冠狀病毒疾病COVID-19給日常生活帶來極大不便，對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生不可磨滅的影響。根據(jù)《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版 修正版)》SARS-CoV-2對(duì)紫外線和熱敏感，紫外線可以有效滅活SARS冠狀病毒2。

　　一、 紫外線對(duì)致病微生物的滅殺作用

　　當(dāng)紫外線照射致病微生物時(shí)，會(huì)破壞微生物機(jī)體細(xì)胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，引起分子鏈斷裂、核酸和蛋白的交聯(lián)破裂，使它失去正常復(fù)制達(dá)到繁殖目的，這是微生物被滅活的機(jī)理。

　　圖1 紫外線殺毒原理[1]

　　紫外線對(duì)大多數(shù)細(xì)菌、病毒和原生動(dòng)物都具有良好的滅活效果，低壓汞燈紫外線對(duì)微生物的滅活所需劑量見下圖2，總體上紫外線對(duì)原生動(dòng)物和細(xì)菌的滅活效果最好，而個(gè)別病毒對(duì)紫外線有較強(qiáng)的抗性，但是由于實(shí)驗(yàn)條件不同，缺少規(guī)范的紫外劑量確定方法，研究者往往得不出確切的結(jié)論。

　　圖2 紫外線對(duì)常見微生物的滅活4Log所需劑量[2]

　　二、紫外線不同波段光的作用各異

　　日常生活接觸更多的為可見光，包括：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，其在電子波譜中的位置如圖3 所示，這些光譜善加利用將能達(dá)到特殊應(yīng)用效果。UV波段緊鄰可見光譜，如圖4，按波長(zhǎng)范圍分為A、B、C三個(gè)波段和真空紫外線，其中A波段315~400nm，B波段280~315nm，C波段200~280nm，真空紫外線100~200nm。具有殺毒滅菌作用的紫外線UVC能夠完全被大氣層吸收，并沒有天然UVC射線照射到地球表面。目前日常所說的 “紫外殺菌”，其中的有效“成份”就是指通過人造光源(例如UVC LED或汞燈)獲得。

　　圖3 電磁波譜中各波段的應(yīng)用方向[3]

　　圖4 UV分類及波譜范圍[3]

　　三、紫外殺菌消毒到底用哪個(gè)波段?多大劑量?

　　紫外線也是光，光的定律仍然適用。光化學(xué)定律：

　　(1) 第一定律，光必須被物質(zhì)吸收才會(huì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。

　　(2) 第二定律，每個(gè)光子只能激活一個(gè)分子發(fā)生反應(yīng)，光子數(shù)(正比反應(yīng)分子數(shù)) ≥ 劑量(正比殺菌量)。

　　(3) 第三定律，被吸收的光子能量必須等于或大于分子中最弱的鍵。

　　紫外消毒本身是一種物理消毒，能否消毒或者消毒能力有多強(qiáng)，跟光的劑量相關(guān)。按光化學(xué)第一定律，光必須被物質(zhì)吸收才能發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。確定物質(zhì)的吸收波長(zhǎng)顯得尤為重要，尤其是最大吸收波長(zhǎng)的確定可以提高病毒殺滅效率。而傳統(tǒng)汞燈的本征波長(zhǎng)是253.7nm，此波長(zhǎng)是否為特定微生物的最大吸收波長(zhǎng)有待商榷。如圖5所示，核苷酸和DNA的吸收光譜，從譜圖可以看到不同物質(zhì)對(duì)應(yīng)的最大吸收波長(zhǎng)有差異。按光化學(xué)第三定律，致病微生物吸收的光能量大于等于最弱鍵才能達(dá)到殺菌消毒的目的。不同波長(zhǎng)紫外光對(duì)應(yīng)的光子能量如表1，不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光子能量有很大差別，可知確定紫外波長(zhǎng)可以有效提升能量利用率。

　　表1 不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光子能量值[1]

　　圖5 核苷酸和DNA的吸收光譜[4]

　　光化學(xué)第二定律指出，光子的吸收是1對(duì)1的，光子數(shù)(正比反應(yīng)分子數(shù)) ≥ 劑量(正比殺菌量)。要達(dá)到有效殺滅致病微生物的目的，需足夠的紫外線照射劑量，由于照射劑量的不同紫外線對(duì)DNA的破壞形式也有所不同主要有3種形式：

　　1)相鄰的嘧啶由共價(jià)鍵的形式形成嘧啶二聚體，這是紫外線最常見的破壞機(jī)理;

　　2)由嘧啶的光解產(chǎn)物在DNA鏈上形成二聚體;

　　3)蛋白質(zhì)和DNA之間形成共價(jià)鍵交聯(lián);

　　因此，選擇紫外殺毒滅菌產(chǎn)品時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)是紫外燈的波段，最優(yōu)選擇是紫外燈的發(fā)光波段與致病微生物的吸收波段一致。紫外線的殺毒效果取決于紫外線的輻射強(qiáng)度和照射時(shí)間的乘積即輻照劑量，在應(yīng)用紫外殺毒產(chǎn)品時(shí)照射時(shí)長(zhǎng)選擇顯得尤為重要。USEPA2006 美環(huán)保局把UVC視為最佳技術(shù)，紫外光敏感度排序從最敏感到最不敏感依次為細(xì)菌≈原生動(dòng)物>大多數(shù)病毒>細(xì)菌孢子>腺病毒>藻類。254nm波長(zhǎng)紫外光達(dá)到4Log滅活所需劑量為：原生動(dòng)物Giardia lamblia(賈第鞭毛蟲)<10mJ/cm2，細(xì)菌Escherichia coli ATCC 11229(大腸桿菌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。

　　正是由于紫外線對(duì)病毒滅活的機(jī)理和特點(diǎn)，早在2006年，美國(guó)環(huán)境署頒布的LT2ESWTR條例發(fā)布了基于低壓254nm紫外線汞燈實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出不同致病微生物殺滅劑量。而在James R. Bolton, PhD所著《紫外線殺菌手冊(cè)》一書中提到基于當(dāng)時(shí)的低壓紫外線汞燈技術(shù)，難以提供260nm以上有效殺菌實(shí)驗(yàn)波長(zhǎng)的紫外線光源，所以無260-300nm區(qū)間的殺毒滅菌效果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。

　　四、結(jié)論和建議

　　紫外殺毒滅菌作為物理殺滅方式，其具有特殊優(yōu)勢(shì)。

　　高效：原生動(dòng)物、細(xì)菌、病毒、藻類等都可以有效殺滅，只是所需能量大小不同;

　　無毒：不會(huì)帶來副產(chǎn)物，不改變總有機(jī)物(TOC)、pH值，無腐蝕性;

　　可調(diào)：根據(jù)需要使用環(huán)境不同，操作(即調(diào)高或調(diào)低)紫外線輻照劑量相對(duì)容易;

　　易用：紫外線設(shè)備的占地面積相對(duì)較小，通常適合改裝到現(xiàn)有裝置中(如水處理、中央空調(diào)管道、城市管道);

　　快速：即開即用，消毒速度快。

　　據(jù)天津中環(huán)電子照明公司工程師介紹，目前市場(chǎng)能夠穩(wěn)定提供260nm-285nm波長(zhǎng)的UVC產(chǎn)品，伴隨著近年來深紫外LED芯片取得長(zhǎng)足發(fā)展，UVC LED很多波長(zhǎng)產(chǎn)品技術(shù)日趨成熟，為精準(zhǔn)波長(zhǎng)殺毒滅菌測(cè)試提供了可靠的硬件支持。期待業(yè)界與疾控部門以及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)建立協(xié)同研究與技術(shù)開發(fā)機(jī)制，發(fā)揮各自特長(zhǎng)，協(xié)同發(fā)展，強(qiáng)化信息溝通與技術(shù)協(xié)作。共同實(shí)驗(yàn)，測(cè)試不同致病微生物(細(xì)菌、原生動(dòng)物、病毒、細(xì)菌孢子、腺病毒、藻類)的最大吸收波長(zhǎng)，根據(jù)殺滅環(huán)境選擇不同波長(zhǎng)紫外LED設(shè)備殺滅致病微生物;加快推進(jìn)最佳波長(zhǎng)條件下，不同致病微生物的致死劑量測(cè)試，完善紫外LED殺毒滅菌的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，使企業(yè)生產(chǎn)有規(guī)可依，使紫外LED技術(shù)能早日高效安全應(yīng)用于疾病防控領(lǐng)域。

　　主要參考文獻(xiàn)：

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