深紫外光子灭活技术

近日，厦门大学康俊勇教授、尹君副教授课题组根据致病菌中遗传物质、蛋白质的紫外光吸收特性，开发了一种由275-nm氮化物LED组成的大功率（3.2 W）且辐照均匀的平面光源，能够在1秒内完成对新冠病毒、H1N1流感病毒、金黄色葡萄球菌的有效杀灭。研究的发现对人类社会在寒冷条件下使用深紫外光子消毒具有重要意义。

研究背景

深紫外光（DUV）辐照能够直接破坏致病菌的遗传物质或阻止遗传物质的有效复制，是抑制致病菌传播的一种快速、有效的方式。在新型冠状病毒（SARS-CoV-2）肺炎疫情发生以来，紫外光消毒技术已被运用在空气、表面消毒。然而，病毒变异株（Delta与Omicron）和低温条件对DUV病毒灭杀效果的影响仍然未知。特别是，新冠病毒在低温环境下的存活时间更长，我国相关防疫部门在冷链货物中已多次检测出新冠病毒阳性，多地曾发生“物传人”的本土疫情。因此，探究低温环境下人类呼吸道病毒及其变体灭活的深紫外光子学尤为重要，将助力我国生物安全屏障的建立。

与此同时，随着“水俣公约”的实施，以汞灯为代表的传统紫外光源因对环境的潜在污染，将逐步退出历史舞台。深紫外固态光源有着单一波长、无毒环保、小巧耐用、快速开关、易于集成等优势，代表了未来深紫外光源的发展趋势，具有突出的科研与实用价值。现阶段，深紫外固态光源仍需稳步提升其辐照强度、面积、均匀性，并建立不同温度、表面等场景下光剂量与病菌灭杀的量效关系，从而实现大面积的、高效率的致病菌杀灭。

研究亮点

厦门大学康俊勇教授、尹君副教授课题组根据致病菌中遗传物质、蛋白质的紫外光吸收特性，开发了一种由275-nm氮化物LED组成的大功率（3.2 W）且辐照均匀的平面光源，能够在1秒内完成对新冠病毒、H1N1流感病毒、金黄色葡萄球菌的有效杀灭（常温下，≥99.99%）。

图1 大功率深紫外平面光源。 (a) 氮化物固态光源模组；(b) 光源模组波长及微生物紫外吸收特性；(c) 光源对病菌杀灭效果。

同时，研究团队使用该固态平面光源，探究病毒变异株、低温环境等未知因素对DUV消毒效果的影响。经研究发现，冷冻环境下（如零下50摄氏度），需要显著更高的紫外辐射剂量才能达到室温下相同的致死率。研究团队首次建立了生物光电效应的大弛豫负U模型，以阐述温度因素的影响。指出在低温环境下，DUV激发的电子被活性遗传分子重新捕获回到初始光离子化位置的可能性更高。值得关注的是，由于遗传物质与蛋白质的特性，Omicron需要显著更高的DUV剂量才能达到其它毒株相同的灭杀效果。

图2 新冠病毒紫外光子学灭活的温度依赖特性。

基于实测的消毒数据，研究团队建立了相应的DUV光剂量与灭杀效果的量效关系，为相关从业者快速获取在不同温度下有效杀灭新冠病毒的紫外辐照剂量提供科学依据。这对如何使用DUV来抑制新型冠状病毒肺炎疫情流行具有指导作用，特别是在低温条件下(如食品冷链物流和冬季露天环境)。

图3 不同温度下有效杀灭Omicron毒株的紫外辐照剂量预测模型。 (a)不同杀灭效果所需光剂量；(b) 基于我国1月平均气温，预测露天环境下3-Log所需的光剂量。

该项研究成果首次从遗传物质的光电本质入手，阐述了新冠病毒紫外光子学灭活的温度依赖特性，并揭示了不同新冠病毒变异株的紫外灭活差异性。研究的发现对人类社会在寒冷条件下使用深紫外光子消毒，特别是针对新冠病毒的深紫外光子灭活技术具有重要意义。






审核编辑：刘清