紫外LED在物理杀毒灭菌领域 应用尚有多远？？办公大厅的灯

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紫外LED在物理杀毒灭菌领域 应用尚有多远？

2022-03-24    

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　　冠状病毒疾病COVID-19给一样平常生涯带来极大未便，对人类社会发生不能消逝的影响。凭证《新型冠状病毒熏染的肺炎诊疗方案(试行第五版 修正版)》SARS-CoV-2对紫外线和热敏感，紫外线可以有用灭活SARS冠状病毒2。

　　一、 紫外线对致病微生物的灭杀作用

　　当紫外线照射致病微生物时，会损坏微生物机体细胞中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，引起分子链断裂、核酸和卵白的交联破碎，使它失去正常复制到达滋生目的，这是微生物被灭活的机理。

图1 紫外线杀毒原理[1]

　　紫外线对大多数细菌、病毒和原生动物都具有优越的灭活效果，低压汞灯紫外线对微生物的灭活所需剂量见下图2，总体上紫外线对原生动物和细菌的灭活效果最好，而个体病毒对紫外线有较强的抗性，然则由于实验条件差异，缺少规范的紫外剂量确定方式，研究者往往得不出确切的结论。

图2 紫外线对常见微生物的灭活4Log所需剂量[2]

　　二、紫外线差异波段光的作用各异

　　一样平常生涯接触更多的为可见光，包罗：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，其在电子波谱中的位置如图3 所示，这些光谱善加行使将能到达特殊应用效果。UV波段紧邻可见光谱，如图4，按波长局限分为A、B、C三个波段和真空紫外线，其中A波段315~400nm，B波段280~315nm，C波段200~280nm，真空紫外线100~200nm。具有杀毒灭菌作用的紫外线UVC能够完全被大气层吸收，并没有自然UVC射线照射到地球外面。现在一样平常所说的 “紫外杀菌”，其中的有用“成份”就是指通过人造光源(例如UVC LED或汞灯)获得。

图3 电磁波谱中各波段的应用偏向[3]

图4 UV分类及波谱局限[3]

　　三、紫外杀菌消毒到底用哪个波段?多大剂量?

　　紫外线也是光，光的定律仍然适用。光化学定律：

　　(1) 第一定律，光必须被物质吸收才会发生光化学反映。

　　(2) 第二定律，每个光子只能激活一个分子发生反映，光子数(正比反映分子数) ≥ 剂量(正比杀菌量)。

　　(3) 第三定律，被吸收的光子能量必须即是或大于分子中最弱的键。

　　紫外消毒自己是一种物理消毒，能否消毒或者消毒能力有多强，跟光的剂量相关。按光化学第一定律，光必须被物质吸收才气发生光化学反映。确定物质的吸收波长显得尤为主要，尤其是最大吸收波长简直定可以提高病鸩杀灭效率。而传统汞灯的本征波长是253.7nm，此波长是否为特定微生物的最大吸收波长有待商讨。如图5所示，核苷酸和DNA的吸收光谱，从谱图可以看到差异物质对应的最大吸收波长有差异。按光化学第三定律，致病微生物吸收的光能量大于即是最弱键才气到达杀菌消毒的目的。差异波长紫外光对应的光子能量如表1，差异波长对应的光子能量有很大差异，可知确定紫外波长可以有用提升能量行使率。

表1 差异波长对应的光子能量值[1]

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图5 核苷酸和DNA的吸收光谱[4]

　　光化学第二定律指出，光子的吸收是1对1的，光子数(正比反映分子数) ≥ 剂量(正比杀菌量)。要到达有用杀灭致病微生物的目的，需足够的紫外线照射剂量，由于照射剂量的差异紫外线对DNA的损坏形式也有所差异主要有3种形式：

　　1)相邻的嘧啶由共价键的形式形成嘧啶二聚体，这是紫外线最常见的损坏机理;

　　2)由嘧啶的光解产物在DNA链上形成二聚体;

　　3)卵白质和DNA之间形成共价键交联;

　　因此，选择紫外杀毒灭菌产物时的要害参数是紫外灯的波段，最优选择是紫外灯的发光波段与致病微生物的吸收波段一致。紫外线的杀毒效果取决于紫外线的辐射强度和照射时间的乘积即辐照剂量，在应用紫外杀毒产物时照射时长选择显得尤为主要。USEPA2006 美环保局把UVC视为最佳手艺，紫外光敏感度排序从最敏感应最不敏感依次为细菌≈原生动物>大多数病毒>细菌孢子>腺病毒>藻类。254nm波长紫外光到达4Log灭活所需剂量为：原生动物Giardia lamblia(贾第鞭毛虫)<10mJ/cm2，细菌Escherichia coli ATCC 11229(大肠杆菌ATCC 11229)10 mJ/cm2，病毒Hepatitis A(甲型肝炎ssRNA)21 mJ/cm2、Adenovirus Type40(40型腺病毒dsDNA)124 mJ/cm2。

　　正是由于紫外线对病毒灭活的机理和特点，早在2006年，美国环境署颁布的LT2ESWTR条例公布了基于低压254nm紫外线汞灯实验数据，给出差异致病微生物杀灭剂量。而在James R. Bolton, PhD所著《紫外线杀菌手册》一书中提到基于那时的低压紫外线汞灯手艺，难以提供260nm以上有用杀菌实验波长的紫外线光源，以是无260-300nm区间的杀毒灭菌效果实验数据支持。

　　四、结论和建议

　　紫外杀毒灭菌作为物理杀灭方式，其具有特殊优势。

　　高效：原生动物、细菌、病毒、藻类等都可以有用杀灭，只是所需能量巨细差异;

　　无毒：不会带来副产物，不改变总有机物(TOC)、pH值，无侵蚀性;

　　可调：凭证需要使用环境差异，操作(即调高或调低)紫外线辐照剂量相对容易;

　　易用：紫外线装备的占地面积相对较小，通常适合改装到现有装置中(如水处置、中央空调管道、都会管道);

　　快速：即开即用，消毒速率快。

　　据天津中环电子照明公司工程师先容，现在市场能够稳固提供260nm-285nm波长的UVC产物，随同着近年来深紫外LED芯片取得长足生长，UVC LED许多波长产物手艺日趋成熟，为精准波长杀毒灭菌测试提供了可靠的硬件支持。期待业界与疾控部门以及相关研究机构确立协同研究与手艺开发机制，施展各自专长，协同生长，强化信息相同与手艺协作。配合实验，测试差异致病微生物(细菌、原生动物、病毒、细菌孢子、腺病毒、藻类)的最大吸收波长，凭证杀灭环境选择差异波长紫外LED装备杀灭致病微生物;加速推进最佳波长条件下，差异致病微生物的致死剂量测试，完善紫外LED杀毒灭菌的国家尺度，使企业生产有规可依，使紫外LED手艺能早日高效平安应用于疾病防控领域。

　　主要参考文献：

　　[1]极智课堂《晶科电子陈海英：紫外线消毒历史与消毒机理研究》.

　　[2]孙文俊. 饮用水紫外线消毒生物平安性研究[D].清华大学,2010.

　　[3]行家说《UVLED生长白皮书》钻研会.

　　[4]The Ultraviolet Disinfection Handbook.

　　[5]Calgua Byron,Carratalà Anna,Guerrero-Latorre Laura,de Abreu Corrêa Adriana,Kohn Tamar,Sommer Regina,Girones Rosina. UVC Inactivation of dsDNA and ssRNA Viruses in Water: UV Fluences and a qPCR-Based Approach to Evaluate Decay on Viral Infectivity.[J]. Food and environmental virology,2022,6(4).

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