Antibacterial Odor Eliminating Shoe Cabinet Design with UV-C Rays

Abstract

UV-C rays are defined as a special type of ultraviolet radiation within the 100-280 nanometer (nm) wavelength range of the electromagnetic spectrum. These rays are known for their ability to disrupt the DNA and RNA structures of bacteria and fungi, rendering them inactive (Güler & Özer, 2017). Utilizing this effect, the study examines the impact of UV-C exposure on the growth process of Staphylococcus epidermidis, a bacterium commonly found on human skin and known to cause unpleasant shoe odors. As part of this study, two 15W UV-C lamps were used to expose S. epidermidis to UV-C radiation for different durations to assess its effect on bacterial growth. The results were analyzed to determine the effectiveness of UV-C radiation. The experimental groups were subjected to varying UV-C exposure times, and bacterial development was gradually observed. In the first group (1-minute exposure), the second group (5-minute exposure), and the third group (10-minute exposure), bacterial growth was not completely inhibited, but an increase in UV-C exposure time led to a reduction in colony density. While the 10-minute exposure significantly reduced bacterial growth, some bacterial proliferation was still observed. The fourth group, exposed to UV-C radiation for 30 minutes, showed no bacterial growth. This finding demonstrates that 30 minutes of UV-C exposure completely inhibited Staphylococcus epidermidis. The study concludes that UV-C light is an effective sterilization method. This method is expected to not only eliminate shoe odor but also contribute to improved hygiene and public health while providing a valuable addition to the scientific literature.

Keywords

• UV
• UV-C radiation
• Bacteria
• Virus
• Fungal
• Sterilization
• Disinfection
• Shoe cabinet
• Staphylococcus epidermidis

UV-C Işınları ile Anti Bakteriyel Koku Giderici Ayakkabı Dolabı Tasarımı

Abstract

UV-C ışınları, elektromanyetik spektrumun 100-280 nanometre (nm) dalga boyu aralığında yer alan özel bir ultraviyole ışın türü olarak tanımlanmaktadır. Bu ışınların, bakteri ve mantarların DNA ve RNA yapılarını, bozarak onları etkisiz hale getirme yeteneğine sahip olduğu bilinmektedir. (Güler ve Özer, 2017). UV-C ışınlarının bu etkisi kullanılarak insan derisinde bulunan ve özellikle ayakkabıların kötü kokmasına sebep olan S. epidermidis bakterisinin UV-C ışınlarına maruz bırakılıp gelişim süreci incelenmiştir. Bu çalışma kapsamında, iki adet 15W gücünde UV-C lambasının S. epidermidis bakterisinin farklı sürelerle UV-C ışınına maruz bırakılmasının bakteri gelişimi üzerindeki etkisi incelenmiş ve elde edilen bulgular doğrultusunda UV-C ışınının etkinliği değerlendirilmiştir. Deney gruplarında, UV-C maruziyet süresinin bakteriyel gelişim üzerindeki etkisi kademeli olarak gözlemlenmiştir. 1. grup (1 dakika UV-C maruziyeti), 2. grup (5 dakika UV-C maruziyeti) ve 3. grup (10 dakika UV-C maruziyeti) incelendiğinde, bakteri gelişiminin tamamen engellenmediği ancak artan UV-C süresiyle birlikte koloni yoğunluğunun azaldığı belirlenmiştir. 10 dakikalık maruziyet süresi, bakteri gelişiminde belirgin bir azalmaya yol açsa da , hala üreme gözlemlenmiştir. 4. grup ise 30 dakika süreyle UV-C ışınına maruz bırakılan bakterileri içermekte olup, bu grupta herhangi bir bakteri gelişimi gözlenmemiştir. Bu bulgu, 30 dakikalık UV-C ışını maruziyetinin Staphylococcus epidermidis üzerinde tam anlamıyla bakteriyel inhibisyon sağladığını göstermektedir. Bu süre zarfında bakterilerin üremesinin tamamen engellendiği belirlenmiş ve UV-C ışığının etkin bir sterilizasyon yöntemi olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Bu yöntemin, sadece ayakkabı kokusunu gidermekle kalmayıp, genel sağlık ve hijyen koşullarını iyileştiren bir çözüm sunması ve literatüre yeni bir kaynak olması hedeflenmektedir.

Keywords

• UV
• UV-C ışınları
• Bakteri
• Virüs
• Fungal
• Sterilizasyon
• Dezenfeksiyon
• Ayakkabı dolabı
• Staphylococcus epidermidis

References

1. Astrid, F., Zatorska, B., Van den Nest, M., Ebner, J., Presterl, E., & Diab-Elschahawi, M. (2021). The use of a UV-C disinfection robot in the routine cleaning process: A field study in an academic hospital. Antimicrobial Resistance & Infection Control, 10(1), 84. https://doi.org/10.1186/s13756-021-00945-4
2. Badham, J. (2020). UV-C lights the way. The Current. University of California, Santa Barbara. Retrieved from https://news.ucsb.edu/2020/019949/uv-lights-way
3. Bose, B. K. (2002). Modern power electronics and AC drives. Prentice Hall.
4. Brenner, D. (2022). New type of ultraviolet light makes indoor air as safe as outdoors. Columbia University Irving Medical Center. Retrieved from www.cuimc.columbia.edu
5. Çil, E. (2006). UV-C ışın stresinin sera şartlarında yetiştirilen fasulye (Phaseolus vulgaris L. cv. Atlanta) üzerinde bazı morfolojik ve fizyolojik etkilerinin araştırılması. [Yüksek lisans tezi].
6. Erickson, R. W., & Maksimovic, D. (2007). Fundamentals of power electronics. Springer.
7. Fernandez, S. (2020). The power of light. The Current. Retrieved from news.ucsb.edu
8. Güler, M., & Özer, M. (2017). Ultraviyole ışınlarının mikroorganizmalar üzerindeki etkisi. Journal of Health Sciences, 2(2), 12-18.

9. Kassakian, J. G., Schlecht, M. F., & Verghese, G. C. (1991). Principles of power electronics. Addison-Wesley.P
10. Karagöz, B., & Ersoy, İ. (2019). Ultraviyole ışınlarının mikrobiyolojik dezenfeksiyondaki yeri. Journal of Applied Biological Sciences, 13(1), 26-32.
11. Keyser, M., Müller, I. A., Cilliers, F. P., Nel, W., & Gouws, P. A. (2008). Ultraviolet radiation as a non-thermal treatment for the inactivation of microorganisms in fruit juice. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 9(3), 348-354.
12. Kodan, G., & Tınaksız, İ. (2020). Tırnak mantarı enfeksiyonu (Onikomikoz) ve topikal tedavide yararlanımı artırma yöntemleri. Journal of Literature Pharmacy Sciences.
13. Koutchma, T. (2009). Advances in ultraviolet light technology for non-thermal processing of liquid foods. Food and Bioprocess Technology, 2(2), 138-155.
14. Lado, B. H., & Yousef, A. E. (2002). Alternative food-preservation technologies: Efficacy and mechanisms. Microbes and Infection, 4(4), 433-440.
15. Lopes, S. J., de Souza Sant'Ana, A., & Freire, L. (2023). Non-thermal emerging processing technologies: Mitigation of microorganisms and mycotoxins and sensory and nutritional properties maintenance in clean label fruit juices. Food Research International, 112727.
16. McClane, B. A., & Mietzner, T. A. (1999). Microbial pathogenesis. Wiley-Blackwell.
17. Mohan, N., Undeland, T. M., & Robbins, W. P. (2003). Power electronics: Converters, applications, and design. John Wiley & Sons.
18. Perinçek, S. D., Duran, K., Körlü, A. E., & Bahtiyari, M. İ. (2007). Ultraviyole teknolojisi. Textile and Apparel, 17(4), 219-223.
19. Ramos, C. C. R., Roque, J. L. A., Sarmiento, D. B., Suarez, L. E. G., Sunio, J. T. P., Tabungar, K. I. B., Tengco, G. S. C., Rio, P. C., & Hilario, A. L. (2020). Use of ultraviolet-C in environmental sterilization in hospitals: A systematic review on efficacy and safety. International Journal of Health Sciences, 14(6), 52–65.
20. Rashid, M. H. (2016). Power electronics: Circuits, devices & applications. Pearson.
21. Ray, C. G., & Ryan, K. J. (2004). Sherris medical microbiology: An introduction to infectious diseases. McGraw-Hill.
22. Sharma, R. R., & Demirci, A. (2003). Inactivation of Escherichia coli O157: H7 on inoculated alfalfa seeds with pulsed ultraviolet light and response surface modeling. Journal of Food Science, 68(4), 1448-1453.
23. Toprak, E. (2020). Çeşitli mikroorganizmalar için UV-C inaktivasyonu dozlarının floresan ve LED ışık kaynakları ile belirlenmesi. [Yüksek lisans tezi].
24. Zoroğlu, A. (2019). Kapalı yüzme havuzu sularının dezenfeksiyonunda kullanılan venturi ozon sisteminin toksikolojik açıdan incelenmesi. [Yüksek lisans tezi].
25. Park, S.H. & Shin, D.H. & Choi, J.s & Kim, K.H.. (2006). Effective sterilization method of the bacteria-inducing offensive odor of shoes. Korean Journal of Dermatology. 44. 554-560.
26. Torres Teran, Maria & Bennett, Christina & Osborne, Andrew & Cadnum, Jennifer & Wilson, Brigid & Donskey, Curtis. (2022). Effectiveness of ultraviolet-C light treatment of shoes in reducing the transfer of pathogens into patient rooms by shoes of healthcare personnel. Infection Control & Hospital Epidemiology. 44. 1-4. 10.1017/ice.2022.242.
27. Khan, M., McDonald, M., Mundada, K. ve Willcox, M. (2022). Ultraviyole Radyasyonların Koronavirüs, Bakteri, Mantar, Mantar Sporları ve Biyofilme Karşı Etkinliği. Hijyen , 2 (3), 120-131. https://doi.org/10.3390/hygiene2030010
28. Terra Universal. (2023). UVC vs Far-UVC: Analysis of Safety, Applications, and Microbial Effectiveness, https://www.terrauniversal.com/blog/UVC-vs-far-uvc-safety-applications-microbial-effectiveness-germicidal-lights
29. Ultralight. (2021). The science of your smelly base layer. https://www.reddit.com/r/Ultralight/comments/kpyk7f/the_science_of_your_smelly_base_layer/ Lee, Sam-Cheol & Jang, Yong-Seok. (2016). Design of a shoe rack for effective sterilization and deodorization of the shoes contaminated by various bacteria. Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society. 17. 199-206. 10.5762/KAIS.2016.17.6.199.
30. Uvc cleaning systems. Root Cause of Odor When Using UVC Disinfection, https://www.uvccleaningsystems.com/cm/dpl/downloads/articles/16/Root_Cause_of_UVC_Odor.pdf
31. Rashid T, Poblete K, Amadio J, Hasan I, Begum K, Alam MJ, Garey KW. Evaluation of a shoe sole UVC device to reduce pathogen colonization on floors, surfaces and patients. J Hosp Infect. 2018 Jan;98(1):96-101. doi: 10.1016/j.jhin.2017.10.011. Epub 2017 Oct 21. PMID: 29066141.
32. Korkmaz, A., & Tiryaki Gündüz, G. (2018). Meyve ve Sebzelerde UV-C Işık Uygulamaları ile Küf İnhibisyonu. Akademik Gıda, 16(4), 458–469. DOI: 10.24323/akademik-gida.505539
33. Górny, R. L., Gołofit-Szymczak, M., Pawlak, A., Łhaneniczek-Wałczyk, A., Cyprowski, M., Stobbica-Kupiec, A. ... Kowalska, J. (2024). Farklı yüzey yapılı malzemeler üzerinde mikroorganizmaların inaktive edilmesinde UV-C radyasyonunun etkinliği. Ann Agric Environ Med.31, 31(2), 287-293. https://doi.org/10.26444/aaem/1189695