近日，廈門大學康俊勇教授、尹君副教授課題組根據致病菌中遺傳物質、蛋白質的紫外光吸收特性，開發了一種由275-nm氮化物LED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。研究的發現對人類社會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：康聞宇，鄭靖
通信作者：康聞宇，尹君，康俊勇
點評 | 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：“這項研究對DUV滅菌的發展作出了重要貢獻。”
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或阻止遺傳物質的有效復制，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）肺炎疫情發生以來，紫外光消毒技術已被運用在空氣、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，新冠病毒在低溫環境下的存活時間更長，我國相關防疫部門在冷鏈貨物中已多次檢測出新冠病毒陽性，多地曾發生“物傳人”的本土疫情。因此，探究低溫環境下人類呼吸道病毒及其變體滅活的深紫外光子學尤為重要，將助力我國生物安全屏障的建立。
與此同時，隨著“水俁公約”的實施，以汞燈為代表的傳統紫外光源因對環境的潛在污染，將逐步退出歷史舞臺。深紫外固態光源有著單一波長、無毒環保、小巧耐用、快速開關、易于集成等優勢，代表了未來深紫外光源的發展趨勢，具有突出的科研與實用價值。現階段，深紫外固態光源仍需穩步提升其輻照強度、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系，從而實現大面積的、高效率的致病菌殺滅。
研究亮點
廈門大學康俊勇教授、尹君副教授課題組根據致病菌中遺傳物質、蛋白質的紫外光吸收特性，開發了一種由275-nm氮化物LED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，研究團隊使用該固態平面光源，探究病毒變異株、低溫環境等未知因素對DUV消毒效果的影響。經研究發現，冷凍環境下（如零下50攝氏度），需要顯著更高的紫外輻射劑量才能達到室溫下相同的致死率。研究團隊首次建立了生物光電效應的大弛豫負U模型，以闡述溫度因素的影響。指出在低溫環境下，DUV激發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。值得關注的是，由于遺傳物質與蛋白質的特性，Omicron需要顯著更高的DUV劑量才能達到其它毒株相同的滅殺效果。
圖2 新冠病毒紫外光子學滅活的溫度依賴特性。
基于實測的消毒數據，研究團隊建立了相應的DUV光劑量與滅殺效果的量效關系，為相關從業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依據。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作用，特別是在低溫條件下(如食品冷鏈物流和冬季露天環境)。
圖3 不同溫度下有效殺滅Omicron毒株的紫外輻照劑量預測模型。 (a)不同殺滅效果所需光劑量；(b) 基于我國1月平均氣溫，預測露天環境下3-Log所需的光劑量。
該項研究成果首次從遺傳物質的光電本質入手，闡述了新冠病毒紫外光子學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。研究的發現對人類社會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具有重要意義。
該工作得到了國家重點研發計劃（2022YFB3605002）、廈門市重大科技計劃（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表在Opto-Electronic Advances（光電進展）2023年第9期。
研究團隊簡介
該項工作由廈門大學、廈門市疾病預防控制中心、廈門市智慧健康研究院等單位合作完成。廈門大學化學化工學院康聞宇特任副研究員、廈門疾控中心鄭靖主任技師為本文共同第一作者。康聞宇、廈門大學薩本棟微納米研究院尹君副教授、物理科學與技術學院康俊勇教授為共同通訊作者。
廈門大學康俊勇教授團隊近年來致力于GaN、SiC等寬禁帶半導體的生長與器件制備研究，承擔多項國家重大研究計劃，已在國際學術刊物上發表SCI／EI收錄論文數百篇。
康俊勇：廈門大學特聘教授，長期從事化合物半導體晶體生長及其特性表征的教學和科研工作，先后在國際著名學術刊物上發表論文500余篇，授權國家發明專利數十項。
主頁：https://cpst.xmu.edu.cn/info/1417/14500.htm
尹君：廈門大學副教授，2014年畢業于華中科技大學光學與電子信息學院，同年加入廈門大學，主要研究方向為寬禁帶半導體材料生長、量子調控及其器件應用，高效有機無機雜化太陽能電池等，近年來在Light Sci. Appl.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Sci.、Adv. Opt. Mater.、J Am. Chem. Soc.等期刊發表高水平論文30余篇，獲授權發明專利10余項。已主持國家自然科學基金青年基金項目、中國博士后基金面上項目，福建省自然科學基金面上項目，福建省科技廳工業引導性重點項目，江西省自然科學基金重點項目、廈門市重大科技項目（子課題）等多項科研課題，承擔國家重點研發計劃項目協作課題一項，參與國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃項目、福建省科技計劃項目及廈門市科技項目等多項。主頁：https://sbd.xmu.edu.cn/info/1096/1444.htm
