BIOMEDICAL系列-防疫期間 UV-C紫外線可降低感染機率

在醫院、飛機等公共衛生監測可導入此生醫光電技術

新型冠狀病毒肆虐全球,影響到人類的生活、生命、社會、經濟等各層面。這次疫情至少讓人類再次學習病毒傳播的模式、防疫戰線的佈署、交通工具在防疫上的設計。其中如何將防疫的觀念與措施導入到密閉空間、公共場所是值得深思的課題。而具有殺菌消毒功能的UV(Ultraviolet)紫外線技術是可以提供上述問題的解決方案。

紫外線消毒殺菌已非新鮮事,早在1903年丹麥人Niels Ryberg Finsen因發現紫外線可以治療狼瘡、皮膚病而獲頒諾貝爾醫學獎。利用病毒、細菌、蛋白質等的吸收共振頻率,2200~280 nm波段的UV-C紫外線,約有6.2~4.4電子伏特(eV)的能量,可以破壞生物裡的基因DNA與RNA,進而能抑制或消滅被照物體的生命。目前UV-C紫外線已被証明能消滅細菌、病毒、黴菌等微生物,因此應用各式的殺菌消毒,以及醫學光療等。

但是劍有雙刃,紫外線也同樣會傷害人類,升高皮膚癌和白內障的風險,這也是紫外線為人所疑慮之處。雖然紫外線卻也會促進人體維生素D的合成,兼具著有益和有害的角色。故設計紫外線應用產品,必須考量到照射的強度、範圍、時間等因素,以達到消毒殺菌,又不傷人體的目的。光電協進會介紹幾項有趣的紫外線在健康照護上的應用,以及UV LED的市場趨勢。

遠UV-C紫外線可以安全地限制流感與病毒的傳播

鑒於這次新型冠狀病毒的教訓,未來飛機、計程車、大眾捷運等密閉空間環境都不妨將UV-C紫外線的消毒殺菌功能納入考量。例如,美國哥倫比亞大學在前年已完成一項實驗,證明連續低劑量的遠UVC紫外線可以殺死空氣中的流感病毒,而不會損及人體組織,是抑制公共場所微生物傳播的低成本解決方案。

哥倫比亞大學研究人員先將A型流感病毒(H1N1)藉由霧化的水氣(氣溶膠)散佈在密閉室,以模擬人類打噴嚏散播病毒的情況,然後再利用222 nm UV-C紫外線,分別以0、0.8、1.3、2.0 mJ/cm2等不同的能量密度做照射;最後再分別觀察其螢光影像。結果是劑量較強的樣本上,病毒數量最少。

此外遠UV-C紫外光的滅毒效率與傳統殺菌紫外光大致相同,又不會危害健康,這是哥倫比亞大學另一項訴求。因為哥倫比亞大學David J. Brenner教授說:「遠UV-C紫外線的射程有限,無法穿透人體皮膚外的死皮,或眼睛上的淚層,因此對人體健康無害,但能有效對抗所有空氣中傳播的微生物。在公共場所採用高架低劑量的遠UV-C紫外線是一種安全有效的方法,可抑制空氣中微生物的傳播,且不會有傳統殺菌燈(UVGI)對人體健康的影響。」

UV-C與AI、LiDAR等組合延伸創意空間

雖然UV紫外線的消毒殺菌功效早為人所知,但不知道為什麼一直未能普遍運用在最殷切需要的醫院診所。可能的原因之一是醫院診所多採用較便宜的消毒水方式。丹麥一家2016年才成立的UVD Robots推出了紫外線消毒機器人,可在醫院裡遊走,放射254 nm UV-C 紫外光線,來降低院內感染。一般認為功率120 mW的270 nm UV-C紫外線,大約需要照射2分鐘便可以減少99.9%的細菌。雖然很少有研究顯示,紫外線的消毒能力會比消毒水更有效,但利用紫外線照射周遭,可觸及角落。當然該紫外線消毒機器人能在醫院裡遊走,想必是整合了AI與LiDAR,以及WiFi通訊、電池等技術。在此案例裡,UVC + LiDAR + AI + WiFi + 電池等組合,便是一個創新。而在疫情期間,攜帶式的UV殺菌燈應該也會是一個很夯的產品。

UVC消毒殺菌機器人

UV LED市場成長率19%

目前UV紫外線仍分有傳統含汞的陰極管紫外燈,和UV LED等兩種技術不同的光源。由於UV LED不含汞,又輕巧耐用,能忍受振動與衝擊,從而減少損壞,也降低維護費用,因而受到高度期望,以取代傳統紫外燈,如同LED取代傳統的白熾燈泡與螢光燈。然而小於280 nm短波長LED的技術門檻高,價格不俗,若要取代傳統紫外燈,仍需時日;或者還需要殺手級的應用來刺激市場需求,再進入以量降價的循環。

目前UV LED的市場還不大,據Mordor Intelligence最新的資料,2019年全球運用在感測、偽鈔偵測、消毒、固化、光療等應用的UV LED之營收僅2.957億美元,並預計2025年將達到8.5億美元,在2020至2015年預估期間的複合年增長率為19.4%,其中運用在水與空氣的殺菌消毒最為看好。

全球UV LED晶片的公司有美國Lumileds、Nordson、Honle UV、Crystal IS、Violumas,日本Nichia、Nitride、德國Osram OS、UVphotonics、EPIGAP Optronic、韓國的LG Innotek,和台灣的光鋐、晶電、隆達、旭明,以及中國大陸的青島杰生等。在此疫情蔓延之時,這些公司將可提供各式的UV LED給下游的應用廠商做各式消毒殺菌的應用。最後光電協進會認為,如何降低閉空間裡的感染機率是日後防疫思維必須考量的一環,而UVC紫外線是一項技術性的解決方案。

延伸閱讀:新型冠狀病毒爆發 UVC LED殺菌需求巨增

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