La luz al final de la cabina: radiación UV-C vs COVID-19

México.

En una caja de aluminio, menor a dos metros cúbicos, es posible inactivar el virus que hoy azota a todo el mundo: el SARS-CoV-2, causante de COVID-19. Dentro de ella ocurre una batalla de entre cinco y diez minutos entre la luz ultravioleta C y el material genético de este coronavirus. La ganadora es la luz, una luz al final de la cabina que permite desinfectar equipo de protección personal (EPP) en los hospitales que atienden a pacientes de la pandemia.

A principios del 2020, con la propagación del entonces nuevo coronavirus se extendía la conciencia sobre el uso diario y casi permanente de mascarillas, cubrebocas o barbijos. Probablemente pocas personas se preguntaban: ¿cómo se obtendrían tantas mascarillas para cada uno de los 8 mil millones de habitantes del mundo, especialmente para el personal médico?

Considerando que cada mascarilla es funcional durante unas cuantas horas, la fabricación acelerada fue un reto desde el inicio de la pandemia. Muy pronto, en abril, la Organización Mundial de la Salud advirtió la escasez de EPP derivada de las compras de pánico y el acaparamiento.

Para entonces, la Sociedad Óptica Estadounidense (OSA, por sus siglas en inglés), que promueve la información científica sobre óptica y fotónica en todo el mundo, planeaba mitigar el problema con una propuesta prometedora: crear una cabina que usara luz ultravioleta C (UV-C) para descontaminar EPP que pudiera ser reutilizado.

UN PROYECTO EN 12 PAÍSES

La OSA se enfrentaba a un reto importante: conformar un equipo numeroso y multidisciplinario que construyera las cabinas de descontaminación y las hiciera llegar a varios hospitales públicos de Asia, África y América. 

Por su naturaleza educativa, la OSA lanzó una convocatoria dirigida a estudiantes de los centros de investigación públicos adscritos a la Sociedad. Fue en mayo de 2020 cuando la invitación apareció en el correo electrónico de los líderes de los capítulos estudiantiles. 

“Nos llegó un correo de la OSA, justo y preciso para hacer desarrollos en hospitales públicos con tecnología UV y nos sentimos felices de poder embarcarnos en esta misión”, Andrea Sepúlveda, estudiante de Ingeniería Física y miembro del Capítulo Estudiantil de la OSA en la Universidad de Santiago de Chile.  

Llegaba junio y quienes decidieron participar se reunieron virtualmente con los coordinadores regionales del proyecto; entre ellos se encontraba la mente detrás de la idea original: Thomas Baer, ingeniero del Centro de Investigación en Fotónica de la Universidad de Stanford y Fellow de la OSA. 

“Son doce países (del mundo) para construir más de 20 cabinas UV-C, para la implementación en los hospitales y expandir el equipo de protección personal”, cuenta Nichole Starr, quien trabaja en el Departamento de Cirugía de la Universidad de California en San Francisco, e integra el grupo asesor del proyecto. 

La propuesta consistía en replicar el modelo de cabina propuesto inicialmente por Baer junto con nueve investigadores más del Centro Wellman de Fotomedicina del Hospital General de Massachusetts, de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Vida de la Universidad de Toledo y del Departamento de Cirugía de la Universidad de California en San Francisco.

Se trataba de una cámara rectangular revestida en su interior con papel aluminio convencional que funciona como un espejo capaz de reflejar la UV-C en todas direcciones para garantizar un baño de luz completamente uniforme al EPP, como las mascarillas médicas. 

“Buscaron cómo ensamblar una cabina UV-C de bajo costo que pudiera hacerse con materiales relativamente accesibles, no sofisticados y que se pudiera entregar a todos aquellos países en donde hubiera necesidad de reciclar o reutilizar las mascarillas”, explica Eric Rosas, científico, tecnólogo, divulgador de la ciencia mexicano y miembro Senior de la OSA.

Eric Rosas tuvo a su cargo la coordinación de los llamados ‘capítulos estudiantiles’ de tres países: México, Chile y Perú. 

LA CIENCIA DE LA LUZ PARA DESINFECTAR

Aunque ahora parezca una novedad, la luz ultravioleta ha sido comúnmente utilizada para desinfectar distintos materiales y superficies. “La radiación electromagnética, se usa desde hace mucho tiempo para desinfectar, por ejemplo, el agua que bebemos”, cuenta Eric Rosas.

“Al principio identificamos miedo, incertidumbre y cuestionamientos de parte de la comunidad (médica). Sin embargo, a partir del trabajo que hemos realizado en el laboratorio, hemos logrado respaldar a través de datos e información verídica que esta tecnología sí realiza lo que dice que hace”, cuenta Esteban Donoso, miembro del Capítulo Estudiantil de la OSA de la Universidad de Santiago de Chile y egresado de Ingeniería Física.  

La luz se propaga en el espacio en forma de ondas en las que viajan unas partículas conocidas como fotones. Aunque no todo tipo de luz es perceptible para el ojo humano, sí tiene impacto cuando incide con la materia como es el caso de la ultravioleta y sus tres tipos (UV-A, UV-B y UV-C) que se generan naturalmente por el sol o de forma artificial en un laboratorio altamente especializado porque son dañinos para los seres vivos. 

La luz ultravioleta C tiene longitudes de onda menores a la de la luz visible, desde 400 hasta 10 nanómetros (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro), lo que implica que porta mayor cantidad de energía y por lo tanto es más agresiva que la UV-A y UV-B, puede dañar el material genético (el ADN) e inactivar virus y bacterias. 

Una dosis de un joule de luz UV-C por centímetro cuadrado (1 J/cm2 de UV-C) sería suficiente para inactivar la acción contaminante de numerosos virus y bacterias. En 2018, la séptima revista más citada del mundo, Scientific Reports, de Nature, publicó un artículo titulado Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases, donde demostró que la UV-C es capaz de desactivar virus y bacterias. 

Tres años después, la revista médica JAMA Network Open, publicó una revisión sistemática llamada Filtering Facepiece Respirator (N95 Respirator) Reprocessing, realizada a partir de 42 estudios donde se analizó la desinfección de 43 cubrebocas, concluyeron que la luz ultravioleta UV-C puede desactivar virus y eliminar bacterias.

Otro estudio publicado en 2020 por la Revista Minerva de Investigación Científica, llamado Desinfección  mediante  el  uso  de  luz  UV-C  germicida  en  diferentes  medios como estrategia preventiva ante la COVID-19, analizó información de la Organización Panamericana de la Salud, 20 artículos científicos y libros especializados en desinfección UV-C, y se concluyó que la emisión de luz UV-C puede atacar el ADN de las células. 

“Tiene que estar muy controlada la incidencia de la luz a la parte de materia que tú quieres inhabilitar, en el caso de nosotros se optó por encapsularlos dentro de una cabina cerrada”, explica Eric Rosas, el coordinador del proyecto en Latinoamérica. 

PROTEGER AL PERSONAL MÉDICO

A mediados del 2020 la pandemia no solo se había extendido, también se concentraba en algunos países donde los hospitales estaban al borde del colapso. Fue evidente que la población más expuesta a enfermarse era el personal médico, un fenómeno demostrado por el American Journal of Epidemiology, que en enero del 2021 publicó un análisis de 97 estudios, el artículo titulado COVID-19 in Health-Care Workers: A Living Systematic Review and Meta-Analysis of Prevalence, Risk Factors, Clinical Characteristics, and Outcomes, expuso las altas probabilidades de contagios intrahospitalarios, de 230 398 personas dedicadas a la atención médica, una décima parte tenían un diagnóstico de infección aguda por SARS-CoV-2. 

“Si tienes muchos trabajadores de la salud contrayendo COVID entre ellos porque no tienen la protección adecuada, tu fuerza de trabajo sufrirá y de este modo la comunidad y la sociedad enfrentarán la falta de acceso a los servicios de salud cuando los necesiten”, explica la asesora médica Nichole Starr.

Otro estudio a cargo de investigadores chinos, el Potential Role of Personal Protective Equipment Use in the Protection Against COVID-19 Infection Among Health Care Workers, examinó la salud de 426 trabajadores sanitarios que atendieron pacientes con COVID-19 y concluyó que el basto y correcto uso de Equipo de Protección Personal evitó los contagios intrahospitalarios, un objetivo que también buscan los capítulos estudiantiles de la OSA. 

“Justamente es un problema en particular que estamos teniendo y una propuesta de cabina para descontaminar virus y bacterias a través de la radiación UV vendría muy bien», comenta Argelia Pérez, investigadora del Hospital General de México y beneficiaria de la iniciativa.

LUCES, CABINA Y ACCIÓN

Cada equipo trabajó con base en una guía elaborada por el equipo científico conformado por la OSA y liderado por Thomas Baer, donde se especificaron los lineamientos técnicos, paso por paso, para la construcción de la cabina. “Es como un gabinete de oficina, lo adecuamos, le quitamos el estante de adentro”, explica Nayeli Casillas, estudiante de la maestría en óptica y miembro del Capítulo Estudiantil de la OSA en el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California, México, quien participa en el proyecto. 

El diseño de la cabina busca esencialmente constancia de potencia de luz UV-C y una completa y uniforme irradiancia sobre los cubrebocas. 

Cada vez que un equipo estudiantil lograba un avance en la construcción de las cabinas, hacían contacto anticipado con los hospitales para informar que podrían entregarlas en una fecha aproximada, de manera que hubiera oportunidad de hacer adecuaciones en función de las necesidades de cada lugar. 

Los elementos cruciales para el funcionamiento de las cabinas serían, naturalmente, lámparas germicidas UV-C tubulares, ordenadas en las bandejas superiores e inferiores, conectadas a una fuente de alimentación de energía eléctrica (balastras de 120 voltios) y acomodadas de tal modo que cumplieran con las especificaciones prometidas. 

“Convertimos el módulo en algo más interactivo, como un horno de microondas, donde simplemente programas el tiempo en una pantallita, enciendes y se calienta la comida”, explica Arturo Flores, ingeniero mecatrónico y miembro del Capítulo Estudiantil de la OSA en la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) de Perú.

La cabina, de 91.5 x 198 x 61 centímetros, se cubre de papel aluminio por dentro y se realizan los orificios que darán paso al cableado, “ya vieron que el cableado estaba bien, se ponen las lámparas”, describe Milvia Atlata, estudiante de posgrado en óptica e integrante del Capítulo Estudiantil de la OSA en el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), en León, México.  

Aun cuando los modelos se basaron en una propuesta inicial, cada equipo adaptó su dispositivo a las necesidades de los hospitales, es por eso que en Chile se decidió hacer algunas modificaciones, y se optó por los llamados “Plancha” y “Tótem”. 

La plancha consistía en un equipo portátil de 60 centímetros de largo, con una manilla en su parte superior (de forma muy similar al electrodoméstico) para desinfectar espacios pequeños. El tótem es un dispositivo de forma cilíndrica de una altura aproximada de un metro y medio, para desinfectar áreas amplias como oficinas o cubículos y que integra ruedas para facilitar su traslado.  

Los dispositivos “servirían para desinfectar todo tipo de superficies, podrían ser camillas, podrían ser mesas, o podrían ser aparatos que ellos mismos utilizan, las mismas máscaras faciales que ellos reutilizan”, cuenta Andrea Sepúlveda, estudiante de la Universidad de Santiago de Chile. 

De acuerdo con los cálculos de los estudiantes, los rendimientos de las cabinas ya implementadas en el caso de Perú y México tienen una estimación de entre 5 mil a 7 mil mascarillas desinfectadas diariamente, haciendo trabajar a la cabina sin parar y con una logística adecuada. 

Para cumplir con este desempeño técnico, los estudiantes calibraron la potencia de la luz UV-C. “Nosotros realizamos test de instrumentación como el radiómetro para conocer los valores de irradiancia (la cantidad de energía producida por la luz) de cada instrumento”, dice Esteban Toledo, miembro del Capítulo Estudiantil de la OSA en la Universidad de Santiago de Chile. 

“Con todos esos datos puedes darle al hospital mejores parámetros y protocolos para que ellos puedan utilizarla de la forma más eficiente posible”, explica Ignacio Acevedo, estudiante de la misma universidad. 

Además de las mediciones, los capítulos estudiantiles colocaron un dispositivo de seguridad al interior de la cabina. “Se le pone un switch al gabinete en la parte de arriba que sólo se enciende si está cerrado y es una medida de seguridad técnica que permite que el dispositivo no se active si la puerta está abierta”, Guillermo Pérez, estudiante de física e integrante del Capítulo Estudiantil de la OSA de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

Otro punto clave para salvaguardar la salud del personal que opera las cabinas es una pequeña ventana de material especializado que permite observar el interior y comprobar que todas las lámparas funcionen correctamente, pero impide el paso de la radiación UV-C.

CONSTRUIR EN MEDIO DE LA PANDEMIA 

La pandemia detuvo muchos procesos alrededor del mundo pero la construcción de las cabinas debía seguir su marcha a como diera lugar.

“Gracias al financiamiento de la Fundación de la OSA pudimos sacar adelante el proyecto, pero no por ello estuvimos exentos de retos”, reconoció Victor Cáceres, integrante del Capítulo Estudiantil de la OSA en la UNI de Perú; “tuvimos que adaptar el modelo a los requerimientos de la normativa peruana, requerimos de asesoría profesional y técnica para hacer las mediciones, y por supuesto, tuvimos que lidiar con las limitaciones de la pandemia”.

El primer reto fue impuesto por la distancia y la comunicación en línea. “Quedarnos a distintas horas era muy complicado, las circunstancias por las que hemos pasado, ahora sí que familiares, no nos han permitido que en los tiempos que los demás tuvieran libres, estuvieran libres para mí”, recuerda David García, miembro del Capítulo Estudiantil de la OSA de la Facultad de Ciencias de la UNAM, México.

El siguiente y simultáneo desafío lo dictó el confinamiento. Los capítulos estudiantiles se enfrentaron a la llegada tardía de las lámparas de UV-C, los centros educativos y de investigación optaron por cerrar el acceso a su alumnado, lo que condujo a convertir sus espacios personales en talleres de construcción. 

“Muchos terminaron llevándose los materiales al garaje de la casa de alguno de ellos, o a un taller que les prestaron, o negociaron que las universidades los dejaran entrar”, expresa Eric Rosas. “Durante la pandemia, algunos se tuvieron que mover a sus casas porque ya no podían entrar al laboratorio, otros llevaban clases en línea y el capítulo se quedó sin muchos estudiantes y era difícil para los que nos quedamos armarlos solos”, reconoce Nayeli Casillas, estudiante de Ensenada, México. 

Pese a que contaban con toda la información necesaria para construir las cabinas, la mayoría de los estudiantes consideraba que tenía poca práctica para cortar o unir piezas metálicas, o conectar el cableado de la lámpara. “No era nada sencillo, de hecho, recuerdo haberle dicho a Andrés: mira lo vas a agarrar, tenemos que sujetarlo porque va con fuerza esto”, cuenta Daniel García, estudiante de CDMX, ante la dificultad de realizar tareas de ingeniería. 

Parece poco común pensar que la física puede apoyar a la medicina en la búsqueda de una solución, sobre todo ante una emergencia de esta naturaleza, por lo que no es de extrañar que la travesía de las cabinas incluyera una labor de convencimiento para que los hospitales aceptaran la donación.

“Algunos nos dijeron directamente que no y otros que sí aceptaban la tecnología UV para aplicarla pero que no la podían hacer para la desinfección de mascarillas porque el Instituto de Salud Pública de Chile (ISP) no la tiene validada”, explica Andrea Sepúlveda. 

Una a una, las amenazas se esfumaron en cada paso del proceso, incluso en la etapa final para la entrega de las cabinas. “Primer detalle: el transporte, porque no podíamos transportar el gabinete con todas las lámparas puestas porque se podían romper y si se rompía una, ya no teníamos cabina”, Milvia Atlata.

Y como a cualquiera, el hecho de estar tan cerca de la probabilidad de contagio, les provocó angustia. “Al final cuando fuimos a dejar las cabinas, el miedo de llegar al hospital, pensar que estábamos todo este tiempo en cuarentena, encerrados, que no salíamos casi nada y de repente ir a un hospital, sí era algo que daba un poquito de miedo», confiesa Milvia Atlata.

LUZ PARA LA SOCIEDAD

Para los más de 20 estudiantes que participan en esta misión, un componente fundamental para lograr construirlas y entregarlas es la interdisciplina utilizada para la solución de problemas sociales. “Había llevado cursos de mecánica cuántica y cómo se cuantiza la luz, me di cuenta qué tan importante fue lo que aprendí ahí, y cuando lo aplicamos resultó que hasta aportó a la medicina”, Brayan López, integrante del Capítulo Estudiantil de la OSA en la Universidad Tecnológica de la Mixteca, en Huajuapan, México.

El vínculo entre la ciencia y la sociedad, no siempre sucede de forma inmediata, más aún en un tiempo tan apresurado por las consecuencias de la pandemia. “Nuestro conocimiento, sea cual sea, puede tener cabida en la solución de muchas problemáticas actuales de la sociedad”, asegura Daniel Sánchez, integrante del Capítulo Estudiantil de la OSA en el CIO.

Para algunos de los estudiantes, el hecho de donar estas cabinas no se trata de una acción bondadosa por parte de la ciencia hacia la sociedad, sino, en realidad, de una responsabilidad. “Se utiliza dinero de los impuestos de todos los ciudadanos para promover las investigaciones, yo creo que estos proyectos son muy importantes, porque nos vinculan a la sociedad directamente”, dice Ana Espinosa, integrante del Capítulo Estudiantil de la OSA en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, en Puebla, México. 

“Me alegra mucho llegar a un lugar donde se realiza trabajo, se realiza investigación y desarrollo, y todos remamos hacia el bien común, en este caso salud pública”, Esteban Toledo.

Los capítulos estudiantiles no solo encontraron una manera de usar el conocimiento científico en beneficio directo de la sociedad, su trabajo también representa una oportunidad para que los países y las políticas públicas impulsen proyectos de este tipo a gran escala, de modo que los contagios puedan prevenirse con la desinfección de una luz al final de la cabina.

Por: Evelyn Carolina Ayala, Carlos Antonio Sánchez, Nadia Politis y Daniel Meza * The Optical Society y la Red Mexicana de Periodistas de Ciencia.