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    研究表明,UVC可以殺死空氣中99.9%的新冠病毒

    2021-12-20


    研究證實(shí):UVC 紫光可殺死空氣中99.9%的冠狀病毒

     

    近日,美國哥倫比亞大學(xué)的研究人員在Nature子刊Scientific Reports在線(xiàn)發(fā)表了一篇名為《  Far-UVC light (222nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses》的研究論文(點(diǎn)附件下載),中文譯名是《遠紫外線(xiàn)(222 nm)可有效安全地殺死空氣中冠狀病毒》。研究證明,far-UVC 222 nm的紫外線(xiàn)可以殺死出現在空氣飛沫中的逾99.9%的季節性冠狀病毒。

     

    據該研究的領(lǐng)導作者、哥倫比亞大學(xué)迷走神經(jīng)內科和外科醫學(xué)院教授、哥倫比亞大學(xué)歐文醫學(xué)中心放射研究中心主任大衛·布倫納(David Brenner)博士表示:“根據我們的研究成果,在目前的監管限制內通過(guò)C波段遠紫外線(xiàn)進(jìn)行持續的空氣消毒,可能會(huì )大幅降低人類(lèi)居住的室內環(huán)境中經(jīng)空氣傳播的病毒水平?!?/span>

     

    這項研究的論文于6月24日發(fā)表在《科學(xué)報告(Scientific Reports)》期刊上。

    研究論文發(fā)表在《科學(xué)報告(Scientific Reports)》

     

    論文中所指的“Far-UVC” 它屬于UVC的一部分,波長(cháng)范圍是207納米~222納米。它可以穿透微生物的遺傳物質(zhì)并破壞遺傳物質(zhì)的鍵,阻止其復制,從而對物體和空氣進(jìn)行消毒。但是,它無(wú)法穿透眼睛的淚液層或者皮膚外圍的死細胞層,不會(huì )到達或者損傷體內活細胞,所以不會(huì )導致皮膚癌或白內障。簡(jiǎn)單說(shuō),它對人類(lèi)安全,但可以殺死細菌。

     

    之前的研究中,研究人員其實(shí)已經(jīng)展示過(guò)C波段遠紫外線(xiàn)可以安全地殺死經(jīng)空氣傳播的流感病毒。這篇新論文則將他們之前的研究拓展到季節性冠狀病毒,這些冠狀病毒在結構上與引起新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)相似。

     

    這項研究中,研究人員使用了一個(gè)噴霧裝置來(lái)氣溶膠化兩種常見(jiàn)的冠狀病毒。然后,氣溶膠中含有的冠狀病毒在C波段遠紫外線(xiàn)燈前的空氣中流動(dòng)。在氣溶膠暴露于C波段遠紫外線(xiàn)之后,研究人員通過(guò)測試來(lái)觀(guān)察有多少病毒仍然存活。

    該設備用于測試C波段遠紫外線(xiàn)殺滅經(jīng)過(guò)空氣傳播的冠狀病毒的效果。

    (圖片來(lái)源:哥倫比亞大學(xué)放射研究中心)

     

    研究發(fā)現,暴露的病毒逾99.9%都被非常低劑量的C波段遠紫外線(xiàn)殺死。研究人員基于這些研究成果估計,在目前的監管限制內持續暴露于遠紫外線(xiàn)將在約8分鐘內殺死90%經(jīng)空氣傳播的病毒,約11分鐘內殺死95%,約16分鐘內殺死99%,約25分鐘內殺死99.9%。

     

    冠狀病毒對于遠紫外線(xiàn)的敏感程度表明,在有人的室內公共場(chǎng)所使用頭頂的遠紫外線(xiàn)燈,顯著(zhù)降低冠狀病毒以及流感病毒等其他病毒人傳人的風(fēng)險,是可行且安全的。冠狀病毒對UVC的敏感性表明,在有人居住的室內公共場(chǎng)所位于頭頂上方的UVC紫外線(xiàn)燈可能是可行和安全的,可以顯著(zhù)降低冠狀病毒以及流感等其他病毒在人與人之間傳播的風(fēng)險。

     

    在另一項正在進(jìn)行的研究中,研究人員們測試了C波段遠紫外線(xiàn)對于經(jīng)空氣傳播的新型冠狀病毒的效力。初步數據表明,遠紫外線(xiàn)燈對殺滅新型冠狀病毒同樣有效。

    (圖片來(lái)源:Fusion Medical Animation)

     

    布倫納表示:“遠紫外線(xiàn)并不能區分冠狀病毒的類(lèi)型,所以我們期望它能以同樣的方式殺死新型冠狀病毒。因為新型冠狀病毒主要通過(guò)咳嗽和打噴嚏在空氣中形成的飛沫和氣溶膠傳播,所以一個(gè)可以安全滅活空氣中冠狀病毒的工具顯得非常重要,特別是附近有人的情況下。

     

    布倫納繼續說(shuō)道:“因為可以在有人的空間例如醫院、公交車(chē)、飛機、火車(chē)、火車(chē)站、學(xué)校、餐館、辦公室、劇院、健身房以及任何人們可以聚集的室內場(chǎng)所安全使用,所以C波段遠紫外線(xiàn)可以配合其他措施使用,例如戴口罩或者洗手,來(lái)限制新型冠狀病毒以及其他病毒的傳播。

     

    雖證實(shí)有效,關(guān)于紫外線(xiàn)殺菌消毒還是要看!

     

    根據電磁波譜中波長(cháng)劃分:紫外線(xiàn)(Ultraviolet)是指電磁波譜中波長(cháng)從(10納米~400納米)輻射的總稱(chēng),波長(cháng)介于可見(jiàn)光和X射線(xiàn)之間,對于肉眼來(lái)說(shuō)不可見(jiàn)。

     

    1801年,德國物理學(xué)家里特發(fā)現在日光光譜的紫端外側一段能夠使含有溴化銀的照相底片感光,從而發(fā)現了紫外線(xiàn)。紫外線(xiàn)可以用來(lái)滅菌,但是過(guò)多的紫外線(xiàn)進(jìn)入人體會(huì )造成皮膚癌和白內障等疾病。

    摘自:浙江大學(xué)教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外線(xiàn)劑量和光生物安全評價(jià)》報告

     

    紫外線(xiàn)可根據波長(cháng)不同可分為四個(gè)區域:長(cháng)波紫外線(xiàn)簡(jiǎn)稱(chēng)UVA,波長(cháng)320納米~400納米;中波紫外線(xiàn)簡(jiǎn)稱(chēng)UVB,波長(cháng)280納米~320納米;短波紫外線(xiàn)簡(jiǎn)稱(chēng)UVC,波長(cháng)200納米~280納米;真空紫外線(xiàn)簡(jiǎn)稱(chēng)UVD,波段波長(cháng)100納米~200納米。

     

    其中,長(cháng)波紫外線(xiàn)(UVA)對衣物和人體皮膚的穿透性遠比中波紫外線(xiàn)要強,可達到真皮深處,并可對表皮部位的黑色素起作用,從而引起皮膚黑色素沉著(zhù),使皮膚變黑,因而也稱(chēng)為“長(cháng)波黑斑效應紫外線(xiàn)”。

     

    中波紫外線(xiàn)(UVB)的極大部分都被皮膚表皮所吸收,不能滲入皮膚內部。但由于其能量較高,可對皮膚產(chǎn)生強烈的光損傷,被照射部位真皮血管會(huì )產(chǎn)生擴張,皮膚可出現紅腫、水泡等癥狀,因而也稱(chēng)為“中波紅斑效應紫外線(xiàn)”。

     

    短波紫外線(xiàn)(UVC)具有消毒滅菌作用,也稱(chēng)為“C波段紫外線(xiàn)”或者“短波滅菌紫外線(xiàn)”。其穿透能力最弱,無(wú)法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外線(xiàn)幾乎完全被臭氧層吸收。短波紫外線(xiàn)對人體傷害很大,短時(shí)間照射即可灼傷皮膚,長(cháng)期或高強度照射還會(huì )造成皮膚癌或者白內障等疾病。

     

    傳統的短波滅菌紫外線(xiàn)(波長(cháng)254納米)可用于給空病房或空地鐵車(chē)廂等無(wú)人空間消毒。但是,在有人空間中直接暴露在這些傳統紫外線(xiàn)燈下是不行的,因為這樣可能會(huì )有損健康。

     

    摘自:浙江大學(xué)教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外線(xiàn)劑量和光生物安全評價(jià)》報告

     

    浙江大學(xué)教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外線(xiàn)劑量和光生物安全評價(jià)》報告中也曾介紹,光輻射對人體健康影響的光譜范圍:200(180)nm至3000nm。益處是產(chǎn)生維生素D3、釋放一氧化氮保護心臟;害處就是容易得白內障、皮膚癌、皮膚老化等。

     

    光的波段是中性,其影響取決于如何應用,紫外線(xiàn)的平衡應用非常重要,這其中,劑量非常關(guān)鍵。一天當中,紫外線(xiàn)的劑量有不同的變化,對人的影響不同,也需要根據情況采取不同的保護措施。

     

    UVC深紫外線(xiàn)對人體是否有傷害,怎么防護?

     

    UVC深紫外線(xiàn)對人體是否有傷害,怎么防護?湖北深紫科技有限公司市場(chǎng)總監陳景文在關(guān)于《深紫外線(xiàn)殺滅新冠病毒劑量調研綜述與深紫外LED‘淘氣三千問(wèn)’》中講述到:這是一個(gè)比較經(jīng)典的問(wèn)題,UVC深紫外對人體皮膚危害不大,但對人體眼睛傷害較大。典型UVC-LED波長(cháng)275 nm的紫外光幾乎97%以上會(huì )被人體皮膚角質(zhì)層吸收,99.9%以上被角質(zhì)層和表皮層吸收,極少一部分光會(huì )打到真皮層。

     

    紫外線(xiàn)只有作用到真皮層才會(huì )引起皮膚細胞癌變。所以通常認為UVC紫外線(xiàn)對人體皮膚影響不大。當然嬰兒皮膚,包括部分人體皮膚角質(zhì)層更薄,對UVC紫外線(xiàn)的抵抗力也就更差。人體眼睛沒(méi)有角質(zhì)層保護。UVC紫外線(xiàn)直射將導致晶狀體、角膜病變。因此禁止人眼直視點(diǎn)亮的UVC-LED燈珠。

     

    光的波長(cháng)越短穿透能力越差,這是光的波粒二象性決定的。當然具體到物質(zhì),還跟吸收有關(guān)。UVC深紫外線(xiàn)對人體有傷害嗎?一個(gè)最省事兒的回答是,有,不要暴露在UVC紫外線(xiàn)中。但其實(shí)這中間存在很大的誤區,就是UVA,例如365、385、395對人體皮膚傷害是很大的,因為這個(gè)波長(cháng)紫外線(xiàn)能穿透到人體的真皮層,引發(fā)皮膚細胞癌變。

    摘自:湖北深紫科技有限公司陳景文博士 《深紫外線(xiàn)殺滅新冠病毒劑量調研綜述與深紫外LED‘淘氣三千問(wèn)’》

     

    UVC紫外線(xiàn),例如275nm,在成人表皮中的傳播深度淺的多。在穿透角質(zhì)層后,97%以上的能量都會(huì )被吸收,最終穿透到真皮層的能量連0.1%都沒(méi)有。所以,準確來(lái)講,UVC深紫外對人體皮膚危害不大,沒(méi)有角質(zhì)層的人眼則危險的多。當然,再弱的光長(cháng)期照射對人體也是有傷害的。

     

    陳景文博士也提醒大家:所以不盲目懼怕UVC深紫外線(xiàn),因為短時(shí)間皮膚照射傷害可以忽略;也不要以身試險,盯著(zhù)LED看肯定會(huì )導致眼部受傷。

     

    早已被認可,紫外線(xiàn)主要破壞細菌病毒的DNA鏈條

     

    早在疫情之初,中國科學(xué)院半導體所研究員、山西中科潞安紫外光電科技有限公司副總經(jīng)理閆建昌就針對《疫情防控與深紫外LED技術(shù)》給大家普及了很多知識點(diǎn)。報告中指出,從大家已知的殺菌消毒的方式里,可有很多有效的方法。包括直接高溫殺毒,用75%比例的酒精等。此外,紫外線(xiàn)殺菌消毒也是明確被認可的,紫外殺菌消毒從原理上來(lái)說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題,但是需要注意兩點(diǎn),能夠起到殺滅冠狀病毒或者殺菌消毒作用的紫外線(xiàn),首先需要紫外線(xiàn)的波長(cháng)合適,叫做適宜的波段。同時(shí)也需要紫外線(xiàn)的能量要足夠,也就是紫外線(xiàn)的劑量要足夠。

     

    從第五版新型冠狀病毒的診療方案中,我們可以看到,使用強度大于每平方厘米90微瓦的紫外線(xiàn)照射光照密度30分鐘??梢詺鏢ARS病毒,而新型冠狀病毒與SARS病毒有很多的相似性。同屬于單股正鏈RNA病毒,所以理論上科學(xué)合理使用紫外線(xiàn),可以有效滅活冠狀病毒。但要注意,這里紫外線(xiàn)需要達到一定的強度,而且需要達到一定的時(shí)間。實(shí)際上,如果說(shuō)照射的強度很大的話(huà),時(shí)間也可以大大縮短。

     

    紫外殺菌并不是特別新鮮的事情,迄今為止,已經(jīng)有近百年的歷史。早在1903年,Niels Ryberg Finsen利用紫外線(xiàn)實(shí)現治療皮膚病,發(fā)表相關(guān)專(zhuān)著(zhù),并獲得了諾貝爾生理和醫學(xué)獎,歷史已久。

     

    閆建昌研究員表示:“紫外線(xiàn)之所以能夠實(shí)現高效的殺滅病毒病菌,主要是從根本上通過(guò)破壞DNA來(lái)滅菌。因為紫外線(xiàn)的光子能量非常高,可以破壞細菌病毒的DNA鏈條,而從根源上來(lái)殺滅細菌、病毒?!?/span>

    摘自:中國科學(xué)院半導體所研究員、山西中科潞安紫外光電科技有限公司副總經(jīng)理閆建昌

    《疫情防控與深紫外LED技術(shù)》報告

     

    不同波段紫外線(xiàn)對于細菌,病毒的殺滅效果是有差別的。傳統用的紫外汞燈可能是253.7或者254納米的,實(shí)際上最有效的波段可能不止是在254納米。根據目前最新的研究結果,在264納米附近,紫外線(xiàn)的殺菌效果可能會(huì )更高?;谶@個(gè)原理,可以說(shuō)紫外線(xiàn)具有廣譜殺菌的特點(diǎn),不管是細菌類(lèi)、病毒類(lèi)還是水藻類(lèi),孢子類(lèi)等各種微生物,殺滅效果都是非常顯著(zhù)的,效率非常高。相比于其他殺菌方式,紫外線(xiàn)殺菌有一個(gè)好處就是照完之后,關(guān)掉紫外線(xiàn)就沒(méi)有了,沒(méi)有化學(xué)過(guò)程的參與和污染。

     

    紫外線(xiàn)如果要實(shí)現有效的殺菌消毒,需要足夠的能量,包括要足夠的照射強度和足夠的時(shí)間,同時(shí)需要合適的波段。根據波長(cháng),從長(cháng)到短,紫外波段分為UVA、UVB和UVC,其中UVC是波長(cháng)最短,能量最高的一個(gè)波段,我們經(jīng)常稱(chēng)其為深紫外波段。實(shí)際上,對于殺菌消毒,真正最有效的就是UVC。

    摘自:中國科學(xué)院半導體所研究員、山西中科潞安紫外光電科技有限公司副總經(jīng)理閆建昌

    《疫情防控與深紫外LED技術(shù)》報告

     

    關(guān)于UVC深紫外線(xiàn)殺滅新型冠狀病毒劑量的探討

     

    關(guān)于劑量標準,行業(yè)流傳一條名言:不談劑量,就是耍流氓!

     

    牟同升教授在上文提到過(guò):“光的波段是中性,其影響取決于如何應用,紫外線(xiàn)的平衡應用非常重要,這其中,劑量非常關(guān)鍵?!?/span>

     

    深紫外UVC-LED的有效照射距離是多遠?有專(zhuān)業(yè)人士曾介紹到,深紫外UVC-LED的有效照射距離不是定值,取決于光功率、光傳播介質(zhì)、“有效”的定義標準。雖然沒(méi)有定值,但可以根據應用場(chǎng)景已知信息去估計有效距離,距離1.22米下, 8.9×105 pfu/mL濃度MERS病毒的殺滅所需時(shí)間分別為5min。

     

    張國華研究員曾表示,殺菌的有效波段來(lái)看,波長(cháng)應該在240nm-280nm之間,汞燈的紫外主要波長(cháng)是254nm,紫外LED的波長(cháng)一般常用的在275nm。有研究指出,265nm波段殺菌最有效,不過(guò),從實(shí)踐研究來(lái)看,254nm與275nm的殺菌效果在一個(gè)量級,不分上下。目前新型冠狀病毒橫行,研究實(shí)踐發(fā)現,殺滅新型冠狀病毒,殺菌率:99.99%,需要的劑量為1445 mJ/cm2。

    摘自:湖北深紫科技有限公司市場(chǎng)總監陳景文

    《深紫外線(xiàn)殺滅新冠病毒劑量調研綜述與深紫外LED‘淘氣三千問(wèn)’》

     

    后來(lái),根據國內外幾篇文獻資料,有人也綜述了新型冠狀病毒劑量的致死劑量,TCID50初始濃度約105.8 /mL的2019-nCoV新型冠狀病毒NCP的99.99%紫外致死劑量為1445 mJ/cm2。但是通過(guò)光功率密度乘以時(shí)間計算出來(lái)的。后來(lái)Bolb的張劍平博士指出了一個(gè)重要的細節,那就是這個(gè)SARS的測試場(chǎng)景是高度25px的水溶液,用表面的4016 強度來(lái)計算整個(gè)溶液的照射劑量是不準確的。

     

    輻照強度跟距離的平方呈反比,那么溶液底部和頂部的輻照強度是不一樣的,如果計算累積劑量,應該取線(xiàn)性平均值;LED是小平光源近似點(diǎn)光源,被照射面的分布也不是均勻的,但考慮到25px范圍內波動(dòng)較小,影響不大, 這里可近似平均。水溶液對UVC的吸收,前面提到純水對275nm的吸收是比較少的,病毒分散的密度也有限。先不考慮水的吸收,在對深度積分后,鄭重地將致死劑量修正為1085mJ/cm2,供各位行業(yè)同仁參考使用。

     

    需要注意的是,“致死劑量"的實(shí)驗光源來(lái)源于低壓汞燈,其值尚難以指導UVC LED滅菌實(shí)踐。針對不同波長(cháng)紫外線(xiàn)的致死劑量,是全行業(yè)面臨且需要解決的問(wèn)題,而不是看DNA吸收譜。


    //文章來(lái)源網(wǎng)絡(luò ),圖片來(lái)源見(jiàn)解釋


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