnell. Dies lässt sich auf die + + ‐ schnelle Interaktion der Löcher im Valenzband (h ) (TiO2 + hv → h + e .) mit den organischen Substanzen, die in den Außenwänden oder Membranen von Viren oder Bakterien vorhanden sind, zurückführen. Die oben erwähnte Interaktion geschieht wahrscheinlich bevor eine nennenswerte Anzahl von Hydroxyl‐Radikalen (OH) im Luftvolumen gebildet wird. Obwohl frühere Untersuchungen + + (11, 12) die Rolle von Hydroxyl‐Radikalen (H2O + h → OH + H ) betont haben, sind diese Radikale möglicherweise doch nicht der primäre Faktor für die Inaktivierung von Mikroorganismen, insbesondere in der Luft. Da weiterhin unsere Experimente in relativ trockener Luft durchgeführt wurden (Luftfeuchtigkeit < 30 %), waren Wassermoleküle nicht die Stoffe, die am häufigsten mit dem Katalysator in Kontakt kamen und so war die Verteilung von Hydroxyl‐Radikalen wahrscheinlich niedriger als in Flüssigkeiten. Shang et al. (9) sind zu der Einschätzung gekommen, dass organische Verbindungen wie Heptane in der Gas‐Phase gut mit fotogenerierten Löchern interagieren, während die Interaktion mit Wasserdampfmolekülen nicht so bedeutend ist. Alberici und Jardim (8) haben berichtet, dass die Valenzbandlöcher, die durch die TiO2 Foto‐Oxidation erzeugt werden, alle organischen Verbindungen oxidieren können. Dieser Prozess erzeugt auch Wasserstoffperoxid (O2 + ‐ ‐ + e → O2 , O + H → HO2 ; 2HO2 → O2 + H2 O2), das frei durch die Zellmembrane und Zellwände 2 ‐ gelangen kann und zu einer Inaktivierung von Mikroorganismen führen kann. (42). Weitere biochemische Untersuchungen zur Rolle der TiO2 Oxidation während der Gas‐Phase bei Mikroorganismen in der Luft und auch Studien über die Reaktionskinetik in der aerosolen Phase scheinen lohnenswert, um die oben erwähnten Ergebnisse zu vertiefen. Die Experimente mit P. fluorescens ergaben KBE‐Messungen unterhalb der Nachweisgrenze, sowohl in den Testproben als auch in den Kontrollproben. Im Gegensatz zu den B. subtilis Endosporen , verringerte selbst eine kurze Zeit in der Raumluft (Luftfeuchtigkeit < 30 %) die Lebensfähigkeit der vegetativen Schwebstoffzellen P. fluorescens, die dafür bekannt sind, wenig stressresistent zu sein, erheblich . Vielleicht sind Mikroorganismen, die auf Trocknungsbelastungen sensibler reagieren, für diese Art von Versuch besser geeignet, wenn der Versuch bei höherer relativer Luftfeuchtigkeit ausgeführt wird. Zusätzliche Kontrollversuche wurden durchgeführt, um zu untersuchen, ob die Verringerung der Lebensfähigkeit des MS2 Virus und der B. subtilis Sporen in der Schwebephase oder auf den Sammelfiltern stattfand. Für MS2 ermittelten wir, dass sich 1835 ± 270 PFU/ml entwickelten, wenn Filterextrakte vom Gelatinefilter bei nicht laufendem Luftreiniger kultiviert wurden, und 1855 ± 325 PFU/ml, wenn Filterextrakte vom Gelatinefilter bei 10 Minuten laufendem Luftreiniger kultivert
  15. 15. wurden. Für B. subtilis erhielten wir 1770 ± 275 KBE/ml in Extrakten bei Nichtbetrieb und 1125 ± 410 KBE/ml in Extrakten bei 60 Minuten Laufzeit. Keine erheblichen Veränderungen der Lebensfähigkeit der Viren oder Bakterien waren bei nicht‐aerosolem Zustand zu verzeichnen (p> 0,05). Daher bestätigen diese Ergebnisse, dass die in unseren Versuchen beobachtete Inaktivierung von Viren und Bakterien tatsächlich in der Schwebephase stattfand und nicht in Verbindung stand mit der Inaktivierung auf den Filtern. Gemeinsame Effekte (Musterberechnung) Wir kamen zu dem Ergebnis, dass die Entfernung von Partikeln allein aufgrund des einpoligen Ionen‐ Ausstoßes stattfand, während die Inaktivierung von lebensfähigen MS2 Virionen und B. subtilis Sporen in der Luft auf die fotokatalytische Reaktion durch die RCI Zelle zurückzuführen ist. Beide Techniken, die zusammen in den Hybrid‐Luftreinigern wirken, können zu einer erheblichen Verringerung von lebensfähigen Mikroorganismen in Innenraumumgebungen führen. Das von der RCI Zelle erzeugte Ozon verursacht unserer Auffassung nach keine nennenswerte Inaktivierung von Mikroorganismen. Dazu reichte die erreichte Konzentration nicht aus. Tseng und Li (43) nennen 3,43 ppm als geeigneten Wert für das MS2 Virus in der Luft und Li und Wang (44) konnten eine Inaktivierung von b. subtilis Sporen in der Luft erst beobachten, wenn die O3 ‐Werte bei 20 ppm liegen. Die folgende Beurteilung basiert auf den experimentellen Werten, die in dieser Studie gewonnen wurden. Wenn man davon ausgeht, dass die Ionen‐induzierte Luftreinigung innerhalb von 30 Minuten etwa 80 % der lebensfähigen Pathogene aus der Raumluft entfernt und die ActivePure (RCI)‐induzierte Foto‐Oxidation nur 10 % der restlichen Mikroorganismen überleben lässt, reduziert sich die Gesamtkennzahl der lebensfähigen Pathogene in diesem Raum nach 30 Minuten etwa um den Faktor 50. Aufgrund der beobachteten schnellen Inaktivierung der Mikroorganismen ist es nicht nötig, die ActivePure Zelle ununterbrochen laufen zu lassen. Die Daten deuten darauf hin, dass man sie auch nur zeitweilig für 10 bis 30 Minuten Intervalle mit 1‐ bis 2stündigen Pausen einsetzen kann ( wie schon oben empfohlen), bis der Hintergrundozonwert erreicht wird, während der Ionen‐Ausstoß durchgehend stattfinden kann, um die Schwebstoffkonzentration gering zu halten. Danksagung Die Untersuchung wurde zum Teil von Activtek unterstützt. Die Teilnahme von Dr. K.Y. Kim wurde durch das Korea Research Foundation Postdoctoral Fellowship Program teilweise ermöglicht. Wir bedanken uns herzlich für diese Unterstützung. Auch bedanken wir uns bei Dr. Taekhee Lee für die technische Unterstützung. Haftungsausschluss Hinweise auf Unternehmen oder spezifische kommerzielle Produkte sind nicht auszulegen als Empfehlung, Unterstützung oder Begünstigung seitens der Verfasser oder der University of Cincinnati Diese Versuche laufen weiter. Diese bislang gewonnenen Ergebnisse bedürfen noch einer verlässlichen wissenschaftlichen Untermauerung. Activtek erhebt keinerlei Ansprüche auf die Vorteile, die sich aus den Ergebnissen dieser Studie herleiten lassen. Zitierte Literatur:
  16. 16. Zur Prüfung vorgelegt am 8. Juni 2006. Überarbeitetes Manuskript erhalten am 19. September 2006. Angenommen am 20. Oktober 2006

×