【專業(yè)】紫外線及新型222nm技術(shù)——一文讓你讀懂紫外線

紫外線（Ultraviolet，簡稱UV）大家都不陌生，它是波長在10 - 400 nm之間的電磁波，太陽光中就含有部分紫外線。

                                                         電磁波譜 | 圖源：wikipedia

生活中我們常把紫外線分為UVA、UVB和UVC三類。

UVA為波長介于320 - 400 nm的紫外線，太陽光中的UVA可穿透大氣層，甚至到達(dá)皮膚的真皮層，造成曬黑，所以朋友們平時出門一定要做好防曬……

UVB為波長介于280 - 320 nm的紫外線，可到達(dá)皮膚表層，引發(fā)曬傷。太陽光中的大部分UVB會被臭氧層吸收，故只有很少的一部分UVB能到達(dá)地球表面。

UVC為波長介于100 - 280 nm的紫外線，此范圍的紫外線能量較高，具有一定的危險性，所幸臭氧層可以幫助我們完全阻隔UVC?？梢姵粞鯇拥闹匾?/span>……

                                          紫外線滲透到皮膚的各個層次 | 圖源：參考資料[2]

除了此外，我們還將波長介于10 - 200 nm的紫外線稱為“真空紫外線”，由于其會被空氣中的氧強(qiáng)烈地吸收。所以這種紫外線只有在無氧狀態(tài)下才能使用，應(yīng)用于一些特殊的工藝上。

日常紫外線消毒

日常生活中我們使用的紫外線燈大多是普通直管熱陰極低壓汞燈，通電后可以產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的波長為253.7 nm的紫外線，在進(jìn)行了一定時長的輻照后，就能達(dá)到99 - 99.9%的消殺效果。

那紫外線是如何起到消殺作用的呢？

科學(xué)家通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌病毒體內(nèi)的DNA / RNA會吸收部分UVC波段的紫外線。從下圖中不難看出，在260 nm附近吸收最為強(qiáng)烈。

                                          DNA / RNA對紫外線的吸收 | 圖源：參考資料[3]

大量吸收紫外線的DNA / RNA，其螺旋結(jié)構(gòu)就會被破壞，從而使機(jī)體的新陳代謝機(jī)能出現(xiàn)障礙，同時會喪失遺傳能力。當(dāng)輻照強(qiáng)度和時間都充足時，細(xì)菌病毒就會失活。

                              DNA結(jié)構(gòu)因紫外線輻照而被破壞     圖源：lit-uv.com/technology

因此，只要光源滿足：

能發(fā)出波長在260 nm附近的紫外線光強(qiáng)足夠強(qiáng)所用材料成本低，制造方便

就可以很方便地應(yīng)用于日常生活殺菌消毒。

綜合比較之后，低壓汞燈擔(dān)起了這個重任，因為其能發(fā)射強(qiáng)度較大的波長為253.7 nm（滿足在260 nm附近）的紫外線，同時汞的使用成本低，且低壓汞燈的制造相對簡單。

                 低壓汞燈發(fā)射光譜，253.7 nm為一個較強(qiáng)的特征峰   圖源：wantubizhi.com

這里順便解釋一下為什么紫外線是不可見光，但我們卻能看到紫外線燈發(fā)出的光。

正如上面這張光譜圖所示，低壓汞燈在通電后，紫外波段和可見光波段中的藍(lán)光、紫光都會被激發(fā)，所以其在發(fā)出紫外線的同時，也會同時發(fā)出一些波長的藍(lán)光和紫光，于是就形成了下面的圖景。

                                             紫外線消毒燈 | 圖源：百家號

需要注意的是，253.7 nm的紫外線能量較高，而且可透進(jìn)皮膚，如果人體長時間暴露于紫外線燈下，皮膚、眼睛都會受到傷害，輕則電光性眼炎、皮膚灼傷，重則白內(nèi)障、皮膚癌。所以紫外線燈開啟時，人一定要到紫外線燈照不到的地方等待。

于是222 nm應(yīng)運(yùn)而生了

文章開頭處我們說到，222 nm的紫外線能夠起到殺菌消毒作用而基本不對人體產(chǎn)生傷害。這是怎么做到的呢？

222 nm紫外線讓細(xì)菌病毒失活的原理和253.7 nm是一樣的，只不過換了個波段而已。

在前面講DNA / RNA對紫外線的吸收時，我們可以從吸收光譜中看到，除了260 nm附近的區(qū)域，在220 nm附近，也有一個吸收度上升的趨勢。

雖然沒有260 nm那里那么高，但如果給予足夠的光強(qiáng)和輻照時長，按道理也是能起到消殺效果的。

科學(xué)家通過對比實驗，測試了253.7 nm和222 nm紫外線消殺能力。

                                 兩種紫外線的消殺能力對比 | 圖源：參考資料[5]

可以發(fā)現(xiàn)兩種紫外線的消殺能力幾乎不相上下，在低強(qiáng)度時222 nm甚至超越 253.7 nm。

那222 nm是怎么做到對人體基本無害的呢？明明波長更短能量更高了呀？

這就不能單從能量的角度去考慮了，還要考慮波長變短后紫外線穿透能力的變化。

從前面UVA、UVB、UVC的介紹里我們可以看出，當(dāng)紫外線的波長變短時，其穿透能力也在減弱。

所以222 nm的紫外線相比254 nm的紫外線在皮膚中的穿透深度就淺了許多，對人體的傷害自然就小了。

科學(xué)家們通過對比實驗，讓一部分雄性無毛小鼠暴露于222 nm的紫外線中，一部分暴露于253.7 nm的紫外線中，一部分不暴露，保證紫外線光強(qiáng)和輻照時間一致，在暴露結(jié)束48小時后觀察其皮膚發(fā)生的變化。

                                   三組小鼠經(jīng)歷輻照后皮膚的變化 | 圖源：參考資料[5]

可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷222 nm紫外線輻照幾乎與無輻照沒區(qū)別，而253.7 nm的輻照讓皮膚受損嚴(yán)重。

為了過濾其余波長的光，發(fā)出更為純凈的222 nm波長，DOHAYL^?搭配納米級帶通濾過濾片。

                                  未使用和使用濾波片的氯化氪光譜 | 圖源：參考資料[5]

能實現(xiàn)民用嗎？

既然222 nm消毒技術(shù)如此強(qiáng)大，那在如今疫情防控常態(tài)化的大背景下，能否能實現(xiàn)民用呢？

據(jù)報道，目前東京奧運(yùn)會、北京冬奧會、博鰲論壇以及某些地區(qū)的醫(yī)院都已經(jīng)安排上了，而且反響強(qiáng)烈。

因為222 nm的紫外線可用于有人的場景，對于人員密度高、人流量大的場所，以及醫(yī)院（尤其發(fā)熱門診）這樣的高風(fēng)險場所具有特別的優(yōu)勢。【專業(yè)】

參考資料

[1] 紫外線 - 維基百科

[2] Pérez-Sánchez A, Barrajón-Catalán E,Herranz-López M, et al. Nutraceuticals for skin care: A comprehensive review ofhuman clinical studies[J]. Nutrients, 2018, 10(4): 403.

[3] Kiyoshi Yoshino,姜偉.紫外線殺菌的原理和最新應(yīng)用[J].中國照明電器,2005(04):28-31.

[4] Meulemans C C E. The basicprinciples of UV–disinfection of water[J]. 1987.

[5] Buonanno M, Ponnaiya B, Welch D, etal. Germicidal efficacy and mammalian skin safety of 222-nm UV light[J]. Radiationresearch, 2017, 187(4): 493-501.