Dana Mackenzie

Senior Technology Writer

在對(duì)抗2019年新型冠狀病毒（COVID-19）大流行的過(guò)程中，一種舊式武器再度出現(xiàn)[1]。1903年，Niels Finsen因發(fā)現(xiàn)紫外線（UV）可以殺死細(xì)菌而榮獲諾貝爾獎(jiǎng)[2]，此后一個(gè)多世紀(jì)里，紫外線作為一種消毒方法大受歡迎，并廣泛用于消毒病房和其他公共場(chǎng)所。

總部位于美國(guó)得克薩斯州圣安東尼奧市的Xenex公司的首席科學(xué)家兼聯(lián)合創(chuàng)始人Mark Stibich說(shuō)：“病原體已經(jīng)進(jìn)化，但我們用來(lái)清潔環(huán)境的工具尚未更新。我們需要新的工具來(lái)對(duì)付它們，而不僅僅是拖把和水桶?！?/p>

Xenex旗下的名為L(zhǎng)ightStrike的消毒機(jī)器人（圖1），可以在2 min內(nèi)殺死1 m范圍內(nèi)的99.99%的嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（SARS-CoV2）[3]。紫外線不會(huì)取代拖把和水桶，而是針對(duì)細(xì)菌和病毒以一種不同的和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方式對(duì)化學(xué)消毒劑進(jìn)行補(bǔ)充。

Xenex是至少30家生產(chǎn)紫外線消毒設(shè)備的公司之一，這些設(shè)備不僅限于醫(yī)院使用。另一家公司，即位于美國(guó)加利福尼亞州洛杉磯市的Dimer UVC公司，銷售一種名為GermFalcon的裝有紫外線燈的手推車（圖2），并聲稱可以在3 min內(nèi)對(duì)整個(gè)飛機(jī)進(jìn)行消毒[4]。紫外線也被用于給醫(yī)療口罩消毒以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用[5]。

根據(jù)波長(zhǎng)，紫外線通?？煞譃槿?，并且這些光線都是肉眼不可見(jiàn)的。波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是普通太陽(yáng)光線中的UVA（波長(zhǎng)為315～400 nm）和UVB（波長(zhǎng)為280～315 nm）。如果一個(gè)人在沒(méi)有保護(hù)的情況下在室外停留太長(zhǎng)時(shí)間，這些光線會(huì)曬傷皮膚。UVA和UVB對(duì)細(xì)菌的殺滅能力有限，因?yàn)椴《竞图?xì)菌已經(jīng)適應(yīng)了它們數(shù)百萬(wàn)年。

圖1. 安裝在醫(yī)院房間（a）和酒店房間（b）內(nèi)的Xenex LightStrike機(jī)器人，在使用過(guò)程中是靜止的，但其“頭部”可上下移動(dòng)，并且氙燈通過(guò)紫外線每秒產(chǎn)生多次脈沖，紫外線的光譜范圍為200～315 nm。圖片來(lái)源：Xenex，已獲授權(quán)許可。

圖2. GermFalcon是一種紫外線消毒設(shè)備，可以在飛機(jī)過(guò)道上上下移動(dòng)。它需要一個(gè)由紫外線防護(hù)罩保護(hù)的操作員來(lái)推動(dòng)它。圖片來(lái)源：Diner UVC，已獲授權(quán)許可。

但是UVC（波長(zhǎng)為200～280 nm）被大氣層完全吸收，并且從未到達(dá)地球表面[6]。因此，UVC對(duì)SARSCoV2來(lái)說(shuō)，就像病毒之于人類一樣新鮮。根據(jù)國(guó)際紫外線協(xié)會(huì)（International Ultraviolet Association）報(bào)道，在254 nm的光照下，每平方厘米40 mJ 的劑量至少可以殺死99.99%的“任何病原微生物”[6,7]。

目前紫外線消毒系統(tǒng)有許多不同的設(shè)計(jì)。有些系統(tǒng)僅由一個(gè)裸露的燈泡和一個(gè)計(jì)時(shí)器組成，而另一些則是可以到達(dá)難以接近的地方的移動(dòng)機(jī)器人[8]。兩個(gè)主要的設(shè)計(jì)選擇是光的波長(zhǎng)和傳輸方式。到目前為止，最常見(jiàn)的用于殺菌的紫外線波長(zhǎng)是254 nm，由低壓汞燈產(chǎn)生。這些燈泡制造起來(lái)既簡(jiǎn)單又便宜，因?yàn)樗鼈儾捎昧伺c熒光燈泡基本相同的技術(shù)。熒光燈泡實(shí)際上是在燈泡內(nèi)部產(chǎn)生紫外線。但是，沉積在燈泡玻璃表面的磷光體吸收了這些光線，并以人類可以看到的更長(zhǎng)的波長(zhǎng)重新發(fā)射。為了制造紫外線燈，將玻璃替換為一種對(duì)紫外線透明的材料，如熔融石英。

然而，254 nm可能不是殺死所有病毒的最佳波長(zhǎng)。專家認(rèn)為，不同的波長(zhǎng)會(huì)以不同的方式殺死病毒[9,10]。波長(zhǎng)為254 nm的紫外線會(huì)破壞病毒的脫氧核糖核酸（DNA）或核糖核酸（RNA），使病毒無(wú)法繁殖。較短的波長(zhǎng)，如207～222 nm（有時(shí)稱“遠(yuǎn)紫外線”）被認(rèn)為會(huì)破壞需要附著在人體細(xì)胞上的病毒表面的蛋白質(zhì)。因此，用于描述紫外線對(duì)病毒殺滅能力的曲線呈雙峰形，其中在較短波長(zhǎng)處有一個(gè)峰值，另一個(gè)峰值出現(xiàn)在波長(zhǎng)為265 nm左右的地方。

Xenex系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為利用這兩種病毒殺滅方法進(jìn)行消毒，即利用脈沖氙氣流產(chǎn)生光線，其光譜范圍為200～315 nm。因?yàn)殡瘹馐且环N惰性氣體，由氙氣刺激的燈泡比含有有毒汞的燈泡更容易處理。據(jù)該公司稱，目前全球有500多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)正在使用Xenex機(jī)器人進(jìn)行全室消毒。

雖然用UVC燈進(jìn)行消毒仍是試驗(yàn)性的，但也可能有其內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。初步證據(jù)表明，在健康人身上，UVC不會(huì)穿透皮膚細(xì)胞外死皮層或眼睛上的液膜[10,11]。因此，它不會(huì)像UVA和UVB那樣引起皮膚癌或白內(nèi)障。它似乎也不會(huì)像標(biāo)準(zhǔn)的UVC那樣造成暫時(shí)的皮膚灼傷和眼睛損傷（“焊接閃光”）。據(jù)推測(cè)，這主要取決于暴露的強(qiáng)度。例如，強(qiáng)烈暴露以破壞手上的病原體是否安全尚不可知。

然而，醫(yī)生可能需要一些說(shuō)服力才能接受“某些紫外線對(duì)人眼是安全的”這一觀點(diǎn)?？屏_拉多大學(xué)博爾德分校的環(huán)境工程學(xué)教授Karl Linden說(shuō)：“在我確信之前，我希望看到更多關(guān)于長(zhǎng)期暴露的研究。”如果可以證明它在偶然接觸時(shí)是安全的，那么利用UVC燈消毒可能是消毒經(jīng)常有人的空間的最好的方式，如24 h營(yíng)業(yè)的市場(chǎng)。它們也可能被用于醫(yī)院的持續(xù)性消毒。

無(wú)論使用什么波長(zhǎng)，殺菌紫外線還有另一個(gè)問(wèn)題需要克服，即如果表面處于陰影中，該表面就不會(huì)被消毒。病房中到處都是陰影，有很多表面和物體以不同的角度從地板、墻壁和天花板伸出。在最近發(fā)表的一項(xiàng)研究中，當(dāng)將一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)UVC燈置于房間中央并按照制造商的說(shuō)明操作時(shí)，有些地方（如衣柜和水槽）將部分或完全處于陰影中，并且沒(méi)有獲得所需的40 mJ·cm-2的全劑量以確保99.99%消毒[12]。

因此，必須將許多系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到幾個(gè)不同的地方，以便用UVC燈對(duì)房間進(jìn)行徹底消毒。這意味著管家必須進(jìn)入房間、放置UVC燈、離開(kāi)房間、打開(kāi)UVC燈5 min左右，然后重新進(jìn)入房間，重新放置設(shè)備等。這是一個(gè)費(fèi)力的過(guò)程。為了解決這一問(wèn)題，總部位于丹麥奧登塞的UVD Robots公司開(kāi)發(fā)了一種可以在房間內(nèi)自主移動(dòng)的紫外線系統(tǒng)，從而無(wú)需手動(dòng)重新定位。據(jù)一位UVD Robots公司的發(fā)言人說(shuō)，該公司最近向Sunay Healthcare Supply公司（位于奧登塞）出售了數(shù)量為“三位數(shù)”的機(jī)器人供中國(guó)使用，目前這些機(jī)器人已在中國(guó)的2000家醫(yī)院投入使用[8]。該公司表示，他們的機(jī)器人現(xiàn)在正在為六大洲的50多個(gè)國(guó)家/地區(qū)提供服務(wù)。

如果紫外線消毒效果很好，為什么花了這么長(zhǎng)時(shí)間才被醫(yī)院接受，以及為什么其他企業(yè)幾乎不知道它（除了廢水處理企業(yè)，因?yàn)槠湟呀?jīng)使用了它數(shù)十年）？美國(guó)馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)陳曾熙公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境衛(wèi)生、免疫學(xué)和傳染病學(xué)教授Edward Nardell說(shuō)：“第一道障礙是恐懼。每個(gè)人都聽(tīng)醫(yī)生說(shuō)過(guò)，我們不應(yīng)該接觸太多紫外線。UVC穿透皮膚和眼睛的能力差，這是一個(gè)細(xì)微差別。不熟悉是第二個(gè)原因。工程師和建筑師在他們的培訓(xùn)中沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)殺菌燈。這是一個(gè)孤立的學(xué)科?！?/p>

紫外線消毒也可能受到歷史的干擾[1]。20世紀(jì)四五十年代，抗生素得到了廣泛的應(yīng)用，這種情況讓許多醫(yī)生誤以為對(duì)抗微生物的戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)取得勝利。因此，紫外線不僅是一種孤立的技術(shù)，而且似乎已經(jīng)過(guò)時(shí)。然而，這種自滿情緒在20世紀(jì)80年代開(kāi)始瓦解，當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了耐藥菌，特別是結(jié)核?。═B）。Nardell稱，一種部分解決方案可以阻斷醫(yī)院傳播結(jié)核病（一種通過(guò)空氣傳播的病原體），即使用百葉窗式的UVC燈對(duì)天花板附近的空氣進(jìn)行消毒，然后將空氣循環(huán)到房間的其他部分。但這種策略并沒(méi)有影響到依賴于表面?zhèn)鞑サ牟≡w。全球范圍內(nèi)，醫(yī)院獲得性感染仍然是一個(gè)主要問(wèn)題，大約每100名住院患者中就有7～10人受到感染[13]。導(dǎo)致感染的許多病原體都具有多重耐藥性，而且很難或不可能用藥物治愈，因此在它們進(jìn)入人體之前，設(shè)法殺死它們是有意義的。所以在2020年之前，醫(yī)院是全室紫外線消毒的主要客戶。

但現(xiàn)在COVID-19已經(jīng)到來(lái)并改變了一切?！半S著新型冠狀病毒的出現(xiàn)，醫(yī)院外對(duì)紫外線消毒的需求量激增?！盨tibich說(shuō)道，“我們已經(jīng)將紫外線消毒系統(tǒng)部署在酒店、辦公室和任何有高感染風(fēng)險(xiǎn)的地方或者需要額外確保安全的地方。隨著各國(guó)重新開(kāi)放，這些地方也將變得更重要。我們希望確保它們盡可能安全。”