Introducción

Bedford (1927) y Gates (1929) fueron los primeros en cuantificar el efecto germicida de los rayos UV. Desde entonces, la luz UV obtenida a partir de vapor de mercurio (longitud de onda mono de 254 nm) es conocida y comúnmente utilizada para descontaminar superficies y agua [1].

Sin embargo, las lesiones producidas por las bajas dosis de rayos UV en el ADN de los microorganismos pueden ser reparadas, lo que representa, para estas lámparas, un primer límite. En segundo lugar, en caso de rotura de una de estas lámparas, el vapor de mercurio emitido es peligroso y tóxico.

¿La alternativa? Una lámpara rellenada con un gas noble, capaz de generar impulsos de rayos UV intensos y cortos. Gracias a estas pocas líneas, podremos remontar la historia de la descontaminación por la luz pulsada.

Desde los años 70 hasta los años 80: exploración 

La luz pulsada, como solución de descontaminación, fue patentada en los años 80 en Japón por Hiramoto y extendida algo más tarde a los Estados Unidos en 1984 [2]. El Resumen de esta patente sigue siendo de actualidad casi 40 años después.

«La presente invención propone un método de esterilización usando una lámpara de flash cuya descarga es capaz de emitir una luz de longitud de ancho espectro, permitiendo la destrucción instantánea de microorganismos, especialmente del Aspergillus Niger y todos los demás organismos de capas inferiores para los que los métodos UV convencionales no son eficaces.»

Fueron citadas varias patentes en la patente de Hiramoto, demostrando, varios años antes, el interés por las lámparas de flash como fuente de descontaminación. Hiramoto sugiere en su documento que la eficacia germicida de estas lámparas proviene de dos efectos:

• la intensidad del impulso UV
• El aumento de la temperatura del microorganismo en un tiempo durante un tiempo muy corto 

En 1977, en Japón, Kira Takehiro [3] estudió y patentó para le empresa USHIO Electric una lámpara de descarga. La combinación de un gas de mercurio y de un gas noble en la lámpara permitió emitir una dosis de rayos UV (entre 200 y 250 nm) más importante que con soluciones convencionales. Sin embargo, su aplicación no era la descontaminación sino la fotolitografía.

En 1976, en los Estados Unidos, Edward Webb, Nikolaos Barakitis y Keith Pigott estudiaron y desarrollaron una lámpara de flash de arco de 36 pulgadas (¡casi 100 cm!). La lámpara fue llenada con gas de mercurio y con un gas noble (argón) y con una pequeña cantidad de Niobio. La idea de esta patente era la de mejorar la estabilidad de estas lámparas de descarga relativamente largas [4].

Todavía en 1976, en la India, Lowell Tensmeyer describió una manera de eliminar microorganismos dentro de un recipiente utilizando rayo láser. Las secuencias de impulsos cortos de láser focalizados (entre 1 µs y 50 ms) en el interior del recipiente conducen al efecto germicida [5]

En 1977, en los Estados Unidos, Daniel Altman, Glidden Barstow y Myer Geller, describen en su patente nº 4035691, los comienzos de la luz pulsada. Una fuente de alta intensidad produce una luz entre 360 nm y 430 nm (UVA). Las lámparas se llenan de gas xenón y gas de mercurio. Los electrodos se suministran con una electrónica para la realización de impulsos de muy alta intensidad [6].

En los años 70 y los años 80 se introdujeron nuevos conceptos: lámpara de descarga, impulso corto (< 500 µs), introducción de gas xenón en lámparas, electrónica permitiendo impulsos de alta intensidad, etc. Este es el comienzo de la descontaminación por luz pulsada.
 

Desde los años 80 hasta los años 90: aplicaciones

En 1986-1987, Los Laboratorios Maxwell y la Startup californiana Alwek Corp. (A. Wekhof) invierten su tiempo en aplicaciones relacionadas con fuentes de UVC de alta intensidad. La colaboración entre las dos entidades permitió la obtención de datos de sobre muchos agentes biológicos [7]. Hoy podemos decir que Los Laboratorios Maxwell y la Startup Alwek Corp han sido el origen de las bases tecnológicas de la luz pulsada para la descontaminación.

En 1988, los Laboratorios Maxwell compraron la patente de Hiramoto y crearon Purepulse Inc con el apoyo financiero y la cooperación científica de Tetrapak. En los años 90, Purepulse ® contribuye, por medio de publicaciones científicas y de patentes, a la mejora de la tecnología. Esto permitió, una vez más, enriquecer los conocimientos sobre la luz pulsada como una solución de descontaminación y aportar nuevas ideas de sobre sus aplicaciones [8].

En 1996, Joseph Dunn (Purepulse ®) propuso el tratamiento de alimentos y de embalajes agroalimenticios por luz pulsada. La combinación entre del tratamiento por luz pulsada y el otro tratamiento (calor, agentes químicos, atmósfera controlada) está explicada en esta patente [9] y conduce a una optimización del efecto germicida.

Todavía en 1996, asistimos a una primera consagración de la descontaminación por la luz pulsada. La tecnología es adoptada por la estadounidense Food and Drug administration (FDA) para su aplicación en agroalimentaria [10]. El tratamiento completo no debe exceder los 12 julios/cm ², lo que es, para los que están familiarizados con esta tecnología, particularmente alto y suficiente.

Purepulse ® continuará con sus actividades de investigación sobre las aplicaciones de luz pulsada en 1998 y 1999. Se presentarán otras dos patentes para la esterilización de envases por luz pulsada [11], [12], [13].

En paralelo, Alexander Wekhof, previamente en los Estados Unidos con su Startup Alwek Corp, creó en 1996 la compañía Wek-Tek (en la actualidad llamada Steribeam) en Alemania. El objetivo era desarrollar los sistemas de UV pulsados. Asociado con unos colegas del Fraunhofer Institut en 1999-2000, su trabajo conduciría a varias publicaciones científicas citadas, en la actualidad, ampliamente en todo el mundo [14].

Desde los años 2000: comercialización

Desde los años 2000, han surgido numerosos proyectos y negocios. Entre todos los mercados que han surgido, algunos han sido patentados, otros han sido publicados en revistas científicas.

Para concluir, la tecnología de luz pulsada, aunque todavía considerada como una tecnología emergente ¡basada en casi 50 años de investigación! Pero, quedémonos tranquilos, esta tecnología todavía tiene maravillosos años por delante.

[1] Emerging technologies for food processing, edited by Da-Wen Sun

https://books.google.fr/books?id=mgJ0AwAAQBAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false

[2] Method of sterilization, Tatsumi Hiramoto, US4464336

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=4464336A&KC=A&FT=D&ND=3&date=19840807&DB=EPODOC&locale=en_EP

[3] Discharge lamp, Kira Takeihiro, US4190786

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=4190786A&KC=A&FT=D&ND=4&date=19800226&DB=EPODOC&locale=en_EP

[4] Ultraviolet emitting arc discharge lamp, Edwar Webb, Nikolaos Barakitis and Keith Pigott, US4074166

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=4074166A&KC=A&FT=D&ND=4&date=19780214&DB=EPODOC&locale=en_EP

[5] Method of killing microorganisms in the inside of a contained utilizing a laser beam induced plasma, Lowell Tensmeyer, US3955921. https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/claims?CC=US&NR=3955921A&KC=A&FT=D&ND=4&date=19760511&DB=EPODOC&locale=en_EP

[6] Pulsed laser excitation source, Altman et al., US4035691

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=4035691A&KC=A&FT=D&ND=4&date=19770712&DB=EPODOC&locale=en_EP

[7] Disinfection with Flash Lamp, 2000, Alexander Wekhof

https://www.researchgate.net/publication/12392395_Disinfection_with_flash_lamp

[8] High pulsed voltage systems for extending the shelf life of pumpable food products, Andrew Bushnell, Joseph Dunn, Reginald Clark, 1989 WO9015547

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=WO&NR=9015547A1&KC=A1&FT=D&ND=5&date=19901227&DB=EPODOC&locale=

[9] Pulsed light treatment of food products and packagings materials, Joseph Dunn, 1994, US19940927

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=WO&NR=9015547A1&KC=A1&FT=D&ND=5&date=19901227&DB=EPODOC&locale=

[10] FDA, Pulsed light for the treatment of food, Title 21, Volume 3, 21CFR179.41, Aug 15, 1996

https://www.accessdata.fda.gov/scripts/cdrh/cfdocs/cfcfr/CFRSearch.cfm?fr=179.41

[11] Parametric control in pulsed light sterilization of packages and their contents, Reginald Clarkk, James Lierman, Donald Lander, joseph Dunn, for PurePulse, US5925885

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=5925885A&KC=A&FT=D&ND=3&date=19990720&DB=EPODOC&locale=en_EP

[12] Sterilization of packages ad their contents using high-intensity, short-duration of incoherence, polychromatic light in a broad spectrum, Reginald Clarkk, James Lierman, Donald Lander, Joseph Dunn, US578698

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=5786598A&KC=A&FT=D&ND=3&date=19980728&DB=EPODOC&locale=en_EP

[13] parametric control in pulsed light sterilization, Reginald Clarkk, James Lierman, Donald Lander, Joseph Dunn, US6566659

https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=US&NR=6566659B1&KC=B1&FT=D&ND=3&date=20030520&DB=EPODOC&locale=en_EP

[14] https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/en/article/news/steribeam-systems-tailor-made-pulsed-uv-applications/