關于 UV LED 殺菌：你不知道的那些事！

紫外線消毒屬于物理消毒方法，紫外線并不能直接殺死微生物，而是通過破壞微生物的繁殖能力進行滅活。微生物受到紫外線的照射時，其遺傳物質(zhì)核酸DNA和RNA大量吸取紫外線的能量而被摧毀，失去分裂復制能力，最后自然死亡或是被免疫系統(tǒng)消滅，而失去對人體的致病能力。

如圖電磁波譜所示，人眼可見的光譜范圍一般為400-700nm，波長大于100nm、小于400nm的電磁波就稱之為紫外線。原子或分子外層電子獲得能量后受激發(fā)越遷到激發(fā)態(tài)，電子在激發(fā)態(tài)不能穩(wěn)定停留而向基態(tài)躍遷，在此過程中以光子的形式輻射出能量，即紫外線。

按紫外線的生物效應可將紫外線按波長從高到低劃分為以下四個波段：

UV-A(400-315nm)：也稱為黑光，波長最長，能量最低，占有自然界紫外光的最大份額。能引起皮膚的色素沉淀產(chǎn)生黑斑，故又稱致黑斑紫外線;

UV-B(315-280nm)：是自然界紫外光中最具破壞性的部分，會導致皮膚曬傷，產(chǎn)生紅斑，部分可被大氣臭氧層吸收，又稱致紅斑紫外線;

UV-C(280-200nm)：全部被大氣層吸收，通常只能用人造光源生成。用于殺菌消毒的是波段中波長為的紫外線。

真空紫外線(200-100nm)：無法進入大氣層，存在于太空中。

如圖所示，從圖中可以看出遺傳物質(zhì)核酸DNA和RNA對紫外線吸收光譜的范圍為250-280nm，傳統(tǒng)低壓汞燈的發(fā)光譜線主要有254nm和185nm兩條，因此當紫外燈波長為254nm時，核酸對紫外線有最大吸收，即殺菌效果最好。

隨著由白光LED固態(tài)照明引發(fā)的第三次照明革命的火熱進行，人們逐漸將研究重心轉(zhuǎn)向以高Al組分Ⅲ族氮化物為結(jié)構材料的紫外LED。紫外LED在醫(yī)療、殺菌、印刷、照明、數(shù)據(jù)存儲、以及保密通信等方面都有重大應用價值。并且與汞燈和疝燈等傳統(tǒng)氣體紫外光源相比，UV LED具有強大的優(yōu)勢。

紫外光源的誕生使得紫外線開始得到真正地應用。氣體放電光源是深紫外LED誕生前傳統(tǒng)紫外光源的主要形式。氣體放電光源的光譜輻射范圍覆蓋紫外區(qū)域，效率最高為60%，壽命為100-1000小時。

氣體放電光源內(nèi)部主要充的是氬氣和汞蒸汽。按照汞蒸汽在燈管內(nèi)的壓力高低將汞燈分為低壓、高壓和超高壓汞燈。根據(jù)使用電極的不同低壓汞燈又可分為熱陰極低壓汞燈和冷陰極低壓汞燈。熱陰極汞燈是弧光放電燈，采用三元鹽氧化物作陰極。冷熱陰極汞燈屬于輝光放電燈，采用純金屬作陰極。

UVLED(紫外LED)的組成：由夾在較薄GaN三明治結(jié)構中給一個或多個InGaN量子阱組成，形成的有源區(qū)為覆層。通過改變InGaN量子阱中InN-GaN的相對比例，發(fā)射波長可由紫光變到其他光。AlGaN通過改變AlN比例能用于制作UVLED中的覆層和量子阱層，但這些器件的效率和成熟度較差。如果有源量子阱層是GaN，與之相對是InGaN或AlGaN合金，則器件發(fā)射的光譜范圍為350~370nm。

當藍色InGaN發(fā)光二極管泵處短的電子脈沖時，則產(chǎn)生紫外線輻射。含鋁的氮化物，特別是AlGaN和AlGaInN可以制作更短波長的器件，獲得系列波長的UVLED。波長可達247nm的二極管已經(jīng)商業(yè)化，基于氮化鋁、可發(fā)射210nm紫外線輻射的LED已研制成功，250~270nm波段的UVLED也在大力研制中。

新型紫外線輸出光源UV LED，與汞燈和疝燈等傳統(tǒng)氣體紫外光源相比具有強大的優(yōu)勢，其主要特點如下：

(1)開閉次數(shù)不影響使用壽命;而傳統(tǒng)紫外光源汞燈的紫外線福射強度隨著累計開啟次數(shù)和點燃時間的增加而降低;

(2)使用壽命長，超過20000小時，傳統(tǒng)紫外光源的壽命為100-1000小時;

(3)高效節(jié)能，傳統(tǒng)紫外光源的光電轉(zhuǎn)換效率最高位60%;

(4)光譜集中，紫外光占所有光輸出的98%以上，沒有傳統(tǒng)光源所附帶的紅外福射;

(5)體積小，體積僅為0.1cm3，能隨意組裝成各種形式的燈陣，應用于不同需求;

(6)主波峰狹窄單一：90%以上光輸出集中在主波峰附近±10nm范圍內(nèi);

(7)直流低壓驅(qū)動：適合便攜UV設備;

(8)輸出功率穩(wěn)定、連續(xù)可調(diào);

(9)瞬間出光：不需要預熱時間，響應時間為微秒級;

(10)環(huán)保：不含汞，無重金屬污染。

紫外線殺菌UV燈可發(fā)出波長為253.7nm的紫外線，最容易被細菌和病毒的蛋白質(zhì)、核酸吸收，可使蛋白質(zhì)發(fā)生變性離解，核酸中形成胸腺嘧啶二聚體，破壞各種病毒和細菌的DNA和RNA結(jié)構，從而在幾秒時間內(nèi)導致細菌和病毒死亡，殺菌效率高達99%，可以殺死其他消毒方法不能殺菌的細菌。

(1)細菌類(超過18種)，如：大腸肝菌、桿狀菌、埃希氏菌、克呂二氏桿菌、肺結(jié)核菌、奈瑟氏球菌、沙門氏菌等;

(2)霉菌類(超過8種)，如：青霉菌、黑霉菌、毛霉菌、大糞真菌等;

(3)濾過性病毒類(超過10種)，如：肝炎病毒、流感病毒、小兒麻痹病毒等等。