冠狀病毒疾病COVID-19給日常生活帶來極大不便，對人類社會產(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、 紫外線對致病微生物的滅殺作用

　　當(dāng)紫外線照射致病微生物時，會破壞微生物機體細(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理。

　　圖1 紫外線殺毒原理[1]

　　紫外線對大多數(shù)細(xì)菌、病毒和原生動物都具有良好的滅活效果，低壓汞燈紫外線對微生物的滅活所需劑量見下圖2，總體上紫外線對原生動物和細(xì)菌的滅活效果最好，而個別病毒對紫外線有較強的抗性，但是由于實驗條件不同，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，按波長范圍分為A、B、C三個波段和真空紫外線，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)吸收才會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。

　　(2) 第二定律，每個光子只能激活一個分子發(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，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)的吸收波長顯得尤為重要，尤其是最大吸收波長的確定可以提高病毒殺滅效率。而傳統(tǒng)汞燈的本征波長是253.7nm，此波長是否為特定微生物的最大吸收波長有待商榷。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)對應(yīng)的最大吸收波長有差異。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。不同波長紫外光對應(yīng)的光子能量如表1，不同波長對應(yīng)的光子能量有很大差別，可知確定紫外波長可以有效提升能量利用率。

　　表1 不同波長對應(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)相鄰的嘧啶由共價鍵的形式形成嘧啶二聚體，這是紫外線最常見的破壞機理;

　　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之間形成共價鍵交聯(lián);

　　因此，選擇紫外殺毒滅菌產(chǎn)品時的關(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度和照射時間的乘積即輻照劑量，在應(yīng)用紫外殺毒產(chǎn)品時照射時長選擇顯得尤為重要。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≈原生動物>大多數(shù)病毒>細(xì)菌孢子>腺病毒>藻類。254nm波長紫外光達(dá)到4Log滅活所需劑量為：原生動物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。

　　正是由于紫外線對病毒滅活的機理和特點，早在2006年，美國環(huán)境署頒布的LT2ESWTR條例發(fā)布了基于低壓254nm紫外線汞燈實驗數(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》一書中提到基于當(dāng)時的低壓紫外線汞燈技術(shù)，難以提供260nm以上有效殺菌實驗波長的紫外線光源，所以無260-300nm區(qū)間的殺毒滅菌效果實驗數(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。

　　高效：原生動物、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：不會帶來副產(chǎn)物，不改變總有機物(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容易;

　　易用：紫外線設(shè)備的占地面積相對較小，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，目前市場能夠穩(wěn)定提供260nm-285nm波長的UVC產(chǎn)品，伴隨著近年來深紫外LED芯片取得長足發(fā)展，UVC LED很多波長產(chǎn)品技術(shù)日趨成熟，為精準(zhǔn)波長殺毒滅菌測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)研究機構(gòu)建立協(xié)同研究與技術(shù)開發(fā)機制，發(fā)揮各自特長，協(xié)同發(fā)展，強化信息溝通與技術(shù)協(xié)作。共同實驗，測試不同致病微生物(細(xì)菌、原生動物、病毒、細(xì)菌孢子、腺病毒、藻類)的最大吸收波長，根據(jù)殺滅環(huán)境選擇不同波長紫外LED設(shè)備殺滅致病微生物;加快推進(jìn)最佳波長條件下，不同致病微生物的致死劑量測試，完善紫外LED殺毒滅菌的國家標(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)：

　　[1]極智課堂《晶科電子陳海英：紫外線消毒歷史與消毒機理研究》.

　　[2]孫文俊. 飲用水紫外線消毒生物安全性研究[D].清華大學(xué),2010.

　　[3]行家說《UVLED發(fā)展白皮書》研討會.

　　[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,2014,6(4).