近日，廈門大學(xué)康俊勇教授、尹君副教授課題組根據(jù)致病菌中遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)的紫外光吸收特性，開發(fā)了一種由275-nm氮化物L(fēng)ED組成的大功率（3.2 W）且輻照均勻的平面光源，能夠在1秒內(nèi)完成對新冠病毒、H1N1流感病毒、金黃色葡萄球菌的有效殺滅。研究的發(fā)現(xiàn)對人類社會(huì)在寒冷條件下使用深紫外光子消毒具有重要意義。
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：康聞?dòng)睿嵕?/p>
通信作者：康聞?dòng)睿悼∮?/p>
點(diǎn)評 | 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：“這項(xiàng)研究對DUV滅菌的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。”
研究背景
深紫外光（DUV）輻照能夠直接破壞致病菌的遺傳物質(zhì)或阻止遺傳物質(zhì)的有效復(fù)制，是抑制致病菌傳播的一種快速、有效的方式。在新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）肺炎疫情發(fā)生以來，紫外光消毒技術(shù)已被運(yùn)用在空氣、表面消毒。然而，病毒變異株（Delta與Omicron）和低溫條件對DUV病毒滅殺效果的影響仍然未知。特別是，新冠病毒在低溫環(huán)境下的存活時(shí)間更長，我國相關(guān)防疫部門在冷鏈貨物中已多次檢測出新冠病毒陽性，多地曾發(fā)生“物傳人”的本土疫情。因此，探究低溫環(huán)境下人類呼吸道病毒及其變體滅活的深紫外光子學(xué)尤為重要，將助力我國生物安全屏障的建立。
與此同時(shí)，隨著“水俁公約”的實(shí)施，以汞燈為代表的傳統(tǒng)紫外光源因?qū)Νh(huán)境的潛在污染，將逐步退出歷史舞臺(tái)。深紫外固態(tài)光源有著單一波長、無毒環(huán)保、小巧耐用、快速開關(guān)、易于集成等優(yōu)勢，代表了未來深紫外光源的發(fā)展趨勢，具有突出的科研與實(shí)用價(jià)值。現(xiàn)階段，深紫外固態(tài)光源仍需穩(wěn)步提升其輻照強(qiáng)度、面積、均勻性，并建立不同溫度、表面等場景下光劑量與病菌滅殺的量效關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)大面積的、高效率的致病菌殺滅。
研究亮點(diǎn)
廈門大學(xué)康俊勇教授、尹君副教授課題組根據(jù)致病菌中遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)的紫外光吸收特性，開發(fā)了一種由275-nm氮化物L(fēng)ED組成的大功率（3.2 W）且輻照均勻的平面光源，能夠在1秒內(nèi)完成對新冠病毒、H1N1流感病毒、金黃色葡萄球菌的有效殺滅（常溫下，≥99.99%）。
圖1 大功率深紫外平面光源。 (a) 氮化物固態(tài)光源模組；(b) 光源模組波長及微生物紫外吸收特性；(c) 光源對病菌殺滅效果。
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)使用該固態(tài)平面光源，探究病毒變異株、低溫環(huán)境等未知因素對DUV消毒效果的影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，冷凍環(huán)境下（如零下50攝氏度），需要顯著更高的紫外輻射劑量才能達(dá)到室溫下相同的致死率。研究團(tuán)隊(duì)首次建立了生物光電效應(yīng)的大弛豫負(fù)U模型，以闡述溫度因素的影響。指出在低溫環(huán)境下，DUV激發(fā)的電子被活性遺傳分子重新捕獲回到初始光離子化位置的可能性更高。值得關(guān)注的是，由于遺傳物質(zhì)與蛋白質(zhì)的特性，Omicron需要顯著更高的DUV劑量才能達(dá)到其它毒株相同的滅殺效果。
圖2 新冠病毒紫外光子學(xué)滅活的溫度依賴特性。
基于實(shí)測的消毒數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)建立了相應(yīng)的DUV光劑量與滅殺效果的量效關(guān)系，為相關(guān)從業(yè)者快速獲取在不同溫度下有效殺滅新冠病毒的紫外輻照劑量提供科學(xué)依據(jù)。這對如何使用DUV來抑制新型冠狀病毒肺炎疫情流行具有指導(dǎo)作用，特別是在低溫條件下(如食品冷鏈物流和冬季露天環(huán)境)。
圖3 不同溫度下有效殺滅Omicron毒株的紫外輻照劑量預(yù)測模型。 (a)不同殺滅效果所需光劑量；(b) 基于我國1月平均氣溫，預(yù)測露天環(huán)境下3-Log所需的光劑量。
該項(xiàng)研究成果首次從遺傳物質(zhì)的光電本質(zhì)入手，闡述了新冠病毒紫外光子學(xué)滅活的溫度依賴特性，并揭示了不同新冠病毒變異株的紫外滅活差異性。研究的發(fā)現(xiàn)對人類社會(huì)在寒冷條件下使用深紫外光子消毒，特別是針對新冠病毒的深紫外光子滅活技術(shù)具有重要意義。
該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFB3605002）、廈門市重大科技計(jì)劃（3502Z20211002）的資助，以“Deep-ultraviolet photonics for the disinfection of SARS-CoV-2 and its variants (Delta and Omicron) in the cryogenic environment”為題作為封面文章發(fā)表在Opto-Electronic Advances（光電進(jìn)展）2023年第9期。
研究團(tuán)隊(duì)簡介
該項(xiàng)工作由廈門大學(xué)、廈門市疾病預(yù)防控制中心、廈門市智慧健康研究院等單位合作完成。廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院康聞?dòng)钐厝胃毖芯繂T、廈門疾控中心鄭靖主任技師為本文共同第一作者。康聞?dòng)睢B門大學(xué)薩本棟微納米研究院尹君副教授、物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院康俊勇教授為共同通訊作者。
廈門大學(xué)康俊勇教授團(tuán)隊(duì)近年來致力于GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體的生長與器件制備研究，承擔(dān)多項(xiàng)國家重大研究計(jì)劃，已在國際學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表SCI／EI收錄論文數(shù)百篇。
康俊勇：廈門大學(xué)特聘教授，長期從事化合物半導(dǎo)體晶體生長及其特性表征的教學(xué)和科研工作，先后在國際著名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文500余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利數(shù)十項(xiàng)。
主頁：https://cpst.xmu.edu.cn/info/1417/14500.htm
尹君：廈門大學(xué)副教授，2014年畢業(yè)于華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院，同年加入廈門大學(xué)，主要研究方向?yàn)閷捊麕О雽?dǎo)體材料生長、量子調(diào)控及其器件應(yīng)用，高效有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池等，近年來在Light Sci. Appl.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Adv. Opt. Mater.、J Am. Chem. Soc.等期刊發(fā)表高水平論文30余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng)。已主持國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、中國博士后基金面上項(xiàng)目，福建省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，福建省科技廳工業(yè)引導(dǎo)性重點(diǎn)項(xiàng)目，江西省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、廈門市重大科技項(xiàng)目（子課題）等多項(xiàng)科研課題，承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目協(xié)作課題一項(xiàng)，參與國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、福建省科技計(jì)劃項(xiàng)目及廈門市科技項(xiàng)目等多項(xiàng)。主頁：https://sbd.xmu.edu.cn/info/1096/1444.htm
