不排斥不捧殺,正確認識殺菌消毒神器—深紫外

 公司動態     |      2020-07-22 00:36

2020年的鼠年春節因為新型冠狀病毒的肆虐,注定將成為全國人民最刻骨銘心的一個春節。截止3月1日,新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)的感染者已累計確診80000多人,累計死亡2900多人。新冠疫情讓“消毒”成為高頻詞匯,75%濃度的酒精、84消毒液、免洗洗手液等消毒方式一次次被提及。

 

在國家衛健委發布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》中提到“病毒對紫外線和熱敏感”,紫外線殺菌消毒也因此一躍成為當前的熱點。紫外殺菌消毒在過去往往只是作為醫院等特殊場景的殺菌消毒方式,廣大消費者對紫外殺菌消毒還比較陌生。

 

那么,紫外線是如何殺死細菌和病毒的?紫外殺菌消毒有什么特點?有哪些注意事項?深紫外LED為何被稱為殺菌消毒神器?各國對于這一產業的布局情況如何?本文就將為讀者揭開深紫外LED的神秘面紗。


一、 紫外殺菌消毒的原理


紫外殺菌近期已經有很多文章進行了科普,這里還是重申三點:


第一,紫外線按照波長劃分,可以分為UVA長波紫外線(波長范圍315–400 nm)、UVB中波紫外線(波長范圍280 – 315 nm)、UVC短波紫外線(波長范圍200 – 280 nm)以及VUV真空紫外線(波長范圍10 – 200 nm)。其中UVA長波紫外線也經常被稱為近紫外線,UVC短波紫外線經常被稱為深紫外線。

 

第二,紫外線是一種誘變劑,在特定的波長范圍(主要是UVC)以及足夠高的劑量下,紫外線能夠引起細菌和病毒等微生物細胞中的DNA或RNA相鄰嘧啶分子間形成異常的化學鍵,阻礙DNA或RNA的復制,從而造成微生物細胞死亡。深紫外LED即通過發出UVC波長的深紫外線達到殺菌消毒的效果。

 

第三,非典時期中國疾病預防控制中心的研究人員發現,使用強度大于90uW/cm2的深紫外線照射冠狀病毒60分鐘,可以滅殺SARS病毒。新型冠狀病毒和SARS病毒類似,同屬于單股正鏈RNA病毒,因此理論上科學合理地使用紫外線可以有效滅殺新型冠狀病毒。


二、 紫外殺菌消毒的特點


紫外殺菌消毒主要有以下幾個特點:


(1) 殺菌消毒效率高:美國食品藥品監督管理局衛生評估與研究中心研究表明,在特征波長254nm、輻射強度4016uW/cm2的紫外光源照射下,SARS病毒在6分鐘后滅殺率可達到99.99%。相比于加熱消毒在75攝氏度下需要45分鐘才能滅殺SARS病毒,紫外殺菌消毒的效率要高出許多。


(2) 殺菌廣譜性:由于紫外線是直接對細菌和病毒的DNA和RNA起作用,因此在目前所有的殺菌消毒方式中,紫外線殺菌消毒的廣譜性最高,對幾乎所有細菌和病毒都能高效率滅殺。


(3) 無二次污染:常用的次氯酸鈉消毒液對環境有危害,會造成水體污染,其所釋放出的游離氯有可能引起中毒。相比之下,紫外線可以致使細菌和病毒直接死亡,沒有其它化學污染物產生。但要注意盡量避免使用波長小于243nm的紫外線而產生臭氧。


三、 紫外LED的優勢


目前用于殺菌消毒的紫外光源主要有兩種:傳統汞燈和深紫外LED。相比于傳統汞燈的諸多缺點,深紫外LED具有明顯的政策優勢和技術優勢。


傳統汞燈的缺點:


(1) 外形笨重,尺寸較大,并配有高壓電。

(2) 啟動時間長,無法做到即開即用。

(3) 易碎,使用壽命短,高達90%的使用壽命消耗在頻繁的開關階段。

(4) 劇毒,破裂后會造成汞泄漏,污染環境,嚴重危害人體健康。


深紫外LED的政策優勢:全球128個國家簽署的《聯合國水俁公約》已于2017年8月在中國正式生效,條約明令各國從2020年起禁止生產及進出口各種含有汞的制品,傳統汞燈將被禁止生產和銷售。我國政府先后頒布了《中國嚴格限制的有毒化學品名錄》和《優先控制化學品名錄(第一批)》等系列政策文件,對汞的管控提出明確要求。作為傳統汞加工制造和汞污染大國,中國政府積極踐行《水俁公約》要求。雖然,用于固化和殺菌的紫外汞燈還不在今年主要管制之列,但是從長遠來看,正如在通用照明領域LED替代傳統光源是必然趨勢,作為綠色環保的新型紫外固態光源的深紫外LED,將是傳統紫外光源--汞燈的唯一替代選擇。而隨著《水俁公約》的生效以及深紫外LED自身技術不斷進步,深紫外LED將迎來其產業規模的快速增長。


深紫外LED的技術優勢:在各種不同的殺菌消毒方式中,只有深紫外LED同時具備節約能源、即開即用、節省空間、免除維護、無毒無害、壽命長、無刺激性氣味等優異特性。相比于其它殺菌消毒方式,深紫外LED具有明顯的技術優勢。

四、 紫外LED的市場規模


綜合多家調研機構的市場分析,紫外LED器件的產值在2017年為2億美元,到2025年將達到13億美元左右,年復合成長率超過30%,其中深紫外LED為主要的成長動能。紫外LED具有體積小、設計靈活方便、無污染等特點,十分適合在白色家電中應用。根據中商產業研究院發布的《2018-2023年中國白電行業市場前景及投資機會研究報告》數據顯示,2018年我國白色家電產品銷量突破3.5億臺。若每臺產品增加紫外LED消毒功能,成本增加50元左右,據此全國即可增加175億人民幣的紫外LED消毒產品市場。



五、 深紫外LED外延芯片相關企業


目前全球紫外LED外延芯片相關企業主要分布在美國、德國、日本、韓國以及中國(包括大陸和臺灣地區)。

 

美國:

 

成立于1999年,位于美國南卡羅來納州的SETi公司是世界上最早在藍寶石襯底上商業化生產深紫外LED外延芯片產品的企業,其技術主要來源于南卡羅來納大學(University of South Carolina)的Asif Khan教授研究組。SETi的獨門絕技是在藍寶石襯底上通過遷移率增強外延(Migration Enhanced Metal Organic Chemical Vapor Deposition, 簡稱MEMOCVD)技術生長高質量的氮化鋁外延層。SETi于2015年被韓國Seoul Viosys收購,成為首爾半導體旗下的子公司。

 

另外一家成立于1997年,位于美國紐約州的企業Crystal IS,則主要專注于在單晶氮化鋁襯底上制備紫外LED外延芯片,其技術來源于倫斯勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)。Crystal IS于2011年被日本旭化成(Asahi Kasei)收購,成為旭化成的全資子公司。

 

成立于2014年,位于美國加利福尼亞州的Bolb公司,在2018年公開報道了其獨特的“透明P型層”技術,創造了深紫外LED光電轉換效率(WPE)新的世界紀錄。

 

另外一家位于美國加利福尼亞州的Rayvio公司,技術來源于波士頓大學(Boston University)Theodore Moustakas教授研究組,曾經推出過幾款UVB/UVC的產品。

 

德國: