哪个UVC源是最好的?空气、表面和水的消毒用222 nm vs. 265 nm


凯文·卡恩,超人

凯文·卡恩博士

EMEA市场开发经理

传统上,围绕消毒方法的努力是为了减少病原微生物造成的感染。随着COVID-19大流行,对有文件证明和受控的消毒方法的要求越来越高,以处理导致病毒传播的空气和表面。UVC光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菌株。基于汞(Hg)灯的传统紫外线消毒已用于此类应用,但安全问题和有关禁止使用汞的规定推动了用于消毒的替代紫外线源的开发。betway888官网

必威体育app网站are seen as the natural replacement for mercury lamps for several reasons: they are mercury-free, offer advantageous operating features (e.g. instantaneous on/off, ability to cycle without impacting lifetime, extraction of heat in the opposite direction of UVC light, high performance reliability control), and low costs of maintenance. These benefits have enabled the integration of UVC LEDs into a variety of disinfection applications in water and high-touch surfaces, increasing the quality of products and features to the end-users and reducing costs to OEMs.

然而,最近的研究调查了使用氪-氯(cl)准分子灯作为消毒的替代方法。由于生物材料的强吸收性,这些较短波长的灯被认为可以限制对人体健康的危害,这意味着光线不能穿透足够远的多细胞生物(比如人类),从而造成长期的损害。然而,更短的波长也会导致不同的消毒过程。在此,我们将回顾这两种技术及其在各种应用中的用途。betway888官网

紫外波长和光谱的消毒敏感性

紫外线光谱范围为100至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分区:

  • UVA: 315纳米至400纳米
  • UVB: 280nm至315 nm
  • UVC: 200nm到280nm

UVA和UVB通过地球大气层传输,并且具有有限的杀菌效果。On the other hand, UVC is completely absorbed by the earth’s atmosphere and is highly disruptive for live organisms because it is strongly absorbed by proteins (principally 210 nm to 230 nm) and the nucleic acids of DNA and RNA (principally 250 nm to 280 nm). The latter wavelength range is commonly referred to as the “杀菌短波紫外线范围“。

光谱灵敏度微生物吸收光子的相对能力是指微生物在一定波长范围内吸收光子的波长的函数。病原体具有独特的辐射吸收“指纹”,这意味着它们吸收不同波长的光子的方式不同。不同的是,在UVB范围内,每种病原菌在265nm附近有一个吸收峰,在280nm以上迅速衰减。对于大多数病原体,在250nm以下的敏感性急剧下降。

比较远紫外线和杀菌紫外线对消毒效果的影响

在杀菌短波紫外线范围内,260 nm - 270 nm波长被视为一个理想的,只有一个小核酸损伤的有效性下降,波长范围(DNA / RNA吸收峰值是观察到263纳米至265纳米),在这个范围之外,更长或更短的波长的功效开始大幅下跌。

为了进行比较,UVC在该范围内是两到三个数量级比在诱导DNA损伤UVA更有效。

杀菌范围内的主要消毒过程是产生环丁烷嘧啶二聚体(CPD),这是紫外线诱导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,科学家已经研究氪溴和氪氯的应用准分子灯在207 nm和222nm处分别产生初级光子发射峰。UVC在207纳米至222纳米的范围通常被称作远UVC。虽然在该范围内发射的光子由DNA / RNA的核酸被吸收到一定程度,在降低的感染性的主要因素被认为是从吸收和蛋白质得到的损坏引起的。这已被证明尤其是腺病毒,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA),和H1N1型流感病毒。

在水应用中,222betway888官网纳米的使用似乎不太可能,因为水中的UV透过率(UVT)变得不可接受的大。过滤后的水的UVT在260nm以下近似恒定,在较短的波长下,由于硝酸盐等常见的化学污染物,UVT开始急剧下降。此外,我们感兴趣的病原体是形成生物膜的细菌,如假单胞菌,其吸收峰值在260 ~ 265 nm之间,在较短的波长下表现出较低的光子吸收。

使用205纳米至230纳米光子源治疗病原体更容易依赖一种病原体的蛋白质方面,可大大不同的吸收系数,而不是证明核酸DNA / RNA的方法利用吸收峰在260 nm - 270 nm波长范围已一致并且可预测病原体灭活。

设备的商用准备

必威体育网下载必威体育app网站UVC led由于拥有/维护的低成本和商业上可行的价格,在广泛的应用领域具有吸引力。betway888官网例如,如今,crystalis公司以每兆瓦10到15美分的价格提供协商量的U必威体育网下载必威体育app网站VC led。

市面上的UVC led是基于Al1-xGaxN必威体育网下载必威体育app网站合金制造的半导体,其发射波长由合金含量控制,这意味着UVC led也可以发射波长低于225 nm,包括222 nm。因此,波长的问题不仅仅是准分子灯对UVC led的问题。必威体育app网站必威体育网下载UVC发光二极管需要较高的铝摩尔分数才能发出这些较短的波长,这就导致了较低的效率。必威体育app网站必威体育网下载例如,今天,水晶是商业UVC led大约一个数量级(10倍)效率在265纳米比230必威体育网下载必威体育app网站纳米和两个数量级少;小于225nm的波长预计将在效率和功率上进一步降低。

因此,对于绝大多数的病原体,达到水平消毒将采用当今UVC LED技术时是杀菌范围高得多。必威体育网下载所述腺病毒是相比于杀菌范围,其中222纳米的辐射的功效是一样高的10(1个数量级)的因子的特殊情况,但是,即使在这里,在较低功率下和低于230纳米的意愿电流LED的寿命较短大幅增加相比,杀菌范围的LED的溶液在该波长范围的成本。

当比较准分子灯到LED的UVC,还有其他一些因素仔细考虑。必威体育app网站必威体育网下载相比UVC LED的(典型地具有0.3厘米见方的碱长方体)的装置,在安装的灵活性将是相当不同的受激准分子灯的足迹(通常管于10厘米长)。必威体育app网站必威体育网下载对于皮肤直接暴露准分betway888官网子灯的早期应用程序(仅限于研究迄今已进行,但结果似乎表明没有永久可见的损坏)。准分子灯将需要昂贵的带通滤波器以去除较长波长(例如,KrCl灯222 nm发射具有在UVC二次发射峰周围258 nm和在UVB)。这会增加产品的成本已经在数千美元。

结论

对特定UVC波长(例如222 nm vs. 265 nm)的偏好取决于应用程序。准分子灯似乎发现了治疗大面积持续人类传代的相关性,然而有限的研究一直在调查延长暴露对人类的影响。

何塞·莫雷,医学博士,自由生物安全公司的首席医疗创新官,麻省理工学院解决方案和NASA iTech的顾问,说尽管Far-UVC技术显示出很大的前景,但它还没有完全准备好。“曝光的角度和持续时间仍有待确定,”他说。“到目前为止,曝光是可控的,根据表面、织物和曲率的类型,结果是混合的。”

相比于汞灯,采用UVC LED的不仅是环保的,它是在商业应用中的几个更具吸引必威体育网下载必威体育app网站力。betway888官网虽然人类不应该直接暴露在紫外线光,UVC LED和近占地面积小点状代光允许有针对性的消毒器应用的设计,其中UVC辐射是良好的控制,不需要曝光被消除,防止危害健康。必威体育网下载必威体育app网站betway888官网另外,虽然UVC LED的电光转换效率(WPE)比水银的下部卤素灯时连续运行,以打开所述LED开/关按需未经必威体育网下载必威体育app网站预热时间的能力转换成随寿命更高的电效率应用并允许记录,可预见的和可靠的消毒。

如果您想了解更多有关此主题或有兴趣的晶体,制造Klaran UVC LED的请必威体育app网站必威体育网下载联系我们今天。

引用(222 nm)的

哥伦比亚大学

  1. Buonanno男,兰德斯·皮尔逊G,比奇洛AW,特里维迪S,洛伊FD。等人,207纳米的UV光。 - 一个有前途的工具安全低成本减少手术部位感染的。I:在体外研究中,公共科学图书馆ONE 8(10):e76968(2013)DOI: 10.1371 / journal.pone.0076968
  2. Buonanno M, Ponnaiya B,韦尔奇D, et al .,杀菌效力和哺乳动物的皮肤安全222 nm紫外线, Radiat Res.187 (4): 483 - 491 (2017) DOI: 10.1667 / RR0010CC.1
  3. Welch, D., Buonanno, M., Grilj, V. et al., Far-UVC light: A new tool to control the spread of airborne-mediated microbial diseases, Sci Rep 8, 2752 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-21058-w

科罗拉多大学博尔德分校

  1. 莎拉·e·贝克,罗伯特·a·罗德里格斯卡尔·g·林登,托马斯·m·Hargy托马斯·c·Larason和哈罗德·b·赖特波长紫外灭活的依赖和腺病毒DNA损伤以细胞培养传染性和长期定量PCR,环境科学与技术,48 (1),591 - 598 (2014)DOI:10.1021 / es403850b

弘前大学

  1. Narita K, Asano K, Morimoto Y, Igarashi T, Nakane A,用222nm UVC长期照射小鼠皮肤,即使是高剂量也不会引起DNA损伤或表皮损伤,PLoS ONE 13(7): e0201259 (2018)DOI:10.1371 / journal.pone.0201259

香港大学

  1. 许泽涛,任伟强,黄,华。 et al ., 真空紫外灯消毒的功效的一些常见环境病原体,BMC感染说 20日 127 (2020)DOI: 10.1186 / s12879 - 020 - 4847 - 9