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正确认识杀菌消毒神器—深紫外LED

2020年的鼠年春节因为新型冠状病毒的肆虐,注定将成为全国人民最刻骨铭心的一个春节。截止3月22日,新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的感染者已累计确诊1亿多人,累计死亡2900多人。新冠疫情让“消毒”成为高频词汇,75%浓度的酒精、84消毒液、免洗洗手液等消毒方式一次次被提及。

 

在国家卫健委发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》中提到“病毒对紫外线和热敏感”,紫外线杀菌消毒也因此一跃成为当前的热点。紫外杀菌消毒在过去往往只是作为医院等特殊场景的杀菌消毒方式,广大消费者对紫外杀菌消毒还比较陌生。

 

那么,紫外线是如何杀死细菌和病毒的?紫外杀菌消毒有什么特点?有哪些注意事项?深紫外LED为何被称为杀菌消毒神器?各国对于这一产业的布局情况如何?本文就将为读者揭开深紫外LED的神秘面纱。

 

一、 紫外杀菌消毒的原理

 

紫外杀菌近期已经有很多文章进行了科普,这里还是重申三点:

 

第一,紫外线按照波长划分,可以分为UVA长波紫外线(波长范围315–400 nm)、UVB中波紫外线(波长范围280 – 315 nm)、UVC短波紫外线(波长范围200 – 280 nm)以及VUV真空紫外线(波长范围10 – 200 nm)。其中UVA长波紫外线也经常被称为近紫外线,UVC短波紫外线经常被称为深紫外线。

 

第二,紫外线是一种诱变剂,在特定的波长范围(主要是UVC)以及足够高的剂量下,紫外线能够引起细菌和病毒等微生物细胞中的DNA或RNA相邻嘧啶分子间形成异常的化学键,阻碍DNA或RNA的复制,从而造成微生物细胞死亡。深紫外LED即通过发出UVC波长的深紫外线达到杀菌消毒的效果。

 

第三,非典时期中国疾病预防控制中心的研究人员发现,使用强度大于90uW/cm2的深紫外线照射冠状病毒60分钟,可以灭杀SARS病毒。新型冠状病毒和SARS病毒类似,同属于单股正链RNA病毒,因此理论上科学合理地使用紫外线可以有效灭杀新型冠状病毒。

二、 紫外杀菌消毒的特点

 

紫外杀菌消毒主要有以下几个特点:

 

(1) 杀菌消毒效率高:美国食品药品监督管理局卫生评估与研究中心研究表明,在特征波长254nm、辐射强度4016uW/cm2的紫外光源照射下,SARS病毒在6分钟后灭杀率可达到99.99%。相比于加热消毒在75摄氏度下需要45分钟才能灭杀SARS病毒,紫外杀菌消毒的效率要高出许多。

 

(2) 杀菌广谱性:由于紫外线是直接对细菌和病毒的DNA和RNA起作用,因此在目前所有的杀菌消毒方式中,紫外线杀菌消毒的广谱性最高,对几乎所有细菌和病毒都能高效率灭杀。

 

(3) 无二次污染:常用的次氯酸钠消毒液对环境有危害,会造成水体污染,其所释放出的游离氯有可能引起中毒。相比之下,紫外线可以致使细菌和病毒直接死亡,没有其它化学污染物产生。但要注意尽量避免使用波长小于243nm的紫外线而产生臭氧。

 

三、 紫外LED的优势

 

目前用于杀菌消毒的紫外光源主要有两种:传统汞灯和深紫外LED。相比于传统汞灯的诸多缺点,深紫外LED具有明显的政策优势和技术优势。

 

传统汞灯的缺点:

 

(1) 外形笨重,尺寸较大,并配有高压电。

 

(2) 启动时间长,无法做到即开即用。

 

(3) 易碎,使用寿命短,高达90%的使用寿命消耗在频繁的开关阶段。

 

(4) 剧毒,破裂后会造成汞泄漏,污染环境,严重危害人体健康。

 

深紫外LED的政策优势:全球128个国家签署的《联合国水俣公约》已于2017年8月在中国正式生效,条约明令各国从2020年起禁止生产及进出口各种含有汞的制品,传统汞灯将被禁止生产和销售。我国政府先后颁布了《中国严格限制的有毒化学品名录》和《优先控制化学品名录(第一批)》等系列政策文件,对汞的管控提出明确要求。作为传统汞加工制造和汞污染大国,中国政府积极践行《水俣公约》要求。虽然,用于固化和杀菌的紫外汞灯还不在今年主要管制之列,但是从长远来看,正如在通用照明领域LED替代传统光源是必然趋势,作为绿色环保的新型紫外固态光源的深紫外LED,将是传统紫外光源–汞灯的唯一替代选择。而随着《水俣公约》的生效以及深紫外LED自身技术不断进步,深紫外LED将迎来其产业规模的快速增长。

 

深紫外LED的技术优势:在各种不同的杀菌消毒方式中,只有深紫外LED同时具备节约能源、即开即用、节省空间、免除维护、无毒无害、寿命长、无刺激性气味等优异特性。相比于其它杀菌消毒方式,深紫外LED具有明显的技术优势。

 

四、 新冠肺炎疫情对紫外LED产业的影响

 

细菌和病毒存在于人类生活的各个角落,但是只要不引起严重的健康问题,人们对杀菌消毒的关注并不多,甚至还有人抱持着“不干不净,吃了没病”的不健康的生活理念。再加之紫外线和细菌都是看不见摸不着的,消费者对于紫外线杀菌消毒的效果很难有直观的感受。因此在此次疫情发生之前,深紫外LED的市场推广一直面临比较大的困难。

 

此次疫情极大地提高了人们对紫外杀菌消毒的认知,对深紫外LED的市场培育起到了促进作用。一旦终端消费市场被打开,必将自下而上带动整条深紫外LED产业链的发展。而随着产业链的共同进步,深紫外LED的性价比将不断得到提升,从而进一步推动终端应用市场的渗透,形成一个良性循环。

 

目前,由于深紫外LED的性价比与传统汞灯相比尚不具有显著的优势,大部分中低功率的深紫外LED主要被应用于普通消费市场的表面杀菌等场景。在对光功率要求较高的工业应用领域,目前暂时仍然是汞灯的天下。深紫外LED和汞灯在未来一段时间内将以互补的形式共同存在。但随着深紫外LED的性价比不断提升,相信在不久的将来深紫外LED将完成对汞灯从互补到替代,从替代到超越的华丽转身,甚至还将开创出属于自己的全新应用领域。

 

当然,任何一项强大的新技术都有其利弊,使用得当则造福人类。遇到问题,我们不可矫枉过正,更不能因噎废食。我们能做的就是尽可能最大限度地提高正面效应,让好的技术更好地为全人类服务。

 

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