近日，廈門大學康俊勇教授、尹君副教授課題組根據(jù)致病菌中遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)的紫外光吸收特性，開發(fā)了一種由275-nm氮化物LED組成的大功率（3.2 W）且輻照均勻的平面光源，能夠在1秒內(nèi)完成對新冠病毒、H1N1流感病毒、金黃色葡萄球菌的有效殺滅。研究的發(fā)現(xiàn)對人類社會在寒冷條件下使用深紫外光子消毒具有重要意義。

研究背景

深紫外光（DUV）輻照能夠直接破壞致病菌的遺傳物質(zhì)或阻止遺傳物質(zhì)的有效復(fù)制，是抑制致病菌傳播的一種快速、有效的方式。在新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）肺炎疫情發(fā)生以來，紫外光消毒技術(shù)已被運用在空氣、表面消毒。然而，病毒變異株（Delta與Omicron）和低溫條件對DUV病毒滅殺效果的影響仍然未知。特別是，新冠病毒在低溫環(huán)境下的存活時間更長，我國相關(guān)防疫部門在冷鏈貨物中已多次檢測出新冠病毒陽性，多地曾發(fā)生“物傳人”的本土疫情。因此，探究低溫環(huán)境下人類呼吸道病毒及其變體滅活的深紫外光子學尤為重要，將助力我國生物安全屏障的建立。

與此同時，隨著“水俁公約”的實施，以汞燈為代表的傳統(tǒng)紫外光源因?qū)Νh(huán)境的潛在污染，將逐步退出歷史舞臺。深紫外固態(tài)光源有著單一波長、無毒環(huán)保、小巧耐用、快速開關(guān)、易于集成等優(yōu)勢，代表了未來深紫外光源的發(fā)展趨勢，具有突出的科研與實用價值?，F(xiàn)階段，深紫外固態(tài)光源仍需穩(wěn)步提升其輻照強度、面積、均勻性，并建立不同溫度、表面等場景下光劑量與病菌滅殺的量效關(guān)系，從而實現(xiàn)大面積的、高效率的致病菌殺滅。

研究亮點

廈門大學康俊勇教授、尹君副教授課題組根據(jù)致病菌中遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)的紫外光吸收特性，開發(fā)了一種由275-nm氮化物LED組成的大功率（3.2 W）且輻照均勻的平面光源，能夠在1秒內(nèi)完成對新冠病毒、H1N1流感病毒、金黃色葡萄球菌的有效殺滅（常溫下，≥99.99%）。

圖1 大功率深紫外平面光源。 (a) 氮化物固態(tài)光源模組；(b) 光源模組波長及微生物紫外吸收特性；(c) 光源對病菌殺滅效果。

同時，研究團隊使用該固態(tài)平面光源，探究病毒變異株、低溫環(huán)境等未知因素對DUV消毒效果的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，冷凍環(huán)境下（如零下50攝氏度），需要顯著更高的紫外輻射劑量才能達到室溫下相同的致死率。研究團隊首次建立了生物光電效應(yīng)的大弛豫負U模型，以闡述溫度因素的影響。指出在低溫環(huán)境下，DUV激發(fā)的電子被活性遺傳分子重新捕獲回到初始光離子化位置的可能性更高。值得關(guān)注的是，由于遺傳物質(zhì)與蛋白質(zhì)的特性，Omicron需要顯著更高的DUV劑量才能達到其它毒株相同的滅殺效果。

圖2 新冠病毒紫外光子學滅活的溫度依賴特性。

基于實測的消毒數(shù)據(jù)，研究團隊建立了相應(yīng)的DUV光劑量與滅殺效果的量效關(guān)系，為相關(guān)從業(yè)者快速獲取在不同溫度下有效殺滅新冠病毒的紫外輻照劑量提供科學依據(jù)。這對如何使用DUV來抑制新型冠狀病毒肺炎疫情流行具有指導(dǎo)作用，特別是在低溫條件下(如食品冷鏈物流和冬季露天環(huán)境)。

圖3 不同溫度下有效殺滅Omicron毒株的紫外輻照劑量預(yù)測模型。 (a)不同殺滅效果所需光劑量；(b) 基于我國1月平均氣溫，預(yù)測露天環(huán)境下3-Log所需的光劑量。

該項研究成果首次從遺傳物質(zhì)的光電本質(zhì)入手，闡述了新冠病毒紫外光子學滅活的溫度依賴特性，并揭示了不同新冠病毒變異株的紫外滅活差異性。研究的發(fā)現(xiàn)對人類社會在寒冷條件下使用深紫外光子消毒，特別是針對新冠病毒的深紫外光子滅活技術(shù)具有重要意義。






審核編輯：劉清