文 | 南京丹普维兰环保科技有限公司

新冠疫情(COVID-9)对全球经济、公共卫生、世界格局带来深远影响,20年8月，亚行新报告指出新冠肺炎疫情对全球经济造成的影响可高达8.8万亿美元。目前急需一种高效、经济、易用杀菌技术！紫外线消毒，利用病原微生物吸收波长在200 nm〜280 nm之间的紫外线能量后，其遗传物质发生突变导致细胞不再分裂繁殖，达到杀灭病原微生物目的的消毒方式。本篇将给大家分享深紫外高功率LED在杀菌消毒中的研究进展及应用。

一

国标紫外线消毒器卫生要求的解读

GB28235-2020紫外线消毒器卫生要求的解读 ：

GB28235-2020紫外线消毒器卫生要求本标准的全部技术内容为强制性。

本标准按照GB/T1.12009 给出的规则起草。

本标准代替GB28235—2011《紫外线空气消毒器安全与卫生标准》并将与产品有效性和安全性指标密切相关的原材料要求改为强制性条款；

修改了技术要求内容，删除了电器安全性技术要求；

修改了应用范围的内容；

空气消毒现场试验；

本标准由中华人民共和国国家卫生健康委员会提出并归口；

本标准适用于以C波段紫外线（波长范围为200 nm〜280 nm）为杀菌因子的紫外线消毒器。

紫外线消毒：利用病原微生物吸收波长在200 nm〜280 nm之间的紫外线能量后，其遗传物质发生突变导致细 胞不再分裂繁殖，达到杀灭病原微生物目的的消毒方式。

紫外线消毒器： 以紫外线灯为光源,利用灯管辐射的紫外线为杀菌因子，对传播媒介上的病原微生物进行消毒的 器械。

紫外线空气消毒器： 利用紫外线灯、过滤网、风机和镇流器组合成的达到空气消毒目的的一种紫外线消毒器。

上层平射紫外线空气消毒器：安装于室内墙壁上端或顶端，离地高度＞2.1 m,紫外线平行于地面射出，达到空气消毒目的的紫外线空 气消毒器。

紫外线有效剂量：在一定运行时间内，紫外线消毒器所能实现的微生物杀灭紫外线剂量。 注：也称为紫外线消毒器的生物验证剂量。

消毒周 ： 紫外线消毒器实施一次消毒操作处理达到消毒要求的全过程。

消毒时间：紫外线消毒器在本标准规定的工作条件下，进行消毒处理的时间。

其他原材料要求：

• 过滤网滤材应具有阻挡紫外线泄漏的功能。采用纤维滤材的过滤网，不应有粉尘脱落。

• 紫外线空气消毒器零部件及壳体宜采用阻燃、抗紫外线辐射、耐腐蚀的材料(柜机侧后板采用 饭金件的除外)，不宜采用风速调节器。

• 移动式紫外线空气消毒器万向轮宜采用静音万向轮。

• 上层平射紫外线空气消毒器应设置人体感应保护装置。

• 紫外线强度波动范围：在开机5min后，正常工作状态下紫外线强度变化应达到稳定，波动范围不大于均值的5%。

有效寿命：主要元器件紫外线灯的有效寿命应≥1000 h。

循环风量：整机初始循环风量应不小于适用体积的8倍。

模拟现场试验：在实验室温度为20℃〜25℃、相对湿度为50%〜70%的条件下，开机作用至产品使用说明书规定 的时间（最长消毒时间不应超过2 h）,对空气中污染的白色葡萄球菌（8032）的杀灭率应≥99.9%。

现场试验：在现场自然条件下按照产品使用说明书规定的条件，开机作用至产品使用说明书规定的时间（最长 消毒时间不应超过2 h）,对空气中自然菌的消亡率应法90.0%。用于医疗机构环境空气消毒的，消毒后 空气中菌落总数还应符合GB 15982的卫生标准值;用于其他场所消毒的，消毒后空气中菌落总数还应符合相关标准的要求。

紫外线空气消毒器：适用于医疗卫生机构、病原微生物实验室、有卫生要求的生产车间、公共场所、学校、托幼机构等场所,在有人条件下的室内动态空气消毒，也可在无人条件下使用。

使用方法

• 根据待消毒处理空间的体积大小和产品使用说明书中适用体积要求，选择适用的紫外线空气消毒器机型。

• 按照使用说明书要求安装紫外线空气消毒器。

• 进行空气消毒时，应关闭门窗，接通电源，指示灯亮，按动开关或遥控器，设定消毒时间，消毒器 开始工作。按设定程序经过一个消毒周期，完成消毒处理。动态空气消毒器运行方式采用自动间断运行。

循环风量：按GB/T 14294—2008中B.2.1规定的方法测定。

组合式空调机组风量测定方法

... ...

B．2．1．4测量方法

a)测量所选截面上各点的速度，取平均值。

 ... ...

d）由断面风速和面积得出的风量。

二深紫外LED技术最新发展动态

1

深紫外LED消毒技术介绍。

什么是深紫外LED技术？简单来说，就是通过LED半导体发光器件发出波长最短紫外线的技术。波长最短紫外线杀伤性最大，深紫外LED对病毒的杀灭达到了广普性、快速性及无害性。 

UVC LED能破坏细菌或病毒中作为遗传物质的的脱氧核糖核酸DNA或核糖核酸RNA,从而实现杀菌消毒的效果。紫外线波段在电磁波中的位置以及UVC对大肠杆菌及冠状病毒灭活的示意如下图。

深紫外LED与紫外线汞灯比较

 

     自2020年起，包括美国、欧盟、中国、日本及澳大利亚等的140多个国家，已开始履行《关于汞的水俣公约》，逐渐淘汰在商业和工业过程中使用有毒的汞。

      相较LED光源，汞灯于杀菌成效和使用寿命方面均较低，汞灯体积亦较LED灯大、且每次开启时均需时间加热，消毒时间亦较长 。

     深紫外LED设备不含汞等有毒元素或化合物，且波长 260~280nm，明细优于紫外线汞灯波长（253.7nm），在紫外波段是汞灯的有效替代。

3

紫外线消毒作用介绍

已验证的杀毒灭菌能力：

• 辐照强度>90 μW/cm²的UVC，30min就可杀灭SARS病毒。

• 辐照强度30mW/cm² 的UVC，1s即可完成绝大部分细菌100%杀灭。

注：深紫外LED空气净化产品辐照强度达到450mW/cm² 。

 

4

深紫外LED发展阶段

 

【国家级期刊】《中国高新科技》于2020 年第 21 期发表“深紫外发光二极管研究进展及其在杀菌消毒中的应用”一文中明确提到深紫外LED对新型冠状病毒的灭活作用。

随着新冠疫情的全球爆发和进一步持续，大众对紫外杀菌消毒的关注度持续攀升！

➢ 2013年,“863计划”明确将第三代半导体材料及其应用列为重要内容；

➢ 2014年6月，国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》，设立1000亿级的国家集成电路产业投资基金；

➢ 2015年5月，国务院印发了《中国制造2025》，其中多次提到了以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表的第三代半导体光电、微波器件；

➢ 2015年和2016年，国家科技重大专项02专项也对第三代半导体器件的研制和应用进行立项；

➢ 2017年，北京、江苏、山东和广东等地陆续出台促进化合物半导体发展的62项相关政策。国内已经形成了第三代半导体产业发展的聚集区：京津冀、长三角、珠三角、和闽三角。地方政府出台“十三五规划”、“重点研发计划”、“科技创新规划”中涉及第三代半导体条款的政策有30条。第三代半导体行业受国家大力支持，出台多种扶持政策！

 

5

深紫外LED研发动向

➢  厦门大学张保平团队在深紫外LED对水体消毒方面开展了较系统的研究。目前对于 UV 杀菌应用的研究主要集中于水体杀菌和空气杀菌两个方向。发现UVC LED（波长260~280nm）与汞灯光源（波长253.7nｍ）的光谱波长存在一定差异。在不同波长、不同强度的深紫外LED对水体消毒作用的对比方面，发现275nm的波长对大肠杆菌的杀灭作用最为显著且 能够有效抑 制 菌 群 的 再 生 作 用。

➢ 南京大学周玉刚、许朝辉团队重点研究了高效深紫外LED模组的制造，并享有发明专利和全国创业总决赛一等奖。

➢ 日本名古屋市立大学的团队设计了一种利用水波导技术提升UVC光源利用效率的装置，UVC通过水流形成的光波导后，可对水管中的水流照射较长时间，有效提高了杀菌消毒效率。

➢ 美国哈佛大学的一个团队对空气杀菌研究中，在暖通空调系统内安装UV杀菌辐射装置，发现其杀菌效率比便携式UV杀菌器更高。 

➢ 香港城市大学Ａlvin团队与其他团队合作也在空气杀菌方面开展了较多研究，设计一个通风管道UVC LED系统，测试其对５种空气传播病原体：粘质沙雷氏菌、产碱假单胞菌、大肠杆菌、肠沙门氏菌类和表皮葡萄球菌的杀菌功效，实 验 结 果 表 明 在 HAVC系统管道内装置UVC LED可能会提供一种补充解决方案，以改善机械通风或空调环境中的室内空气质量。

➢2003年严重急性呼吸综合征(SARS）疫情过后，UV对冠状病毒的灭活能力研究是一个热点。2004年，美国食品药品监督管理局针对一些主流的病毒灭活方法做了对比研究。该工作分别将254nm的UVC光源和365nm的UVA光源对着两组样品距离3cm照射。紫外线中UVC波段对该冠状病毒具有显著的灭活效果。此外，还对比了高温灭活，发现56摄氏度高温灭活需要20min才能达到UVC照射6min的效果。上述研究结果表明UVC消毒比高温消毒效率更高。

三

深紫外LED技术实际应用领域

2020年，随着新冠疫情的全球爆发和进一步持续，大众对紫外杀菌消毒的关注度持续攀升，UV LED产业积极为疫情防控病毒消杀提供科技力量。UV LED在光固化、光医疗、空气消毒、公共交通安全等领域也有广泛的应用发展，逐渐应用并显效。

UVC LED逐渐应用并显效

➢第一季度，日本率先使用UVC LED的消毒袋，具有99.9％的杀菌效果，杀菌时间为8分钟，由8个UVC LED发出的紫外线在袋子内漫反射，用以消毒每个角落。

➢1月份，韩国推出了新版UV LED牙刷消毒器，自带灯光提示功能，放入牙刷、合起盖子时就会自动开启UV LED灯进行消毒杀菌。

➢3月份，全球婴儿生活方式品牌公司与专注于UV LED技术最新的创新产品——迷你灭菌器，在对抗细菌和病毒的战斗中威力非凡，在短短59秒内，它就能为父母和孩子们提供一个可以信赖的清洁环境。利用UVC LED光消除99％以上的奶嘴和奶瓶等小型婴儿物品的病毒和细菌——包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、RSV、沙门氏菌等。

• 西安交通大学铜川物联网绿色发展研究院研发出一款智能UVC LED紫外线消毒灯，通过波长275nm深紫外线实现杀菌消毒，灯珠寿命长达10000小时以上。产品加入了智能光线和人体感应设计，避免了手持式或固定紫外消毒灯在有人时消毒对人体皮肤、眼睛造成伤害。

• 南京大学电子科学与工程学院微电子与光电子学系，研发出一款高效深紫外LED光解模块，专注于空调新风、循环风系统常态消毒，并经过第三方多次检测杀毒效果均为99.90%以上。

 

➢4月份，国内某科技团队推出杀菌包、杀菌盒，可以完成贴身衣物、擦脸毛巾、手机、玩具等物品的消毒，且都能实现双面无死角杀菌。除了杀菌包、杀菌盒，还生产以UV LED为光源的杀菌橱柜灯/杀菌灯带等，主要应用于近距离表面杀菌，或者小空间杀菌。例如：鞋柜、衣柜内部，或者厨房工作台旁边、电视机背后等容易滋生细菌的地方。

➢6月份，在国内推出，杀菌盒。杀菌盒工作原理是利用涡轮风扇吸入及排出空气进行过滤，在涡轮风扇出风口处放置高效除菌的高科技纳米材料过滤，搭配UVCLED深紫外灯照射达到双层杀菌功效。杀菌盒经第三方权威机构的甲醛测试、微生物分析检测，证明有效。

➢7月份，德国著名的光电器件公司推出了UVC LED灯具。该装置可用于表面消毒，消毒效果已在多项研究中得到证实。

➢9月份，首尔正在开发一种所谓的“光子淋浴”产品，将UVCLED模块应用到该技术中，以提高在COVID-19大流行中医疗人员和患者的安全。新的“光子淋浴器”是一种全身消毒解决方案，在几秒钟内对人们衣服表面的各种细菌进行消毒。

➢12月份，美国的商业和家庭环境风扇提供商，吊扇搭载的是265 nm的芯片。产品可在室内使用，例如家庭，教室，办公室和餐馆等。此外，吊扇还包括蓝色指示灯LED，当打开UVC LED芯片时，蓝色指示灯会亮起，提醒用户知道空气正在被净化。加州测试实验室于检查了该产品对冠状病毒灭杀的有效性。就气雾剂测试而言，到20分钟时，该水平已升至99.99％或更高。

深紫外LED技术实际应用领域

➢ 美国某环保集团推出了HALO-LED™UV LED空气净化系统，是业界首个紫外线LED管道内全屋空气净化系统，该系统既不含汞又符合零臭氧标准。符合加利福尼亚州空气资源委员会（CARB）要求的性能标准。

➢ 首尔某环保集团公司宣布将于6月初在韩国和美国同步在线推出个人空气净化器（型号名称VAC），可降低空气中的新型冠状病毒（SARS-CoV-2）以及各种有害细菌造成人际传播的风险。这是世界上被证明可对新型冠状病毒进行空气消毒的紫外线LED技术空调和供暖系统。首尔将在2020年8月31日之前进行试点安装新的技术解决方案的活动，重点是作为抗冠状病毒一部分的全球公共设施，如办公室，购物中心和机场。

➢ 国内科研院校与科技公司组合推出新一代UVC LED空气杀菌模组及产品，包括了在空调、空气净化器等产品上的应用。针对空气净化设备及空调类设备等空间紧凑型产品的配套UVC LED杀菌功能模块，其特殊的聚光设计，能够将LED发散的紫外射线聚拢在设备内部，一则提高了紫外线利用率，二则无紫外射线泄露于设备之外造成人身安全问题。

➢ 美国宣布其高功率UVC LED杀菌灯通过了美国国家卫生研究院（NIH）的测试，证明该杀菌灯能够消灭N95口罩以及钢材质表面上99.9999%的新型冠状病毒。UVC LED杀菌灯由美国食品和药物管理局（FDA）批准，并且已在FDA注册为医疗消毒设备，可用于商业用途。

UVC LED进入更多公共应用场景

        波音公司与某公司签订了专利和技术许可证，波音获得授权可制造用于飞机的飞行甲板和内饰消毒的远紫外线消毒棒，产品使用222nm的UVC LED。

        将制造由波音公司设计的紫外线消毒棒。该产品是一款独立的轻型设备，可以在不到15分钟的时间内对驾驶舱完成消毒。国内即将于年底在地铁上安装的UVC LED杀菌装置，是国内首家将深紫外杀菌应用于轨道交通场景。采用杀菌率最高的260-265nm波长的UVC LED方案。

UVC LED 其它应用领域

        位于德国柏林的费迪南德-布劳恩研究所研发了一款模块化系统，其可搭载波长为265nm的UV LED，对手机、可重复利用口罩等日用品以及饭店菜单等进行表面杀菌。同时，该系统还能够用于医疗诊所和实验室等专业场所。还全新推出UVC LED系统，且已被证明可以消灭SARS-CoV-2病毒。这项开发为共享空间的快速、便携式消灭病毒铺平了道路，例如医疗设施，长期护理之家和人流量大的公共场所。

        标准的50WApollo UVC LED产品可以达到10mj/cm2的剂量，可以在2英尺内以不到30s的时间消灭99.99％的SARS-CoV-2，1英尺内则不到8s。

四结语

深紫外LED凭借其优异的杀菌消毒性能，应用在空气、水、表面杀菌、化学分析、生物作用等各类民用、军用、工业场景。发光二极管作为新一代光源，不含汞等有毒元素或化合物，在紫外波段是汞灯的有效替代。应用场景涉及医院、污水处理厂、食品厂、化妆品厂、奶制品厂、酿酒厂、饮料厂等等。