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    UVC紫外线可杀灭空气中99.9%的新冠病毒

        发布时间:2020-07-05 18:17:29

     

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    最近,哥伦比亚大学的研究人员在Nature子刊Scientific Reports发表了一篇名为《  Far-UVC light (222nm) efficiently and safely inactivates airborne human coronaviruses》的研究论文(点附件下载),中文译名是《远紫外线(222 nm)可有效安全地杀死空气中冠状病毒》。研究证明,far-UVC 222 nm的紫外线可以杀死出现在空气飞沫中的逾99.9%的季节性冠状病毒。


    研究证实:far-UVC 222 nm 可杀死空气飞沫中的逾99.9%的季节性冠状病毒
     

    据该研究的领导作者、哥伦比亚大学迷走神经内科和外科医学院教授、哥伦比亚大学欧文医学中心放射研究中心主任大卫·布伦纳(David Brenner)博士表示:“根据我们的研究成果,在目前的监管限制内通过C波段远紫外线进行持续的空气消毒,可能会大幅降低人类居住的室内环境中经空气传播的病毒水平。”

     

    这项研究的论文于6月24日发表在《科学报告(Scientific Reports)》期刊上。


    研究论文发表在《科学报告(Scientific Reports)》

     

    Far-UVC 它属于UVC的一部分,波长范围是207纳米~222纳米。它可以穿透微生物的遗传物质并破坏遗传物质的键,阻止其复制,从而对物体和空气进行消毒。但是,它无法穿透眼睛的泪液层或者皮肤外围的死细胞层,不会到达或者损伤体内活细胞,所以不会导致皮肤癌或白内障。简单说,它对人类安全,但可以杀死细菌。

     

    之前的研究中,研究人员已经展示过C波段远紫外线可以安全地杀死经空气传播的流感病毒。这篇新论文则将他们之前的研究拓展到季节性冠状病毒,这些冠状病毒在结构上与引起新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的新型冠状病毒(SARS-CoV-2)相似。

     

    这项研究中,研究人员使用了一个喷雾装置来气溶胶化两种常见的冠状病毒。然后,气溶胶中含有的冠状病毒在C波段远紫外线灯前的空气中流动。在气溶胶暴露于C波段远紫外线之后,研究人员通过测试来观察有多少病毒仍然存活。

    该设备用于测试C波段远紫外线杀灭经过空气传播的冠状病毒的效果。   (图片来源:哥伦比亚大学放射研究中心)

     

    研究人员发现,暴露的病毒逾99.9%都被非常低剂量的C波段远紫外线杀死。研究人员基于这些研究成果估计,在目前的监管限制内持续暴露于远紫外线将在约8分钟内杀死90%经空气传播的病毒,约11分钟内杀死95%,约16分钟内杀死99%,约25分钟内杀死99.9%。

     

    冠状病毒对于远紫外线的敏感程度表明,在有人的室内公共场所使用头顶的远紫外线灯,显着降低冠状病毒以及流感病毒等其他病毒人传人的风险,是可行且安全的。冠状病毒对UVC的敏感性表明,在有人居住的室内公共场所位于头顶上方的UVC紫外线灯可能是可行和安全的,可以显着降低冠状病毒以及流感等其他病毒在人与人之间传播的风险。

     

    在另一项正在进行的研究中,研究人员们测试了C波段远紫外线对于经空气传播的新型冠状病毒的效力。初步数据表明,远紫外线灯对杀灭新型冠状病毒同样有效。


    (图片来源:Fusion Medical Animation)


    布伦纳表示:“远紫外线并不能区分冠状病毒的类型,所以我们期望它能以同样的方式杀死新型冠状病毒。因为新型冠状病毒主要通过咳嗽和打喷嚏在空气中形成的飞沫和气溶胶传播,所以一个可以安全灭活空气中冠状病毒的工具显得非常重要,特别是附近有人的情况下。

     

    布伦纳继续说道:“因为可以在有人的空间例如医院、公交车、飞机、火车、火车站、学校、餐馆、办公室、剧院、健身房以及任何人们可以聚集的室内场所安全使用,所以C波段远紫外线可以配合其他措施使用,例如戴口罩或者洗手,来限制新型冠状病毒以及其他病毒的传播。
     

    虽然已经证实有效,关于紫外线杀菌消毒值得一看

     

    根据电磁波谱中波长划分:紫外线(Ultraviolet)是指电磁波谱中波长从(10纳米~400纳米)辐射的总称,波长介于可见光和X射线之间,对于肉眼来说不可见。

     

    1801年,德国物理学家里特发现在日光光谱的紫端外侧一段能够使含有溴化银的照相底片感光,从而发现了紫外线。紫外线可以用来灭菌,但是过多的紫外线进入人体会造成皮肤癌和白内障等疾病。

     

    摘自:浙江大学教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外线剂量和光生物安全评价》报告


    紫外线根据波长不同可分为四个区域:长波紫外线简称UVA,波长320纳米~400纳米;中波紫外线简称UVB,波长280纳米~320纳米;短波紫外线简称UVC,波长200纳米~280纳米;真空紫外线简称UVD,波段波长100纳米~200纳米。

     

    长波紫外线(UVA)对衣物和人体皮肤的穿透性远比中波紫外线要强,可达到真皮深处,并可对表皮部位的黑色素起作用,从而引起皮肤黑色素沉着,使皮肤变黑,因而也称为“长波黑斑效应紫外线”。

     

    中波紫外线(UVB)的极大部分都被皮肤表皮所吸收,不能渗入皮肤内部。但由于其能量较高,可对皮肤产生强烈的光损伤,被照射部位真皮血管会产生扩张,皮肤可出现红肿、水泡等症状,因而也称为“中波红斑效应紫外线”。

     

    短波紫外线(UVC)具有消毒灭菌作用,也称为“C波段紫外线”或者“短波灭菌紫外线”。其穿透能力最弱,无法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外线几乎完全被臭氧层吸收。短波紫外线对人体伤害很大,短时间照射即可灼伤皮肤,长期或高强度照射还会造成皮肤癌或者白内障等疾病。

     

    紫外线杀菌灯发出的就是UVC。传统的短波灭菌紫外线(波长254纳米)可用于给空病房或空地铁车厢等无人空间消毒。但是,在有人空间中直接暴露在这些传统紫外线灯下是不行的,因为这样可能会有损健康。

     

    浙江大学教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外线剂量和光生物安全评价》报告中也曾介绍,光辐射对人体健康影响的光谱范围:200(180)nm至3000nm。益处是产生维生素D3、释放一氧化氮保护心脏;害处就是容易得白内障、皮肤癌、皮肤老化等。光的波段是中性,其影响取决于如何应用,紫外线的平衡应用非常重要,这其中,剂量非常关键。一天当中,紫外线的剂量有不同的变化,对人的影响不同,也需要根据情况采取不同的保护措施。


    摘自:浙江大学教授、浙江智慧健康照明研究中心主任牟同升在《紫外线剂量和光生物安全评价》报告

     

    UVC深紫外线对人体是否有伤害,怎么防护?

     

    UVC深紫外线对人体是否有伤害,怎么防护?湖北深紫科技有限公司市场总监陈景文在关于《深紫外线杀灭新冠病毒剂量调研综述与深紫外LED‘淘气三千问’》中讲述到:这是一个比较经典的问题,UVC深紫外对人体皮肤危害不大,但对人体眼睛伤害较大。典型UVC-LED波长275 nm的紫外光几乎97%以上会被人体皮肤角质层吸收,99.9%以上被角质层和表皮层吸收,极少一部分光会打到真皮层。紫外线只有作用到真皮层才会引起皮肤细胞癌变。所以通常认为UVC紫外线对人体皮肤影响不大。当然婴儿皮肤,包括部分人体皮肤角质层更薄,对UVC紫外线的抵抗力也就更差。人体眼睛没有角质层保护。UVC紫外线直射将导致晶状体、角膜病变。因此禁止人眼直视点亮的UVC-LED灯珠。

     

    光的波长越短穿透能力越差,这是光的波粒二象性决定的。当然具体到物质,还跟吸收有关。UVC深紫外线对人体有伤害吗?一个最省事儿的回答是,有,不要暴露在UVC紫外线中。但其实这中间存在很大的误区,就是UVA,例如365、385、395对人体皮肤伤害是很大的,因为这个波长紫外线能穿透到人体的真皮层,引发皮肤细胞癌变。

    摘自:湖北深紫科技有限公司市场总监陈景文 《深紫外线杀灭新冠病毒剂量调研综述与深紫外LED‘淘气三千问’》

     

    但UVC紫外线,例如275nm,在成人表皮中的传播深度浅的多。在穿透角质层后,97%以上的能量都会被吸收,最终穿透到真皮层的能量连0.1%都没有。所以,准确来讲,UVC深紫外对人体皮肤危害不大,没有角质层的人眼则危险的多。当然,再弱的光长期照射对人体也是有伤害的。

     

    陈景文博士也提醒大家:“所以不盲目惧怕UVC深紫外线,因为短时间皮肤照射伤害可以忽略;也不要以身试险,盯着LED看肯定会导致眼部受伤。”

     

    紫外杀菌消毒早已被认可,紫外线主要破坏细菌病毒的DNA链条。

     

    早在疫情之初,中国科学院半导体所研究员、山西中科潞安紫外光电科技有限公司副总经理闫建昌就针对《疫情防控与深紫外LED技术》给大家普及了很多知识点。报告中指出,从大家已知的杀菌消毒的方式里,可有很多有效的方法。包括直接高温杀毒,用75%比例的酒精等。此外,紫外线杀菌消毒也是明确被认可的,紫外杀菌消毒从原理上来说没有问题,但是需要注意两点,能够起到杀灭冠状病毒或者杀菌消毒作用的紫外线,首先需要紫外线的波长合适,叫做适宜的波段。同时也需要紫外线的能量要足够,也就是紫外线的剂量要足够。

     

    从第五版新型冠状病毒的诊疗方案中,我们可以看到,使用强度大于每平方厘米90微瓦的紫外线照射光照密度30分钟。可以杀灭SARS病毒,而新型冠状病毒与SARS病毒有很多的相似性。同属于单股正链RNA病毒,所以理论上科学合理使用紫外线,可以有效灭活冠状病毒。但要注意,这里紫外线需要达到一定的强度,而且需要达到一定的时间。实际上,如果说照射的强度很大的话,时间也可以大大缩短。

     

    紫外杀菌并不是特别新鲜的事情,迄今为止,已经有近百年的历史。早在1903年,Niels Ryberg Finsen利用紫外线实现治疗皮肤病,发表相关专着,并获得了诺贝尔生理和医学奖,历史已久。

     

    闫建昌研究员表示:“紫外线之所以能够实现高效的杀灭病毒病菌,主要是从根本上通过破坏DNA来灭菌。因为紫外线的光子能量非常高,可以破坏细菌病毒的DNA链条,而从根源上来杀灭细菌、病毒。”


    摘自:中国科学院半导体所研究员、山西中科潞安紫外光电科技有限公司副总经理闫建昌《疫情防控与深紫外LED技术》报告

     

    不同波段紫外线对于细菌,病毒的杀灭效果是有差别的。传统的紫外汞灯可能是253.7或者254纳米的,实际上最有效的波段可能不止是在254纳米。根据目前最新研究结果,在264纳米附近,紫外线的杀菌效果可能会更高。基于这个原理,可以说紫外线具有广谱杀菌的特点,不管是细菌类、病毒类还是水藻类,孢子类等各种微生物,杀灭效果都是非常显着的,效率非常高。相比于其他杀菌方式,紫外线杀菌有一个好处就是照完之后,关掉紫外线就没有了,没有化学过程的参与和污染。

     

    紫外线如果要实现有效的杀菌消毒,需要足够的能量,包括要足够的照射强度和足够的时间,同时需要合适的波段。根据波长,从长到短,紫外波段分为UVA、UVB和UVC,其中UVC是波长最短,能量最高的一个波段,我们经常称其为深紫外波段。实际上,对于杀菌消毒,真正最有效的就是UVC。


    摘自:中国科学院半导体所研究员、山西中科潞安紫外光电科技有限公司副总经理闫建昌《疫情防控与深紫外LED技术》报告

     

    关于UVC深紫外线杀灭新型冠状病毒剂量的探讨

     

    牟同升教授在上文提到过:“光的波段是中性,其影响取决于如何应用,紫外线的平衡应用非常重要,这其中,剂量非常关键。”

     

    深紫外UVC-LED的有效照射距离是多远?陈景文总监曾介绍到,深紫外UVC-LED的有效照射距离不是定值,取决于光功率、光传播介质、“有效”的定义标准。虽然没有定值,但可以根据应用场景已知信息去估计有效距离,距离1.22米下, 8.9×105 pfu/mL浓度MERS病毒的杀灭所需时间分别为5min。

     

    青岛杰生电气有限公司张国华研究员曾表示,杀菌的有效波段来看,波长应该在240nm-280nm之间,汞灯的紫外主要波长是254nm,紫外LED的波长一般常用的在275nm。有研究指出,265nm波段杀菌最有效,不过,从实践研究来看,254nm与275nm的杀菌效果在一个量级,不分上下。目前新型冠状病毒横行,研究实践发现,杀灭新型冠状病毒,杀菌率:99.99%,需要的剂量为1445uJ/c㎡。

     

    摘自:湖北深紫科技有限公司市场总监陈景文 《深紫外线杀灭新冠病毒剂量调研综述与深紫外LED‘淘气三千问’》
     

    后来,根据国内外几篇文献资料,陈景文总监也综述了新型冠状病毒剂量的致死剂量,TCID50初始浓度约105.8 /mL的2019-nCoV新型冠状病毒NCP的99.99%紫外致死剂量为1445 mJ/cm2。但是通过光功率密度乘以时间计算出来的。后来Bolb的张剑平博士指出了一个重要的细节,那就是这个SARS的测试场景是高度1cm的水溶液,用表面的强度来计算整个溶液的照射剂量是不准确的。

     

    辐照强度跟距离的平方呈反比,那么溶液底部和顶部的辐照强度是不一样的,如果计算累积剂量,应该取线性平均值;LED是小平光源近似点光源,被照射面的分布也不是均匀的,但考虑到1cm范围内波动较小,影响不大, 这里可近似平均。水溶液对UVC的吸收,前面提到纯水对275nm的吸收是比较少的,病毒分散的密度也有限。先不考虑水的吸收,在对深度积分后,郑重地将致死剂量修正为1085mJ/cm2,供各位行业同仁参考使用。

     

    需要注意的是,“致死剂量"的实验光源来源于低压汞灯,其值尚难以指导UVC LED灭菌实践。针对不同波长紫外线的致死剂量,是全行业面临且需要解决的问题,而不是看DNA吸收谱。本文部分内容转载自:中国半导体照明网



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