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别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

日期: 2020-03-13
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疫情持续扩散未见趋缓,无论是口罩或各种有助消毒除菌的防疫类用品仍供不应求,其他像是紫外线(Ultraviolet,UV)LED 相关产品包括除菌棒、消毒灯等询问度也大增。不过,能够有效灭菌消毒的UV LED 应用需要一定条件,晶光电董事长暨总经理魏志宏博士指出,其关键就在于正确的波长与剂量。

迷思一:所有UV LED 产品都能杀菌消毒?

UV LED 紫外线产品在疫情延烧下需求增温,却也有民众误以为只要是UV 产品都具有消毒灭菌功效,甚至出现以美甲UV 灯消毒口罩的例子,事实上该产品的UV 波长根本无法消毒杀菌。由于不同波段的UV 各具不同效用,若要有效除菌消毒,首先必须选择正确的UV 波长,这就得先从UV 紫外光辐射分类开始讲起。

根据ISO-DIS-21348 分类说明,UV 波长范围在400 nm 以下,主要可分为长波长紫外线UVA、中波长UVB 及短波长UVC。UVA 波长介于315 nm 至400 nm,主要应用于UV 固化、油墨印刷、PCB 曝光、美甲、纸钞识别等工业与消费领域;UVB 波长介于280 nm 至315 nm,多用于紫外光疗、医疗保健方面。

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ 美甲UV 灯为UVA 波长,无法为口罩消毒灭菌(Source: Shutterstock)

至于实际具有消毒灭菌效用的紫外光则是UVC,波段为200 nm 至280 nm,属波长最短且能量最强的紫外光,经由短时间照射可破坏细菌、病毒、霉菌、芽孢菌等微生物细胞内的DNA或RNA 结构,使细胞无法繁殖再生而死亡,达到消毒杀菌的功效,也因此被广泛应用在表面、水、空气净化及杀菌消毒等方面。

过去杀菌技术多采用UV 水银汞灯,但体积较大、能耗高又容易造成污染,后来在技术演进下逐渐由UV LED 取代,不仅体积小效能高,在产品设计上更弹性多元,而且能耗低、寿命长,也无化学残留,更安全也更环保。

迷思二:UVC LED 产品能百分之百秒杀细菌?

虽然符合波长的UVC LED 对表面、空气和水能发挥消毒杀菌与净化作用,但要快速灭菌达到「秒杀」程度,重点在于「剂量」(Dose)是否足够。

魏志宏表示,「剂量(mJ/cm 2)= UVC辐射强度(mW/cm 2)x时间(Sec)」,辐射强度愈高,杀菌时间就会相对愈短,因此若要达到秒杀程度,UVC LED光强度就必须提升,针对不同细菌或病毒等微生物的UV致死剂量也各有不同。他提到过去SARS病毒的例子,以光强90 μW/cm 2(相当于0.09 mW/cm 2)照射30分钟即1,800秒就能将病毒成功消灭;如果将时间缩短到1.8秒的秒杀程度,要达到相同剂量就必须将强度提高到90,000 μW/cm 2(即90 mW/cm 2)。

尽管目前有些研究数据指出,UVC LED 某程度能使新型冠状病毒存活率下降,但测试条件和剂量并不透明,仍需待进一步研究才可能证实。可以确定的是,UVC LED 产品对一般消毒除菌确实有效,例如用于表面灭菌的杀菌棒、杀菌盒;空气净化机、流动或静止水杀菌等,只是不同产品的光强、所需照射时间、除菌消毒效能,还是得视各自的设计而定。

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ 具杀菌功能的UVC LED 水瓶(Source:《科技新报》摄)

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ 瓶盖内所置入的UVC LED(Source:《科技新报》摄)

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ 进行杀菌时可从瓶盖上方看到剩余秒数(Source:《科技新报》摄)

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ 可携式UVC LED 空气杀菌净化机,可在车内于无人状态下使用(Source:《科技新报》摄)

除了剂量是重点,还要搭配无死角照射的光学设计才能提高除菌力。魏志宏以自家开发的流动水杀菌模组为例,说明该模组采用单一颗20 mW UVC LED 晶片,水流量每分钟3 公升,除菌率可达99.99 %,关键就在模组里面的光学设计。运用无死角的光学设计,能均匀照射所有流进的水量,从而达到接近百分之百的杀菌效果,而且UV LED 光强也不必过高以免造成过热。也就是说,即便UV LED 功率再高,若光学设计有瑕疵出现死角,也无法让流进来的水全部受光,杀菌力也会打折,足见其重要性。

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ Bioraytron 流动水杀菌模组强调无死角光学设计,除菌率可达99.99 %(Source:《科技新报》摄)

杀菌消毒需求大增,UVC LED 应用起飞

LED 产业为因应市场急速变革,不少厂商数年前就开始朝利基市场「蓝海」应用发展,UV LED 便是其中之一。LED 厂包括晶电、隆达、光鋐、研晶、亿光等早已投入开发UVC LED 市场。另如台塑化与日商日机装(Nikkiso)也合资成立福机装(NKFG),共同发展UV LED 事业。

别再用美甲UV 灯消毒口罩!破除紫外光UV LED 应用两大迷思

▲ NKFG 除菌棒产品(Source:《科技新报》摄)

不过,几年前市场对UV LED 技术与应用普遍认知不足,加上价格偏高,一直未见显著成长,直到近年技术发展渐趋成熟,晶片价格也有所降低,逐渐开出不少应用并步入量产。尤其最近受到武汉肺炎影响,UVC LED 市场需求急增,在各方面条件到位下,未来发展也备受看好。

随着市面上UV LED 相关产品愈来愈多,消费者除了得清楚分辨不同UV LED 的产品用途,选择波长和剂量真正具有杀菌效能的UVC LED 产品外,也要谨慎使用避免直视或照射皮肤、直接接触人体,在正确使用下做为日常生活的防疫利器。


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