——晶科电子陈海英博士做客《极智课堂》讲授UVC紫外消毒的前世与今生
当前，新型冠状病毒疫情仍在持续，对产业及企业造成了相当程度的影响，也牵动着各行各业人们的心。根据《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第五版）》公布的内容：”冠状病毒对紫外线和热敏感”，将ＵＶＣ紫外线消毒推进了公众视野，鉴于此，广东晶科电子股份有限公司（以下简称：晶科电子）项目总监陈海英博士做客《极智课堂》为各位小伙伴讲授UVC紫外消毒的前世与今生。
第一讲：UVC紫外线消毒的起源和发展
说起UVC紫外消毒不得不提及一个人，加拿大阿尔伯塔大学（University of Alberta）的兼职教授James R.Bolton 博士，他的著作《紫外线消毒手册》为行业提供了很多指导性的研究方向。
1.什么是紫外线消毒？
紫外线是波长范围在200- 400nm之间的，是整体光谱里的一小段。消毒机理是紫外线的光子被DNA，RNA 吸收，使得微生物的细胞不再复制，也就不繁殖，不再具有致病能力。
微生物包括细胞和病毒等，单个个体活着的意义就是繁殖，让群体不断增大，去感染更多的宿主，当群体大到一定程度，才具有致病的能力，所以每个单个个体存在的意义就是复制。
紫外消毒本身是一种物理消毒，能否消毒或者消毒能力有多强，跟光的剂量相关。
微生物对哪一个波长的光更敏感呢？可以看到大概是在270nm左右是一个峰值，而传统汞灯的本征波长是253.7nm，所以传统汞灯的特征波谱对于消毒杀菌来说并不是最优的，这对于LED来说是更好的机会。
2.紫外消毒发展史
1801年 第一次“看见”紫外光
1877年 第一次 发现紫外光的消毒功能
1904年 第一台汞灯，德国吹制
1960年 第一次确认紫外消毒的分子机理T-T，胸腺嘧啶二聚体
1975年 挪威启用紫外消毒，替代有副产物的氯消毒
1998年 Bolton证明紫外消灭原生动物的有效性，推动了紫外用于饮用水消毒
2003年 美国环保局发布了紫外消毒指导手册
3.紫外线消毒与化学消毒相比如何？
化学消毒就是靠化学消毒剂，通常是用氯、氯胺、二氧化氯或是臭氧这种强氧化性物质，然后跟微生物相互作用，达到杀毒的目的。好处是杀毒效果很好，持续时间长。坏处是只部分有效，就是对细菌和病毒很有效，但是对原虫（隐孢子虫，贾第鞭毛虫等）的效率较低。
此外，化学消毒本身有副产物，会带来一些不好的影响。比如化学消毒剂本身要放到水里，如果用量过大会带来污染，副产物也会影响水的口感，味道等。
紫外光消毒属于广谱有效，不论是细菌、病毒，还是原虫，都很有效，并且没有副产物，不改变水质。但是，紫外光消毒的效果维持有限，因为一定要有光，还要有足够的剂量才有效。
紫外光的功率要达到一定的门槛值,要杀灭细菌还需要有剂量的概念，等于把时间的概念引入，如果功率不是很高，就需要足够的时间。如果时间有限制，就要提高功率来达到相同的杀毒效果。
4.紫外线消毒的优点和缺点
（1）优点
有效：对隐孢子虫和贾第鞭毛虫非常有效的消毒技术；
无毒：不会明显改变水质； 没有副产物，不改变总有机物（TOC），pH值，腐蚀性；
成本低：与其他原生动物消毒方法相比，该技术相对便宜，具有较低的投资和运营成本；
易调：根据水流量，水质等的变化，操作（即调高或调低）紫外线设备相对容易；
易用：紫外线设备的占地面积相对较小，通常适合改装到现有的水处理厂中；
速度快：不需要化学试剂，消毒速度快；
（2）缺点
消毒能力不能维持：没有残留的消毒能力。因此，通常要添加一定水平的氯或氯胺以保持配水管系统中的余氯，保证持续的抑菌能力。
难检测：目前，无法连续监测紫外线剂量，因此操作员必须依靠二次测量（传感器读数，紫外线透射率，水流量等）。
汞污染：大多数紫外线反应器都装有汞灯，因此，紫外线灯的破裂可能会造成汞污染。但是，计算（USEPA 2006b）似乎表明，即使灯中的汞完全进入水中，分配水中的汞含量仍将大大低于最大污染物含量。
断电：公用事业公司的电源供应可能会中断，这可能导致紫外线灯熄灭1-5分钟。除非将水转移到废水中，否则可能会导致某些水无法得到处理。
预热造成消毒不足：有时会因电源中断或灯泡预热而对水进行消毒不足。USEPA将这些情况视为不合规格的事件。
以上汞污染和需要预热都是汞灯才有的特点，而LED无毒，不需要预热，在UV消毒中应用前景更大。
第二讲：紫外线消毒机理
1.紫外线如何灭活微生物
灭活（inactivate vs kill），被UVC 灭活的微生物的表现是代谢存活，不能复制；细胞吃喝照旧，不能繁殖。灭活过程，从吸收光子开始，若是高剂量，细胞膜的蛋白质吸收后变性，细胞膜破裂，细菌死亡。若是低剂量，涉及到ATCG 等，两个胸腺嘧啶（T）绑定在一起形成二聚体。
2.紫外线如何灭活微生物-谁吸收
紫外光被吸收--核苷酸，蛋白质<230nm，水也吸收这个波段。核苷酸>230nm, Peak 260-275nm。对于UVC LED是个好消息，可以不用像汞灯那么高的能量密度就可以达到比较好的消毒效果。
3.紫外线如何灭活DNA和RNA微生物
DNA里的核苷酸吸收之后，作用于链，T-T，形成二聚体，正常的链条被破坏以后，就不能正常复制去达到繁殖目的了，这是微生物被灭活的本真机理。问题是RNA没有T（胸腺嘧啶），代之以 U （尿嘧啶）， 只有RNA的病毒能否被灭活呢？有数据显示，RNA的病毒可以被灭活，而且不需要更高的剂量。
灭活程度中有抑菌概念，微生物灭活后还会活化，重新具有繁殖能力，但需要一定的条件，比如绕过T-T破坏点，利用宿主的酶活化。好消息是目前还未发现隐孢子虫能够活化 。
第三讲：小知识问答
Q：听您讲到有和钟南山院士合作研究，目前针对UVC LED杀灭新冠病毒用有没有明确的剂量？
A：实验是在钟院士的实验室里，彼时还没有新冠病毒。实验时主要是细菌，比如沙门氏菌，金黄葡萄球菌、大肠杆菌，军团菌等，并没有拿病毒来做，因为病毒实验要在比较好的控制条件才能做，新冠病毒比较新，目前暂时还没有数据。
Q：依据UⅤC消毒原理，被紫外线消毒是静态物质，如果动态物质（流动空气、流动水体）怎样瞬间消毒？
A：针对流动水体等要考虑到被消毒的或是被作用的物质，在流动过程中能吸收的光的能量，光的剂量到底是多少。最终还是要回到比如说细菌等物质，吸收的UV的剂量到底是多少才能实现消毒的目的，在光学模拟时，要考虑到流动速度和接受光照的时间。
Q：有一些应用厂家为了使消费者能对UVC产品的工作状态可视化，采用了UVC+UVA的方案。根据您前面所提到的，UVA可能会使细菌病毒再活化，那是不是代表说UVC+UVA的方案杀菌效果反而不好？
A：按照手册的说法，UVA是有机会使得细菌病毒活化，会起到不好的效果。刚才只是针对书的内容解读，我自己并没有什么数据，如果各位有类似的一些实际数据的，可以分享出来，看看UVA在什么样的情况下会有活化的可能，以致降低灭活的效率。
Q：流动空气中的含菌量？含病毒量？有没有相关标准？如何捕捉测试获得有效数据？
A：对于空气消毒，有很多专门的监测机构，有标准规定，也有标准的检测方法。
Q：UVC LED在封装时目前选用的基板是什么？有没有遇到什么问题，关注点是什么？
A：目前UVC本身的光电转换效率非常低，大部分的电功能转换成了热，所以散热是UVC封装最主要考量的一个问题。基板方面，目前市面上看到的主要还是用氮化铝陶瓷，因为导热效率比较高。氮化铝基板加铜杯的做法是目前业界采用比较多的做法，基板会有一些翘曲等问题，会对制程带来一些困难，每家企业都会有一些针对性的解决方案。
Q：UVC LED 当前产业开发状态及实际应用普及情况是怎么样的？
A：目前整个产业开发是迅速上升的状态。实际普及应用方面，有一些公司较早进入到这个市场，努力耕耘，努力跟消费者普及UV知识。目前来讲UVC是一个新生的成长前景非常好的态势。
Q：想了解一下目前晶科电子在紫外领域有哪些尝试？
A：晶科电子在紫外领域，UVC、UVA的产品都有，也跟一些车厂配合做一些方案和模组类的产品。目前在UVC的部分，以光源加模组的形式在跟客户作积极配合开发，敬请关注。