深紫外光子灭活技术【厦门大学康俊勇教授团队】

近日，厦门大学康俊勇教授、尹君副教授课题组根据致病菌中遗传物质、蛋白质的紫外光吸收特性，开发了一种由275-nm氮化物LED组成的大功率（3.2 W）且辐照均匀的平面光源，能够在1秒内完成对新冠病毒、H1N1流感病毒、金黄色葡萄球菌的有效杀灭。研究的发现对人类社会在寒冷条件下使用深紫外光子消毒具有重要意义。

封面文章 | Kang WY, Zheng J, Huang JX, Jiang LN, Wang QN et al. Deep-ultraviolet photonics for the disinfection of SARS-CoV-2 and its variants (Delta and Omicron) in the cryogenic environment. Opto-Electron Adv 6, 220201 (2023).

第一作者：康闻宇，郑靖

通信作者：康闻宇，尹君，康俊勇

点评 | Wu TZ, Lai SQ, Chen Z, Kuo HC. Recent developments in deep-ultraviolet sterilization of human respiratory RNA viruses. Opto-Electron Adv 6, 230154 (2023).

郭浩中教授：“这项研究对DUV灭菌的发展作出了重要贡献。”

研究背景

深紫外光（DUV）辐照能够直接破坏致病菌的遗传物质或阻止遗传物质的有效复制，是抑制致病菌传播的一种快速、有效的方式。在新型冠状病毒（SARS-CoV-2）肺炎疫情发生以来，紫外光消毒技术已被运用在空气、表面消毒。然而，病毒变异株（Delta与Omicron）和低温条件对DUV病毒灭杀效果的影响仍然未知。特别是，新冠病毒在低温环境下的存活时间更长，我国相关防疫部门在冷链货物中已多次检测出新冠病毒阳性，多地曾发生“物传人”的本土疫情。因此，探究低温环境下人类呼吸道病毒及其变体灭活的深紫外光子学尤为重要，将助力我国生物安全屏障的建立。

与此同时，随着“水俣公约”的实施，以汞灯为代表的传统紫外光源因对环境的潜在污染，将逐步退出历史舞台。深紫外固态光源有着单一波长、无毒环保、小巧耐用、快速开关、易于集成等优势，代表了未来深紫外光源的发展趋势，具有突出的科研与实用价值。现阶段，深紫外固态光源仍需稳步提升其辐照强度、面积、均匀性，并建立不同温度、表面等场景下光剂量与病菌灭杀的量效关系，从而实现大面积的、高效率的致病菌杀灭。

研究亮点

厦门大学康俊勇教授、尹君副教授课题组根据致病菌中遗传物质、蛋白质的紫外光吸收特性，开发了一种由275-nm氮化物LED组成的大功率（3.2 W）且辐照均匀的平面光源，能够在1秒内完成对新冠病毒、H1N1流感病毒、金黄色葡萄球菌的有效杀灭（常温下，≥99.99%）。

图1 大功率深紫外平面光源。 (a) 氮化物固态光源模组；(b) 光源模组波长及微生物紫外吸收特性；(c) 光源对病菌杀灭效果。

同时，研究团队使用该固态平面光源，探究病毒变异株、低温环境等未知因素对DUV消毒效果的影响。经研究发现，冷冻环境下（如零下50摄氏度），需要显著更高的紫外辐射剂量才能达到室温下相同的致死率。研究团队首次建立了生物光电效应的大弛豫负U模型，以阐述温度因素的影响。指出在低温环境下，DUV激发的电子被活性遗传分子重新捕获回到初始光离子化位置的可能性更高。值得关注的是，由于遗传物质与蛋白质的特性，Omicron需要显著更高的DUV剂量才能达到其它毒株相同的灭杀效果。

图2 新冠病毒紫外光子学灭活的温度依赖特性。

基于实测的消毒数据，研究团队建立了相应的DUV光剂量与灭杀效果的量效关系，为相关从业者快速获取在不同温度下有效杀灭新冠病毒的紫外辐照剂量提供科学依据。这对如何使用DUV来抑制新型冠状病毒肺炎疫情流行具有指导作用，特别是在低温条件下(如食品冷链物流和冬季露天环境)。

图3 不同温度下有效杀灭Omicron毒株的紫外辐照剂量预测模型。 (a)不同杀灭效果所需光剂量；(b) 基于我国1月平均气温，预测露天环境下3-Log所需的光剂量。

该项研究成果首次从遗传物质的光电本质入手，阐述了新冠病毒紫外光子学灭活的温度依赖特性，并揭示了不同新冠病毒变异株的紫外灭活差异性。研究的发现对人类社会在寒冷条件下使用深紫外光子消毒，特别是针对新冠病毒的深紫外光子灭活技术具有重要意义。

该工作得到了国家重点研发计划（2022YFB3605002）、厦门市重大科技计划（3502Z20211002）的资助，以“Deep-ultraviolet photonics for the disinfection of SARS-CoV-2 and its variants (Delta and Omicron) in the cryogenic environment”为题作为封面文章发表在Opto-Electronic Advances（光电进展）2023年第9期。

研究团队简介

该项工作由厦门大学、厦门市疾病预防控制中心、厦门市智慧健康研究院等单位合作完成。厦门大学化学化工学院康闻宇特任副研究员、厦门疾控中心郑靖主任技师为本文共同第一作者。康闻宇、厦门大学萨本栋微纳米研究院尹君副教授、物理科学与技术学院康俊勇教授为共同通讯作者。

厦门大学康俊勇教授团队近年来致力于GaN、SiC等宽禁带半导体的生长与器件制备研究，承担多项国家重大研究计划，已在国际学术刊物上发表SCI／EI收录论文数百篇。

康俊勇：厦门大学特聘教授，长期从事化合物半导体晶体生长及其特性表征的教学和科研工作，先后在国际著名学术刊物上发表论文500余篇，授权国家发明专利数十项。

主页：https://cpst.xmu.edu.cn/info/1417/14500.htm

尹君：厦门大学副教授，2014年毕业于华中科技大学光学与电子信息学院，同年加入厦门大学，主要研究方向为宽禁带半导体材料生长、量子调控及其器件应用，高效有机无机杂化太阳能电池等，近年来在Light Sci. Appl.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Adv. Opt. Mater.、J Am. Chem. Soc.等期刊发表高水平论文30余篇，获授权发明专利10余项。已主持国家自然科学基金青年基金项目、中国博士后基金面上项目，福建省自然科学基金面上项目，福建省科技厅工业引导性重点项目，江西省自然科学基金重点项目、厦门市重大科技项目（子课题）等多项科研课题，承担国家重点研发计划项目协作课题一项，参与国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目、福建省科技计划项目及厦门市科技项目等多项。主页：https://sbd.xmu.edu.cn/info/1096/1444.htm