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研究表明,UVC可以殺死空氣中99.9%的新冠病毒

發表時間:2021-12-20   責任編輯:深圳市立洋光電子股份有限公司    0


研究證實:UVC 紫光可殺死空氣中99.9%的冠狀病毒

 

近日,美國哥倫比亞大學的研究人員在Nature子刊Scientific Reports在線發表了一篇名為《  Far-UVC light (222nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses》的研究論文(點附件下載),中文譯名是《遠紫外線(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。

 

據該研究的領導作者、哥倫比亞大學迷走神經內科和外科醫學院教授、哥倫比亞大學歐文醫學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C波段遠紫外線進行持續的空氣消毒,可能會大幅降低人類居住的室內環境中經空氣傳播的病毒水平?!?/span>

 

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

研究論文發表在《科學報告(Scientific Reports)》

 

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

 

之前的研究中,研究人員其實已經展示過C波段遠紫外線可以安全地殺死經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噴霧裝置來氣溶膠化兩種常見的冠狀病毒。然后,氣溶膠中含有的冠狀病毒在C波段遠紫外線燈前的空氣中流動。在氣溶膠暴露于C波段遠紫外線之后,研究人員通過測試來觀察有多少病毒仍然存活。

該設備用于測試C波段遠紫外線殺滅經過空氣傳播的冠狀病毒的效果。

(圖片來源:哥倫比亞大學放射研究中心)

 

研究發現,暴露的病毒逾99.9%都被非常低劑量的C波段遠紫外線殺死。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將在約8分鐘內殺死90%經空氣傳播的病毒,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的敏感程度表明,在有人的室內公共場所使用頭頂的遠紫外線燈,顯著降低冠狀病毒以及流感病毒等其他病毒人傳人的風險,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所位于頭頂上方的UVC紫外線燈可能是可行和安全的,可以顯著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險。

 

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

(圖片來源:Fusion Medical Animation)

 

布倫納表示:“遠紫外線并不能區分冠狀病毒的類型,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。

 

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

 

雖證實有效,關于紫外線殺菌消毒還是要看!

 

根據電磁波譜中波長劃分:紫外線(Ultraviolet)是指電磁波譜中波長從(10納米~400納米)輻射的總稱,波長介于可見光和X射線之間,對于肉眼來說不可見。

 

1801年,德國物理學家里特發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,從而發現了紫外線。紫外線可以用來滅菌,但是過多的紫外線進入人體會造成皮膚癌和白內障等疾病。

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

 

紫外線可根據波長不同可分為四個區域:長波紫外線簡稱UVA,波長320納米~400納米;中波紫外線簡稱UVB,波長280納米~320納米;短波紫外線簡稱UVC,波長200納米~280納米;真空紫外線簡稱UVD,波段波長100納米~200納米。

 

其中,長波紫外線(UVA)對衣物和人體皮膚的穿透性遠比中波紫外線要強,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,使皮膚變黑,因而也稱為“長波黑斑效應紫外線”。

 

中波紫外線(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,可對皮膚產生強烈的光損傷,被照射部位真皮血管會產生擴張,皮膚可出現紅腫、水泡等癥狀,因而也稱為“中波紅斑效應紫外線”。

 

短波紫外線(UVC)具有消毒滅菌作用,也稱為“C波段紫外線”或者“短波滅菌紫外線”。其穿透能力最弱,無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幾乎完全被臭氧層吸收。短波紫外線對人體傷害很大,短時間照射即可灼傷皮膚,長期或高強度照射還會造成皮膚癌或者白內障等疾病。

 

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

 

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

 

浙江大學教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外線劑量和光生物安全評價》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,紫外線的平衡應用非常重要,這其中,劑量非常關鍵。一天當中,紫外線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深紫外線對人體是否有傷害,怎么防護?

 

UVC深紫外線對人體是否有傷害,怎么防護?湖北深紫科技有限公司市場總監陳景文在關于《深紫外線殺滅新冠病毒劑量調研綜述與深紫外LED‘淘氣三千問’》中講述到:這是一個比較經典的問題,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275 nm的紫外光幾乎97%以上會被人體皮膚角質層吸收,99.9%以上被角質層和表皮層吸收,極少一部分光會打到真皮層。

 

紫外線只有作用到真皮層才會引起皮膚細胞癌變。所以通常認為UVC紫外線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層更薄,對UVC紫外線的抵抗力也就更差。人體眼睛沒有角質層保護。UVC紫外線直射將導致晶狀體、角膜病變。因此禁止人眼直視點亮的UVC-LED燈珠。

 

光的波長越短穿透能力越差,這是光的波粒二象性決定的。當然具體到物質,還跟吸收有關。UVC深紫外線對人體有傷害嗎?一個最省事兒的回答是,有,不要暴露在UVC紫外線中。但其實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,因為這個波長紫外線能穿透到人體的真皮層,引發皮膚細胞癌變。

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

 

UVC紫外線,例如275nm,在成人表皮中的傳播深度淺的多。在穿透角質層后,97%以上的能量都會被吸收,最終穿透到真皮層的能量連0.1%都沒有。所以,準確來講,UVC深紫外對人體皮膚危害不大,沒有角質層的人眼則危險的多。當然,再弱的光長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,因為短時間皮膚照射傷害可以忽略;也不要以身試險,盯著LED看肯定會導致眼部受傷。

 

早已被認可,紫外線主要破壞細菌病毒的DNA鏈條

 

早在疫情之初,中國科學院半導體所研究員、山西中科潞安紫外光電科技有限公司副總經理閆建昌就針對《疫情防控與深紫外LED技術》給大家普及了很多知識點。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,紫外線殺菌消毒也是明確被認可的,紫外殺菌消毒從原理上來說沒有問題,但是需要注意兩點,能夠起到殺滅冠狀病毒或者殺菌消毒作用的紫外線,首先需要紫外線的波長合適,叫做適宜的波段。同時也需要紫外線的能量要足夠,也就是紫外線的劑量要足夠。

 

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,所以理論上科學合理使用紫外線,可以有效滅活冠狀病毒。但要注意,這里紫外線需要達到一定的強度,而且需要達到一定的時間。實際上,如果說照射的強度很大的話,時間也可以大大縮短。

 

紫外殺菌并不是特別新鮮的事情,迄今為止,已經有近百年的歷史。早在1903年,Niels Ryberg Finsen利用紫外線實現治療皮膚病,發表相關專著,并獲得了諾貝爾生理和醫學獎,歷史已久。

 

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

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

《疫情防控與深紫外LED技術》報告

 

不同波段紫外線對于細菌,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,紫外線的殺菌效果可能會更高?;谶@個原理,可以說紫外線具有廣譜殺菌的特點,不管是細菌類、病毒類還是水藻類,孢子類等各種微生物,殺滅效果都是非常顯著的,效率非常高。相比于其他殺菌方式,紫外線殺菌有一個好處就是照完之后,關掉紫外線就沒有了,沒有化學過程的參與和污染。

 

紫外線如果要實現有效的殺菌消毒,需要足夠的能量,包括要足夠的照射強度和足夠的時間,同時需要合適的波段。根據波長,從長到短,紫外波段分為UVA、UVB和UVC,其中UVC是波長最短,能量最高的一個波段,我們經常稱其為深紫外波段。實際上,對于殺菌消毒,真正最有效的就是UVC。

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

《疫情防控與深紫外LED技術》報告

 

關于UVC深紫外線殺滅新型冠狀病毒劑量的探討

 

關于劑量標準,行業流傳一條名言:不談劑量,就是耍流氓!

 

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

 

深紫外UVC-LED的有效照射距離是多遠?有專業人士曾介紹到,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、“有效”的定義標準。雖然沒有定值,但可以根據應用場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病毒的殺滅所需時間分別為5min。

 

張國華研究員曾表示,殺菌的有效波段來看,波長應該在240nm-280nm之間,汞燈的紫外主要波長是254nm,紫外LED的波長一般常用的在275nm。有研究指出,265nm波段殺菌最有效,不過,從實踐研究來看,254nm與275nm的殺菌效果在一個量級,不分上下。目前新型冠狀病毒橫行,研究實踐發現,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總監陳景文

《深紫外線殺滅新冠病毒劑量調研綜述與深紫外LED‘淘氣三千問’》

 

后來,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。但是通過光功率密度乘以時間計算出來的。后來Bolb的張劍平博士指出了一個重要的細節,那就是這個SARS的測試場景是高度25px的水溶液,用表面的4016 強度來計算整個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,應該取線性平均值;LED是小平光源近似點光源,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,供各位行業同仁參考使用。

 

需要注意的是,“致死劑量"的實驗光源來源于低壓汞燈,其值尚難以指導UVC LED滅菌實踐。針對不同波長紫外線的致死劑量,是全行業面臨且需要解決的問題,而不是看DNA吸收譜。


//文章來源網絡,圖片來源見解釋


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