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rgb灯光！UVC紫外消毒LED的发展趋势

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　　2019年的12月份中下旬，在湖北省武汉市陆续的发现了多例新型冠状病毒感染的肺炎患者。随着疫情的蔓延，在我国其他地区以及境外也都相继出现了类似的病例。随着新型冠状病毒在全球范围内的扩散，各种防护手段和消毒技术备受关注。医用酒精、消毒液、紫外辐射等防控新型冠状病毒传播的产品和手段。其中紫外辐射消毒技术备受关注，那与相比化学消毒技术相比，紫外辐射消毒技术的性能和安全性究竟如何呢?今天我们就来详细说一说紫外LED(UV LED)技术。

　　紫外线介于可见光波段和X射线之间，根据波长，紫外线可以细分为近紫外(UVA:320～400 nm)、中紫外(UVB:280～320 nm)、深紫外(UVC:200～280 nm)和真空紫外(VUV:10～200 nm)，其中UVC波段的紫外线能量最高，但由于其波长最短，在大气中被吸收，导致衰减严重，在近地太阳光谱中几乎不含该波段的紫外光，也称为“日盲”紫外波段。早在19世纪初，Downes和Blunt的研究中就提及了紫外线具有消毒杀菌的作用。丹麦科学家Finsen随后将紫外线应用于医疗健康领域，1903年他被授予了诺贝尔生理学或医学奖。以上说明紫外消毒杀菌技术早已被人类认知和应用。《新型冠状病毒肺炎防控方案》中提到，新型冠状病毒对紫外线和热敏感。因此，在疫情防控中，除了医用酒精、含氯消毒剂等化学消毒技术以外，作为物理消毒方法之一的紫外消毒技术，也是被有关机构认可的。

　　紫外线对微生物的灭活机理其实很简单，利用微生物的核酸对紫外线的吸收，破坏其核酸功能，使微生物停止生长复制，以此实现消毒杀菌。值得一提的是只有UVC波段中位于240～260 nm区间的紫外线容易被细菌吸收并且有效干扰其正常复制细菌的DNA，从而使细菌死亡，而UVA和UVB处于微生物吸收峰的范围以外，所以杀菌效率很低，无法有效消毒。UVC在消毒时没有化学品参与反应，更不会产生消毒副产物。在30 mW/cm2的UVC辐照强度条件下，就可以在1秒的时间内实现对大部分细菌接近100%的灭活。因此，紫外消毒技术是一种物理消毒方法，具有高效快速、环保无害、简单实用、易于操作等优势。

　　目前，紫外消毒技术的应用场景主要以工厂和医院这类特定场所为主，在家庭中并未普及。除了紫外消毒设备体积等客观因素影响，光生物安全方面的担忧也是影响和限制此类产品应用的一个重要原因。这种担忧主要是由于紫外线辐照可能会对人眼和皮肤造成损伤。需要指出的是，在保证安全剂量的前提下，紫外线很难对人的皮肤造成损伤，一定条件下对人体健康也是有益的，例如太阳光中的紫外线辐照可以促进人体内生成维生素D，因此鼓励婴幼儿适当晒太阳，但是过量地晒太阳就可能导致皮肤颜色变深，甚至灼伤。综上，我们认为，在实际使用中，需要结合紫外光源的特性和产品说明，科学规范地使用紫外消毒技术。在符合安全剂量的前提下，紫外消毒方法是可行的、有益的。此外，借助固态光源体积小、易集成、开关快等特点，结合成熟的传感技术和控制技术，可以有效避免因不当使用紫外线而造成的安全隐患。因此，在保障安全可靠的前提下，可以充分利用紫外消毒技术为人类服务。

　　UV LED的输出波长可以通过调控有源区材料的组分来设定，且半峰宽较窄，在10 nm左右。因此，UV LED的输出波长在200～365 nm之间任意可调，覆盖了UVA至UVC的范围。对于紫外汞灯而言，这种光源的光谱范围很广且无法调节，例如低压紫外汞灯主要输出253.7 nm附近的紫外线。针对不同微生物的灭活所需的波长和辐照剂量具有较大差异，因此在紫外消毒的实际研究中，很难利用汞灯来识别和区分具体哪个特定波长对某种微生物有最佳灭活效率。除了输出波长更加灵活性外，与紫外汞灯相比，紫外LED体积小，容易通过集成封装制备包含多种波长的光源模块，帮助科研人员针对性地开发高效的消毒光源。除了输出波长的自由度和输出光功率的差异，UV LED与紫外汞灯在体积、开启速度、功耗、可靠性和安全性方面也存在不同。与LED相比，紫外汞灯体积较大、启动预热时间长，无法即开即用、能耗高、易碎，且含汞，对环境和人体健康存在威胁。随着《关于汞的水俣公约》的正式实施，传统的含汞光源将被更加清洁高效的UV LED光源取代是大势所趋。

　　随着技术进步、学科交叉、应用融合，新的应用领域不断产生，相应的标准也需要完善。我国现有的紫外标准和测试手段主要围绕传统汞灯展开，对UV LED的适用性欠缺，例如，紫外汞灯杀菌波长主要在253.7 nm，而UVC LED最佳灭活效率的输出波长主要分布在260～280 nm，这就为后续应用的解决方案带来了差异。因此，紫外LED光源急需从测试到应用的一系列标准，来支撑技术的发展。我国有关机构已经开展了紫外LED计量、标准、检测等方面的研究，正在一步步构建匹配UVC LED应用的标准化体系。