Met ultraviolet licht uit leds kun je het coronavirus bestrijden. Maar zo simpel als commerciële aanbieders het nu presenteren, ligt het niet, concludeert professor Guoqi Zhang. Over de noodzaak van een gedegen wetenschappelijke basis en over de potentie van leds in medische toepassingen.
Van UV-C licht is bekend dat het virussen en bacteriën effectief en snel kan doden. Logisch dus dat de gedachten bij het begin van de corona-crisis vrij snel uitgingen naar de inzet van UV-C (ultraviolette straling met een golflengte tussen de 100 en 280 nanometer, net als UV-B en UV-A niet meer zichtbaar voor het menselijke oog). Wellicht dat UV-C kon worden ingezet om bijvoorbeeld oppervlakken te ontdoen van het virus en misschien ook wel om lucht te reinigen. Inmiddels bieden ook veel commerciële partijen producten aan die claimen dit te doen.
Maar zo simpel ligt het helaas niet, vertelt professor Guoqi Zhang van de Delftse faculteit EWI. Zhang is expert op het gebied van (medische toepassingen van) licht en richtte zich al meteen vanaf het begin van de coronacrisis op deze methode.
Leds
‘Voor we het over de bestrijding van het virus hebben, eerst wat over leds’, zegt Zhang. ‘Want die zijn cruciaal. Van UV-C licht was al wel bekend dat het desinfecterend werkt, maar de toepassing van UV-C in andere lichtbronnen dan leds is vrij bulky, onhandig om te gebruiken en er zitten bovendien gevaarlijke stoffen in die andere lampen. Je moet dus naar led-technologie.’
‘Voor alle duidelijkheid, de ontwikkeling van de UV-C led is niet door ons gedaan. We hebben er in Delft wel enigszins aan bijgedragen, maar de technologie is de afgelopen jaren door de wetenschap en industrie ontwikkeld. Led-technologie is 15 jaar geleden echt in een stroomversnelling gekomen. Ik heb vóór mijn tijd in Delft lang bij Philips gewerkt en heb daar de beginfase van de commercialisatie van leds van dichtbij meegemaakt. In die tijd werkte iedereen in de industrie aan leds om lampen te vervangen, in general lighting dus, maar ik zag meteen dat er meer mogelijk was met leds. Je kunt ze ook gebruiken in de landbouw, om maar wat te noemen, of in datacommunicatie, maar dan heb ik het over golflengtes van boven de 480 nanometer. Bij hogere frequenties kom je in het UV-gebied en daar liggen voor leds onder meer medische toepassingen.’
‘Maar men focuste in de industrie in het begin van de ontwikkeling dus nog vooral op zichtbaar licht; voor UV-C leds vond de echte industrialisatie pas in de laatste vijf jaar plaats.’
Covid
Dan naar UV-C en covid. Je ziet inmiddels, als je even zoekt, heel veel commerciële UV-C producten waarvan wordt geclaimd dat ze het virus kunnen doden. Zhang is daar sceptisch over. ‘Aan het begin van het jaar, toen ik inzag dat we hier wat mee moesten doen, kon niemand wetenschappelijk aantonen óf en vooral hoe UV-C dit virus kon doden. Belangrijk is vooral om uit te zoeken welk “recept” je precies nodig hebt. Dan heb ik het bijvoorbeeld over wat de goede afstand is van de lichtbron tot het virus, of over welk vermogen je nodig hebt. Wat is de benodigde lichtintensiteit, wat is de relatie met de productie van ozon? Wat is de rol van de temperatuur; hoe lang moet je bestralen, een halve minuut of twee minuten? En hoeveel procent van het virus dood je eigenlijk? En je wilt weten welke golflengte het beste werkt. Is dat 260 nanometer, of bijvoorbeeld 280?’
Begin van het jaar kon niemand wetenschappelijk aantonen óf en vooral hoe UV-C dit virus kon doden
‘Dat waren allemaal wetenschappelijke vragen waar niemand het antwoord op had. Dat zijn wij vervolgens als eersten gaan uitzoeken, samen met de afdeling van professor Ron Fouchier, viroloog van Erasmus MC in Rotterdam. We hadden twee doelen. Het eerste doel was het creëren van een testplatform voor systematisch virologisch onderzoek. Het tweede doel was om met deze tool het optimale recept te bepalen voor de bestrijding van het virus met UV-C. Als we dat weten, kunnen we de industrie immers vertellen wat ze precies moeten ontwikkelen om de beste effecten te krijgen.’
Vroeg
‘Ik ben erg tevreden over de samenwerking met Erasmus MC. Ron is Afdelingshoofd en dus ontzettend druk, maar hij maakte gewoon tijd voor ons. We begonnen hier al mee voordat corona echt serieus toesloeg in Nederland. Ik kom zelf uit China en kwam midden januari terug van een zakenreis daarheen. Je zag kort daarna het virus in China exponentieel groeien. Ik heb toen meteen een e-mail gestuurd naar de leiding van TU Delft. We moesten extra opletten want het was bijna Chinees Nieuwjaar, een moment waarop veel studenten en staf vanuit Delft naar China zouden kunnen gaan. We moesten dus maatregelen nemen om onze mensen te beschermen.’
‘Maar tegelijkertijd dacht ik: we kunnen ook research gaan doen en we gebruiken onze kennis van led-technologie. Ron zei meteen: kom maar langs, dan gaan we praten. Dus dat is echt bottom-up verlopen, maar snel daarna kwam er ook financiële steun voor ons onderzoek vanuit het COVID-19 Response Fund. Dat was geen enorm bedrag, maar het hielp ons wel degelijk; een officiële procedure zou veel te lang hebben geduurd.’
Dag en nacht
‘We hebben drie masterstudenten en een promovendus gevraagd of ze interesse hadden en die hebben meteen toegehapt. Ze hebben er dag en nacht er aan gewerkt. We hebben inmiddels aangetoond dat onze test set-up werkt, maar een probleem is wel dat we niet zomaar met het corona-virus mogen werken, om veiligheidsredenen. Dus Fouchier heeft voorgesteld om eerst met influenza-virussen te testen omdat we verwachten dat die erg lijken op covid. Als het testplatform met influenza werkt, zou het met covid ook moeten werken. De definitieve versie van de wetenschappelijke set-up hebben we in het eerste kwartaal van 2021 en we hopen zo snel mogelijk met het echte virus te kunnen gaan testen.’
‘We doen overigens niet alleen experimenteel onderzoek, maar een promovendus is ook bezig met het maken van simulaties op dit gebied. En een afstudeerder gaat nog door met het project om het testplatform verder te professionaliseren. Misschien kan het platform op termijn ook commercieel dienst gaan doen.’
Breder dan covid
Covid is niet het enige medische onderwerp dat met licht kan worden aangepakt, is de vaste overtuiging van Zhang. Zo is hij bijvoorbeeld in een Europees project bezig met het stimuleren van de beweging van het hart met behulp van LCE’s (liquid crystal elastomers). En er wordt met Leiden UMC samengewerkt op het gebied van optogenetica.
‘Een belangrijk probleem is hartfibrillatie. Het idee met Leiden is om het hartweefsel te injecteren met een virus waardoor het lichtgevoelig wordt. Normaal reguleer je een ongezond hart met een pacemaker, dus met stroomstootjes, maar die aansturing zou ook met licht kunnen gebeuren, als het hartweefsel eenmaal lichtgevoelig is gemaakt. We kunnen daar een implanteerbaar apparaat voor ontwikkelen. Dit zou voor de patiënt veel prettiger werken.’
‘Dit is heel boeiend onderzoek, maar we staan nog echt aan het begin. We hebben er al wel wetenschappelijk over gepubliceerd, maar voordat het echt toegepast zou kunnen worden, zijn we wel een hele tijd verder.’
‘Veel van deze medische toepassingen komen binnen bereik door de ontwikkeling van led-technologie. Hierdoor kunnen de lichtbronnen en apparatuur immers ontzettend klein worden gemaakt. We werken aan micro- leds die kleiner zijn dan 10 micrometer; een haar is al 80 micrometer dik!’
