紫外線消毒作為一項(xiàng)技術(shù)，已經(jīng)存在了一段時(shí)間。盡管實(shí)用，但尚未顯示出針對(duì)新冠病毒傳播的大規(guī)模療效。
但紫外線前景和潛力巨大：SSLEEC成員公司首爾半導(dǎo)體公司在4月初報(bào)告說，他們的紫外線LED產(chǎn)品可在30秒內(nèi)對(duì)冠狀病毒進(jìn)行99.9%的滅菌處理。他們的技術(shù)目前正被用于汽車中，用于對(duì)未使用的車輛內(nèi)部進(jìn)行消毒的UV LED燈。
在加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的固態(tài)照明和能源電子中心(SSLEEC)及其附屬公司，研究人員正在開發(fā)能夠?qū)佑|新冠病毒的表面以及空氣、水進(jìn)行凈化的紫外線LED燈。這種紫外線LED將對(duì)HVAC系統(tǒng)內(nèi)的個(gè)人防護(hù)設(shè)備、表面、地板等進(jìn)行消毒。該研究目前發(fā)表在ACS Publications上，題為“AlGaN Deep-Ultraviolet Light-EmitTIng Diodes Grown on SiC Substrates”。
值得注意的是，并非所有的紫外線波長都相同。UV-A(315-400nm)和UV-B(280-315nm)等應(yīng)用比較常見，但罕見UV-C(200-280nm)紫外線，一般用于凈化空氣和水以及使微生物失活。這些只能通過人為過程生成。
在生物體中，DNA或RNA是細(xì)菌和病毒體內(nèi)的遺傳物質(zhì)，它們原本按照一定規(guī)律配對(duì)排列。但若細(xì)菌或病毒吸收紫外線達(dá)到一定劑量，積聚的能量將猶如一把“光刀”，切斷DNA和RNA內(nèi)部的原有配對(duì)，進(jìn)而導(dǎo)致病毒和細(xì)菌直接死亡，或因不能繁衍復(fù)制而失去毒性。本次新型冠狀病毒(2019-nCov)屬于單鏈正鏈RNA病毒，紫外線同樣能夠起到滅活效果，但必須經(jīng)過一定強(qiáng)度的(UVC)紫外線來照射一定時(shí)長。
材料博士研究員克里斯蒂安·佐爾納(ChrisTIan Zollner)指出：“與當(dāng)前消毒技術(shù)最相關(guān)的260-285nm范圍內(nèi)的UV-C光也對(duì)人體皮膚有害，因此，目前，它主要用于在消毒時(shí)沒人的環(huán)境中使用。”實(shí)際上，世界衛(wèi)生組織警告不要使用紫外線消毒燈對(duì)手或皮膚其他部位進(jìn)行消毒，即使短暫暴露于UV-C光線下也可能引起灼傷和傷及眼睛。
在新冠大流行流行之前，SSLEEC的材料科學(xué)家已經(jīng)在研究UV-C LED技術(shù)。電磁頻譜的這一領(lǐng)域是固態(tài)照明的一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域。Zollner認(rèn)為，UV-C光通常是通過汞蒸氣燈產(chǎn)生的，“要使UV LED在效率、成本、可靠性和使用壽命方面發(fā)揮其潛力，還需要許多技術(shù)進(jìn)步。”
在ACS Photonics雜志上發(fā)表的一封信中，研究人員反饋了一種制造高品質(zhì)深紫外(UV-C)LED的更得體的方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上沉積半導(dǎo)體合金氮化鋁鎵(AlGaN)的膜。碳化硅(SiC)——與更廣泛使用的藍(lán)寶石襯底不同。Zollner認(rèn)為，與使用藍(lán)寶石相比，使用碳化硅作為襯底可以使高質(zhì)量的UV-C半導(dǎo)體材料更高效，更具成本效益的增長。他解釋說，這是由于材料的原子結(jié)構(gòu)緊密匹配。
研究人員在開發(fā)UV-C LED技術(shù)時(shí)想到的主要應(yīng)用是便攜式、速效水消毒。在世界上欠缺清潔水的欠發(fā)達(dá)地區(qū)，二極管的耐用性、可靠性和小尺寸將成為改變游戲規(guī)則的幾大要素。除了用于水衛(wèi)生目的的UV-C之外，UV-C燈還可以集成到?jīng)]有人時(shí)打開的系統(tǒng)中。“這將為公共、零售、個(gè)人和醫(yī)療場所的消毒提供一種低成本、無化學(xué)藥品且方便的方法。”
其他研究貢獻(xiàn)者包括Burhan K. SaifAddin (lead author)、Shuji Nakamura、Steven P. DenBaars、James S. Speck、 Abdullah S. Almogbel、BasTIen Bonef、Michael Iza和Feng Wu，他們都來自SSLEEC或者加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校的材料系。
“根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，基板和薄膜在結(jié)構(gòu)上(在原子晶體結(jié)構(gòu)方面)彼此越相似，就越容易獲得高質(zhì)量的材料。”質(zhì)量越好，LED的效率和性能就越好。藍(lán)寶石在結(jié)構(gòu)上是不同的，生產(chǎn)無瑕疵和未對(duì)準(zhǔn)的材料通常需要復(fù)雜的附加步驟。
Zollner教授表示，碳化硅并不是完美的搭配，但無需昂貴的其他方法即可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量。此外，他指出，碳化硅比“理想的”氮化鋁襯底便宜得多，從而使其更易于批量生產(chǎn)。