1 INTRODUCCIÓN

Es innegable el hecho de que en los últimos 10 años la tecnología ha dado un salto generacional, cambiando el estilo de vida de todas las personas que tengan acceso a la tecnología. Así mismo permite facilitar y hacer más eficaz la resolución de problemas en las diferentes áreas como en la salud.

De forma abrupta el año 2020 marcó un antes y un después en muchos aspectos la pandemia del COVID-19, donde, se vio forzado el cambio de los hábitos de limpieza, desinfección, distanciamiento físico, aislamiento, entre otros. De la misma forma la educación tuvo que adaptarse a las circunstancias, tomando la modalidad virtual. Sin embargo, a pesar de la implementación de diferentes herramientas virtuales, para facilitar y mejorar la calidad de enseñanza, está comprobado que no se llega a reemplazar la experiencia del conocimiento sobre todo práctico de forma presencial. La experiencia juega un factor muy importante, el poder tener un contacto real y experimentar con los diferentes componentes es lo que crea un conocimiento aplicado y práctico, cuestión que simuladores no pueden llenar a cabalidad.

La denominada "nueva normalidad" es una realidad, que cada vez se está más cerca de lo que se solía considerar normal, sin embargo, la vuelta a clases de forma definitiva es aún algo incierto pero muy necesario para ciertas áreas.

Dada la necesidad de retornar a las clases y los laboratorios a realizar prácticas presenciales se desea aportar con un proyecto basado en datos científicos que permita la desinfección del ambiente empleando luz ultravioleta (UV-C) así reducir el riesgo de contagio y brindar confianza a los estudiantes como a los docentes a la hora de asistir a la casa de estudios.

Asimismo, para prevenir contagios del COVID-19, se han implementado protocolos de bioseguridad, en entidades públicas, privadas y académicas, como es el caso de la Universidad Católica Boliviana San Pablo Sede Cochabamba. De igual manera, las industrias de fármacos desarrollaron vacunas en tiempo record.

Está ampliamente demostrado que las vacunas para el COVID-19 en sus diferentes dosis de aplicación, tienen efectos positivos para contrarrestar los efectos letales de la enfermedad. En la comunidad universitaria (estudiantes, docentes y administrativos) de la UCB se tiene un porcentaje mayor al 90% de personas vacunas con algunas de las dosis.

El presente trabajo de investigación tiene por objetivo implementar un prototipo de sistema de desinfección contra el COVID-19 mediante luz UV-C para el retorno a clases presenciales en la Universidad Católica Boliviana San Pablo Sede Cochabamba.

2 ANTECEDENTES

El virus COVID-19 puede propagarse a través de pequeñas partículas líquidas expulsadas por una persona infectada por la boca o la nariz al toser, estornudar, hablar o respirar. Las partículas tienen diferentes tamaños, desde las más grandes, llamadas «gotículas respiratorias», hasta las más pequeñas «aerosoles» (^{OMS, 2021}).

El virus también puede propagarse en espacios interiores mal ventilados y/o concurridos, donde se suelen pasar largos periodos de tiempo. Ello se debe a que los aerosoles permanecen suspendidos en el aire o viajan a distancias superiores a un metro (distancia larga). También es posible infectarse al tocar superficies contaminadas por el virus y posteriormente tocarse los ojos, la nariz o la boca sin haberse lavado las manos (^{OMS, 2021}).

A 30 de septiembre de 2021, los casos de COVID-19 en Bolivia se han visto disminuidos con un promedio de 301 casos en 7 días. En el departamento de Cochabamba se reportaron 82 casos nuevos. Una notable diferencia respecto a la cantidad de casos existente hace 6 meses. Por lo tanto, de seguir la tendencia de disminución de casos, el retorno a clases presenciales es inminente (al menos en materias que requieran prácticas, laboratorios) la gestión posterior a la presente.

Para poder asistir de forma presencial a clases, es necesario tomar medidas de prevención contra el contagio y la propagación del virus, entre las opciones de desinfección se tienen los siguientes elementos:

▪ El ozono: producido por los generadores de este, puede inhibir el crecimiento de algunos agentes biológicos y partículas virales, sin embargo, es poco probable que descontamine completamente el aire, a menos que las concentraciones sean lo suficientemente altas que podrían ser un problema para la salud de las personas presentes (INSST, 2020).

Aún no se dispone de evidencias sobre su eficacia viricida frente al nuevo coronavirus SARS CoV-2, por lo que no se puede concluir sobre su utilidad en la prevención del contagio. Su elevada toxicidad multiorgánica por vía inhalatoria obliga a evitar la exposición de personas. Puede ser explosivo a concentraciones altas (> 240 g/m3), haciendo necesario extremar las precauciones en el uso de los sistemas de generación (Consejo General de Colegios de Farmacéuticos).

▪ El alcohol: demostraron la eficacia desinfectante del alcohol al 70% (p/v), directamente aplicado en superficies contaminadas (^{Graziano, et al. 2013}). Sin embargo, es inflamable y de rápida evaporación. En el caso del laboratorio, la aplicación de alcohol para desinfectar puede ser dañina para ciertos equipos y componentes.

▪ El amonio cuaternario: este compuesto mataría al SARS- CoV-2, y mataría bacterias. La recomendación es no usar estos elementos en exceso y preferir siempre el agua y jabón si se tienen a mano para controlar el SARS-CoV-2 (^{Olivares, et al. 2020}).

Hay que considerar que, para eliminar el virus, el líquido debe tener un tiempo mínimo de acción (usualmente sobre los tres minutos), (^{Alvarado, et al. 2020}).

De la misma manera que el alcohol, su aplicación puede dañar equipos y componentes.

▪ El cobre: conocido mundialmente por sus características bactericidas ya que al liberar iones logra eliminar diferentes tipos de microorganismos, siendo el material que posee el mayor espectro de acción antimicrobiana, a lo que se suma sus capacidades antivirales. La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA), aseguró en 2008 que las superficies de cobre eliminan el 99,9% de los patógenos bacterianos después de 2 horas de exposición, lo cual demuestra la efectividad de las propiedades antibacterianas del cobre.

La nebulización ambiental de fracción micrométrica con Nanopartículas de Cobre garantiza la dispersión del agente sanitizante por todo el lugar con especial énfasis en las zonas de mayor riesgo, eliminando los microorganismos presentes (^{RENTOKIL, 2020}).

El departamento de Seguridad y Medio Ambiente encargado de las medidas de bioseguridad de la Universidad Católica Boliviana Sede Cochabamba ha optado por este método de desinfección, adquiriendo termo nebulizadores para su uso de desinfección con Nanopartículas de Cobre.

▪ La luz ultravioleta: su eficacia de desinfección es dependiente de varios factores, tales como la potencia de la radiación, su distancia al objeto a ser irradiado, la presencia de zonas que el UV no llega directamente, presencia de proteínas u otros elementos que absorben UV, etc. Pese a sus limitaciones puede ser un excelente método para la inactivación del virus del COVID-19 (^{Costa Da Cunha, et al. 2020}).

No deben utilizarse lámpara de luz ultravioleta (UV) para desinfectar las manos u otras zonas de la piel, esto causa una irritación en la piel y en los ojos (OMS, 2020).

De acuerdo con Toche (et al. 2021), la desinfección UV-C funciona incluso si los patógenos ya han desarrollado resistencia a otros métodos convencionales, como el alcohol o los antibióticos; funciona en todos los microorganismos independientemente si son bacterias comunes, como E. Coli, o en virus como el SARS, H1N1 legionella, moho o SARS-CoV-2.

El efecto de la UV-C implica daño sobre la estructura de ADN de cualquier microorganismo que este en un rango aproximado, por lo tanto, la distancia de la luz germicida es un factor clave para garantizar la inactivación microbiana (^{Vargas, et al. 2019}).

Según ^{Kowalski, (et al. 2014)}, la efectividad germicida es proporcional a la dosis de exposición, la cual esta expresada en milijulios por centímetro cuadrado [mJ/cm2]. Es el producto de la tasa de dosis (irradiancia, miliwats por centímetro cuadrado mW / cm2) y tiempo. Existe una relación no lineal entre la exposición a los rayos UV-C y la eficacia germicida. Es decir, si una determinada exposición a los rayos UV inactiva al menos el 90% de una población bacteriana, duplicar el tiempo o la intensidad de la exposición puede inactivar el 90% del 10% de microorganismos restantes, para una eficacia germicida general del 99%.

Para el retorno a clases presenciales, en la Universidad Católica Boliviana Sede Cochabamba se determinaron las siguientes medidas de bioseguridad para sus ambientes.

▪ Aforo.- El Aforo es la capacidad máxima de personas que pueden permanecer simultáneamente en espacios abiertos o cerrados. Considerando la pandemia y que más del 90% de la comunidad universitaria (según informes de encuestas internas) cuenta con una o dos dosis de la vacuna contra el COVID-19, se acondicionarán los ambientes internos (aulas, salas de reuniones, auditorios, biblioteca, y otros) al 80 % de su capacidad para prevenir contagios y diseminación del COVID-19.

▪ Desinfección.- Personal de la universidad y de limpieza la empresa VJ Clean de forma diaria realizan la desinfección y limpieza de aulas, oficinas, laboratorios y ambientes abiertos respectivamente.

Personal de bioseguridad de la universidad realiza la desinfección de ambientes con Termonebulizador y producto Nanopartículas de Cobre una a dos veces por semana en los predios de Tupuraya, Laboratorios de la ex Normal, Fundación Sedes Sapientiae, Post Grado y Facultad de Teología (^{UCB, 2021}).

3 Metodología

4 RESULTADOS

Para las pruebas se utilizó en un principio el laboratorio de electrónica en la Universidad Católica Boliviana "San Pablo", recordando las dimensiones de dicho ambiente y empleando la calculadora proporcionada por el fabricante OSRAM, se determina el tiempo de funcionamiento del sistema (ver Figura 7).

La interfaz gráfica cuenta con 2 pestañas; en la primera se puede realizar el encendido y apagado de la lámpara, así como visualizar el estado de esta; el led cambiará a color turquesa si la lámpara está encendida y un color gris claro si se apaga la misma, en caso de que se detecte movimiento la lámpara se apagará y se mostrará un mensaje en el apartado de "Estados" dentro de la interfaz gráfica. En la segunda pestaña se puede programar el tiempo de desinfección, introduciendo la hora y fecha de inicio y de fin del proceso de desinfección.

A continuación, en las Figura 8 y 9 se aprecia el funcionamiento de la interfaz gráfica.

En el caso de que se detecte movimiento en el ambiente durante el proceso de desinfección se muestra el mensaje dentro la interfaz gráfica y la notificación en el bot de Telegram. Se puede ver en la Figura 9.

La segunda pestaña en la interfaz gráfica permite introducir el tiempo, con horas y minutos y un espacio para introducir la fecha con formato de dd/mm/aa. Así mismo dos botones, para ingresar los valores o para cancelarlos. Esto para establecer el tiempo de funcionamiento de la lámpara o en su defecto programar el día y la hora para que se realice la desinfección. La Figura 10 muestra la pestaña 2 desde un dispositivo móvil.

El bot de Telegram, lleva por nombre "UVC Bot", se encarga de notificar acerca del estado de la lámpara, además de poder enviar comandos (/ON /OFF) para encender o apagar la misma. Y notificar si se detectó algún movimiento durante la desinfección. Su funcionamiento se observa en la Figura 11.

Para poder verificar que se tiene incidencia de la luz UV-C en las superficies se hace uso de las tiras de papel fotosensible para la comprobación rápida, las cuales cambian su tonalidad según reciban dicha luz.

Se adhirieron las tiras en diferentes superficies y a diferentes distancias de la lámpara. Esto se puede ver en la Figura 12.

Programados los 28 minutos y con los papeles fotosensibles ubicados, se cierra el ambiente e inicia la desinfección. En la Figura 13 se puede observar al módulo de desinfección en funcionamiento.

Una vez concluido el tiempo de desinfección se procede a tomar muestras con el hisopo estéril para posteriormente ser llevados a un laboratorio clínico para su análisis. La toma de muestras post desinfección se observan en la Figura 14.

Una vez culminado el proceso de desinfección se evidencia el cambio de tonalidad de los papeles fotosensibles, aquellos que se encontraban ubicados más próximos a la lámpara presentan una tonalidad más oscura, a diferencia de los que se encontraban más alejados que no llegan a presentar cambios muy notorios. Se puede apreciar el cambio de color de los papeles en la Figura 15.

Los niveles de incidencia de la luz UV-C se miden en mJ cm^{- 2}, para poder determinar el valor obtenido con la tonalidad del papel fotosensible se emplea la siguiente guía de comprobación que proporciona el fabricante UVPS.

Una vez concluido el proceso de desinfección, se evidencia el cambio de tonalidad de los papeles fotosensibles, guiándose en el gráfico clave de las tiras de comprobación rápida, se puede asegurar que en el punto donde más incidencia tuvo la luz UV-C, (pizarra), se llegó a tener un valor de hasta 400 mJ cm^-2 y en el punto con menos incidencia (sillas y mesón del fondo) se obtuvo un valor de hasta 100 mJ cm^-2. Demostrando que se llega a cubrir varias superficies y espacios de forma satisfactoria; a pesar de haber realizado la prueba con prácticamente la luz del sol directa.

Los resultados de la toma de muestras de superficie demoran entre 24 a 48 h. Debido a que la Universidad emplea un método de desinfección mediante Nanopartículas de Cobre, se evidencia que en la superficie existe una desinfección vigente. Sin embargo, se tiene un análisis satisfactorio, comprobando la eficacia del uso de la luz UV-C en la desinfección de ambientes. Los resultados posteriores al proceso de desinfección se encuentran en el reporte de ensayo del análisis clínico, los cuales son los siguientes.

Entre los parámetros analizados se tienen bacterias Coliformes y E. Coli, teniendo como resultado valores de presencia cero sobre las superficies. En el caso de las partículas virales, para su análisis se requiere de una toma de muestras con métodos de cultivo, lo cual demanda una cantidad de tiempo de espera mayor, sin embargo, los resultados serían totalmente similares.

5 CONCLUSIONES

En base a las pruebas realizadas se puede comprobar el correcto funcionamiento del sistema, sin embargo, para poder tener una desinfección efectiva se debe considerar el tiempo de funcionamiento de la lámpara (determinado mediante la calculadora del fabricante) y la dimensión del ambiente. Es necesario posicionar el módulo de desinfección en diferentes puntos para así cubrir por completo el espacio.

Las pruebas con papel fotosensible son de gran utilidad por la rapidez de los resultados, no obstante, se verifican los resultados mediante pruebas más complejas como son las de laboratorio.

Para poder trasladar el módulo de desinfección y que este sea totalmente portátil basta con desconectar los cables del relé electromecánico. Es primordial contar con una regleta de al menos dos entradas, para alimentar el módulo (lámpara y microcontrolador).

Ante experiencia propia, es primordial el tema del cuidado a la salud, se debe evitar la exposición directa a la luz UV- C ya que puede causar lesiones graves, sobre todo a la vista. En este sentido, el módulo de seguridad cumple un rol fundamental. El sensor PIR HC-SR501 no decepcionó, siendo capaz de detectar movimientos a distancias de hasta 6 metros y de poca intensidad.

Una observación que se tiene es el tema del cableado para el funcionamiento de la cerradura eléctrica, ya que es necesario contar con una gran extensión de cables, debido a que el módulo de desinfección debe realizar el proceso en al menos 2 puntos del ambiente para dar una cobertura suficiente y así realizar una desinfección efectiva.

Para el usuario, ya sea administrador o responsable, le es muy sencillo operar el sistema desde interfaz gráfica teniendo todo el control desde la misma, el bot sirve de respaldo y es de mucha utilidad en cuanto a las notificaciones.

6 RECOMENDACIONES

Para la implementación final del sistema propuesto como prototipo se consideran las siguientes observaciones:

El funcionamiento de la cerradura eléctrica demanda una gran extensión de cable por lo que se recomienda buscar una alternativa wireless, la cual facilitaría el traslado del módulo de desinfección.

Se recomienda la integración de un segundo módulo de desinfección capaz de mantener conexión con la instancia E2C, es decir ser controlado de la misma forma que el módulo de desinfección del presente proyecto y con la capacidad de leer el estado del otro módulo. Así agilizar el proceso de desinfección cubriendo dos puntos de forma simultánea y aportar escalabilidad al sistema.

Dentro del panel de la interfaz gráfica se recomienda añadir la opción de una bandeja que permita diferenciar el ambiente por su nombre, así llevar seguimiento de los ambientes en proceso de desinfección

Se recomienda mantener distancia cierta entre los módulos relé, ya que al ser accionados pueden generar un rebote de voltaje provocando que algunos sensores tomen ese cambio como una variación y den falsas mediciones.

Como alternativa innovadora se recomienda la integración de un sensor LiDAR u otro capaz de medir distancias, así crear relaciones y determinar el área total de la superficie a desinfectar, agilizando los cálculos, obteniendo el tiempo necesario para una desinfección efectiva y así se automatiza más el proceso.

En el caso de pasar el prototipo a un producto final, el servicio de nube gratuito caducará en 1 año, por lo tanto, se recomienda adquirir el servicio bajo la modalidad de instancias por demanda o el plan Savings Plans que varían de precio según el requerimiento del sistema. Otra opción, es la de implementar un servidor local para el sistema, así se tiene el servicio de nube dentro de la Universidad.

Para que este módulo deje de ser un prototipo y pueda convertirse en un sistema final se requiere la implementación de un control de seguridad más automatizado, capaz de alertar y prevenir la exposición directa a la luz, sin la intervención de un encargado responsable.