哪种紫外线源是最好的?222纳米vs. 265纳米用于空气、表面和水的消毒

传统上，围绕消毒方法的努力是为了减少病原微生物引起的感染。随着COVID-19大流行，对有记录和控制的消毒方法的需求越来越高，以处理导致病毒传播的空气和表面。紫外线被证明可以有效地灭活大多数病原体，包括耐药细菌和大多数病毒株。基于汞灯的常规紫外线消毒已用于此类应用，但安全问题和禁止使用汞的法规推动了替代紫外线消毒源的发展。

短波紫外线发光二极管被视为水银灯的天然替代品，原因有几个:它们不含汞，提供有利的操作功能(例如瞬时开/关，循环不影响寿命的能力，在UVC光的相反方向提取热量，高性能可靠性控制)，以及低维护成本。这些优点使UVC led集成到水中和高接触表面的各种消毒应用中，提高了最终用户的产品质量和功能，并降低了原始设备制造商的成本。

然而，最近的研究已经调查了使用氪-氯(Kr-Cl)准分子灯作为另一种消毒方法。这些灯的波长较短，被认为可以限制对人类健康的危害，因为它们在生物材料中具有很强的吸收率，这意味着光穿透到多细胞生物(如人类)的距离不够远，无法造成长期损害。然而，更短的波长也会导致不同的消毒过程。在这里，我们回顾这两种技术及其在各种应用中的有用性。

消毒的紫外波长和光谱灵敏度

紫外光谱范围从100纳米到400纳米，通常根据在大气中的吸收和辐射的生物作用分为三个子区域:

• UVA: 315 nm ~ 400 nm
• UVB: 280 nm ~ 315 nm
• 短波紫外线: 200 nm ~ 280 nm

长波紫外线(UVA)和中波紫外线(UVB)通过地球大气层传播，杀菌作用有限。另一方面，UVC被地球大气完全吸收，对活生物体具有很强的破坏性，因为它被蛋白质(主要是210 nm至230 nm)和DNA和RNA的核酸(主要是250 nm至280 nm)强烈吸收。后一种波长范围通常被称为杀菌UVC范围”。

的光谱灵敏度微生物吸收光子的相对能力是在一定波长范围内的波长的函数。病原体有独特的辐射吸收“指纹”，这意味着它们在不同波长上以不同的方式吸收光子。虽然不同，但每种病原体在265 nm附近表现出峰值吸收，在280 nm以上的UVB范围内迅速减弱。对于大多数病原体，在250纳米以下的灵敏度会急剧下降。

远紫外线与杀菌紫外线对消毒效果的比较

在杀菌UVC范围内，260 nm至270 nm被认为是理想的波长，在该波长范围内对核酸的损伤效果仅略有下降(在263 nm至265 nm之间观察到DNA/RNA吸收峰值)，而在该范围外，较长或较短波长的效果开始急剧下降。

在杀菌范围内的主要消毒过程是通过产生环丁烷嘧啶二聚体(CPD)，这是紫外线诱导的基因组损伤的主要形式。这些二聚体中断DNA/RNA的复制，导致细菌细胞死亡和病毒失活。

最近，科学家研究了氪-溴和氪-氯准分子灯的应用，分别在207 nm和222 nm处产生主光子发射峰。在207纳米到222纳米范围内的UVC通常被称为远短波紫外线．虽然在这个范围内发射的光子在一定程度上被DNA/RNA的核酸吸收，但降低传染性的主要因素被认为是吸收和对蛋白质的损伤造成的。这在腺病毒、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)和H1N1型流感病毒上得到了显著证明。

在水应用中，使用222nm似乎不太可能，因为水中的紫外线透过率(UVT)变得大得不可接受。滤过水的UVT在260纳米以下大致恒定，在较短波长时由于常见的化学污染(如硝酸盐)开始急剧下降。此外，感兴趣的病原体是形成生物膜的细菌，如假单胞菌，其峰值吸收在260 nm至265 nm之间，在较短波长时表现出较低的光子吸收。

使用205 nm至230 nm光子源来治疗病原体更有可能取决于病原体的蛋白质方面，这可能具有本质上不同的吸收系数，而不是已证实的核酸DNA/RNA方法，利用260 nm至270 nm波长范围内的吸收峰，已被证明能够持续和可预测地灭活病原体。

设备的商业就绪情况

由于其拥有/维护成本低和商业上可行的价格，UVC led可以被视为具有广泛应用的吸引力。例如，今天，Crystal IS提供UVC led，价格范围为每兆瓦10至15美分。

市售的UVC led是基于由Al1-xGaxN合金制成的半导体，其发射波长由其合金含量控制，这意味着UVC led也可以被制成发射波长低于225 nm，包括222 nm。因此，波长的问题不仅仅是准分子灯和UVC led的问题。UVC led需要更高的Al摩尔分数才能在这些较短的波长下发射，这导致效率较低。例如，今天，Crystal IS商用UVC led在265 nm时的效率比在230 nm时高出一个数量级(10倍)，而功率则低了两个数量级;低于225纳米的波长预计将在效率和功率方面进一步下降。

因此，对于绝大多数病原体，当使用今天的UVC LED技术时，达到的消毒水平将在杀菌范围内高得多。腺病毒是一种特殊情况，与杀菌范围相比，222nm辐射的功效高达10倍(1个数量级)，但即使在这里，当前低于230nm的LED的低功率和较短寿命将大大增加该波长范围内LED解决方案的成本。

在比较准分子灯和UVC led时，还有其他因素需要仔细考虑。准分子灯的占地面积(通常长于10厘米的管)与UVC led(通常是长方体，方形底座为0.3厘米)相比，意味着安装的灵活性将有很大的不同。准分子灯直接暴露在皮肤上的早期应用(到目前为止只进行了有限的研究，尽管结果似乎表明没有看到永久性损伤)。准分子灯将需要昂贵的带通滤波器来去除更长的波长(例如，222nm发射的KrCl灯在258nm左右的UVC和UVB中有二次发射峰)。这将增加已经在数千美元的产品成本。

结论

对特定UVC波长的偏好问题(例如222 nm vs. 265 nm)取决于应用。准分子灯似乎与治疗人类持续通过的大面积区域相关，然而，有限的研究已经调查了长期暴露对人类的影响。

自由生物安全公司的首席医疗创新官、MIT Solve和NASA iTech的顾问Jose Morey医学博士说，虽然远紫外线技术显示出很大的前景，但它还没有完全准备好。“暴露的角度和持续时间仍有待确定，”他说。“到目前为止，曝光已经得到了控制，根据表面、织物和曲率的类型，[已经]产生了混合的结果。”

与汞灯相比，使用UVC led不仅更环保，而且在一些应用中更具商业吸引力。虽然人类不应该直接暴露在UVC光下，但UVC led占地面积小，产生的光几乎是点状的，因此可以设计有针对性的消毒应用程序，其中UVC辐射得到很好的控制，消除不必要的暴露，以防止健康危害。此外，虽然UVC led的墙插效率(WPE)在连续运行时低于汞灯，但在不需要预热时间的情况下按需打开/关闭led的能力可以在应用的整个生命周期内转化为更高的电气效率，并允许记录在案的、可预测的和可靠的消毒。

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