新冠肺炎氣溶膠傳播刷屏,紫外線空氣消毒是否可行?

2020-12-06 掙脫枷鎖的囚徒

2月8日,上海舉行的新冠疫情新聞發布會上,相關專家稱新冠病毒感染的氣溶膠傳播途徑已經確立,引發社會廣泛關注。

所謂氣溶膠傳播就是通常說的空氣傳播,傳播距離可以超出密切接觸(通常在1米內)範圍。

意味著人際間即使沒有密切接觸,也有可能傳染新冠病毒。

這樣,就突顯了室內空氣管理對於疫情防控的重要性。

除了經常通風,可不可以進行室內空氣消毒來達到預防目的?

提到空氣消毒,很多人首先想到的可能是紫外線。

紫外線

紫外線(Ultraviolet,UV)屬於電磁輻射的一部分,其波長介於100納米到400納米之間。

根據波長,紫外線又可以分為三個波段:

波長介於400~315納米的UV-A;

波長介於315~280納米的UV-B;

波長介於280-100納米的UV-C。

紫外線的生物學效應

電磁輻射作用於物質之所以可以引發效應,是因為被作用物質吸收了電磁輻射蘊含的能量。

這種能量轉移可以引發兩類效應:

光熱效應photothermal effect,指輻射能轉換成物質的分子運動動能,比如振動、旋轉和平移。

這種能量轉移會引發未被作用物質溫度的升高,這就是電磁輻射的熱效應。

可見光,尤其是紅外線的波長長能量低,主要就是引發光熱效應。

我們曬太陽,烤火之所以能感覺到溫暖或熱,就是這種熱效應的體現。

光化學效應Photochemistry,有些波長短能量高的輻射可以引發物質分子發生改變。但是,這種能量轉移並不「隨便」,只有特定分子結構的化學基團而不是其他化學基團才能夠吸收特定波長(能量)的電磁輻射。

比如,我們之所以看到某些物質呈現特定顏色,就是特定波長的可見光的能量恰好可以被視網膜視錐細胞的視蛋白(維生素A的一種形式)吸收發生分子構型的變化,從而觸發系列聯級改變產生色覺神經信號。

這樣,看上去像是吸收某種波長光的特定化學基團"發出顏色"似的,因此這些基團被稱為"發色基團或發色團"(the chromophore)。

能量更高的輻射能可以激發物質原子最外層電子到更高軌道能級而引起原子或分子的激發。這種能量隨後會引起化學反應,產生「光化產物」,這些產物又可以導致進一步的效應。

引發這種效應的輻射能也只能被分子結構相匹配化學基團吸收,這些可吸收輻射能引發激發的化學基團雖然不會發出顏色,也被稱為發色團。

當然,也不是所有這些輻射能都會導致分子激發引起化學反應,其中部分能量會通過發射螢光(更長波長輻射。紫外線驗鈔利用的就是這種原理)或作為熱量散失。

紫外線是波長最短能量最高的非電離電磁輻射,能量更高的X射線和γ射線屬於電離輻射。

因此,紫外線是光化學效應最活躍的電磁輻射。

其中,吸收紫外線的主要發色團是具有C=O和C=S鍵,以及芳族環的化學基團。

而後者在構成染色體的核酸(DNA或RNA)中最豐富。

因此,紫外線可以直接作用於微生物染色體導致損傷。

這樣,紫外線可通過這種效應殺滅任何微生物,也可以引發生物細胞發生遺傳效應(生殖細胞)和致癌效應(體細胞)。

紫外線隨人體的效應

由於紫外線能量高,能量極其容易被吸收,因此,它只能作用於多細胞生物的體表。

對人而言,主要作用於皮膚和眼睛。

而皮膚和眼睛中也存在可吸收紫外線的發色團引發光化學效應。

自然狀態,日光中的UV-C不能到達地球表面,UV-B可以作用於表皮引發短時間內變黑紅,而UV-A可以達到真皮層作用於黑色素細胞增加黑色素生成而導致較長時間的變黑效應。

同時,紫外線也可以引發表皮層細胞DNA改變從而誘發皮膚癌,包括鱗狀上皮癌和黑色素細胞癌。

在眼睛,紫外線都會被角膜吸收,不能達到眼睛內部,因而只能導致角膜結膜發炎,就是人們常說的電光性眼炎。

紫外線是如何殺死新冠病毒的

消毒使用的紫外線發生器(紫外燈)是一種低壓汞放電燈,發射波長254 nm為主的高能短波UV-C。

微生物都是微米、納米級別的顆粒,只要直接暴露在紫外燈照射之下,都會被直接射穿,引發其核酸物質的改變從而直接殺滅或者不能複製而死亡。

因此,紫外線可以輕易殺死受到直接照射的任何微生物,理論上講是一種理想的殺菌殺病毒消毒手段。

武漢新冠病毒屬於包膜RNA病毒,病毒顆粒只有60~140納米,直接暴露在紫外線照射之下自然可以被殺死。

紫外線消毒如此高效,為什麼不被廣泛使用?

基於以上描述,理論上講,紫外線應該是一種有效的空氣、物體表面和水消毒手段。

然而,目前紫外線主要被用於水消毒,很多泳池的進水管和池周壁都裝置紫外線消毒設備。

我們卻很少見到紫外線被用於空氣和物體表面消毒。

這主要是由於,因為紫外線能量高波長短,使用固定的紫外線燈直接照射室內,只要中間存在任何物質,紫外線都會被吸收,因而不可能實現整個室內空氣和固定物體表面的良好消毒。

另外,紫外線是一種不可見輻射,開啟時不容易被人發現。如果在有人工作學習生活的室內安裝紫外線燈,非常容易因為誤照造成人體損傷。

有鑑於此,紫外線空氣消毒主要在某些場所用於上層空間(天花板以上),或通風管道的空氣消毒。

物體表面消毒則主要是使用可移動紫外燈照射一些小物件的表面。

這樣,紫外線在抗擊新冠疫情中的作用很有限。

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