深紫外線UVC滅菌機制

深紫外線UVC可以用於滅菌，已經為大眾所熟知，然而要如何應用於日常生活及醫療環境中，就先要分析A. UVC光源與分佈，B. 細菌病毒對UV吸收範圍，以及C. 滅菌效果的確認。

 

A.     紫外線UV照度、劑量、與劑量分佈

紫外線UV照度是紫外線的基本性質，其單位是瓦特/平方公尺(Watt/m²)，也就是在單位面積上有多少光通量落在上面的概念。

而劑量是照度乘上照射的時間，單位是焦耳/平方公尺 (J/m², Watt x sec/ m²)也就是在單位面積上有多少光能量落在上面的概念。

這可以用下雨做比方：

照度就相當於時雨量，譬如下大雨，表示時雨量就高；下小雨，時雨量就低；沒下雨，時雨量就是零。

劑量就相當於總雨量，也就是單位面積上落下的雨量，是時雨量乘上小時數。

而劑量分佈是在不同位置的劑量狀態，例如台北下大雨，時雨量100mm/m².hr，下了10小時，總雨量是1000mm/m² ；台中下小雨，時雨量30mm/m².hr，下了5小時，總雨量是150mm/m²。

而滅菌的機制，主要決定在劑量。

 

B.     細菌病毒對UV吸收範圍

 細菌病毒對於UV光，並不是全部都可以吸收的，科學家為了瞭解細菌病毒對於UV光吸收情況，以決定哪個波長範圍的UV光，可以達到最佳滅菌效果，做了相對的實驗。

上圖是以發出254nm的汞燈做為基準，觀察在215-300nm波長的UVC，病毒細菌的DNA吸收情況，可以看到兩段光波(波長在220-240nm以及250-280 nm)都有比254nm好的吸收效果。

然而在220-240 nm段，光源的取得有難度，例如在汞燈中參入其他氣體，以改變發光波長，造成生產成本上昇；同時，在UV LED部分也無法在經濟條件下，生產符合這段UV的產品。

因此，業界對於UVC LED產品的開發，基本上以260-280nm，做為主要波段開發目標。

 

C.     滅菌效果的確認

 不同的病毒細菌，對於深紫外線的劑量耐受度也不同。

 

上表列出了部分病毒細菌對於深紫外線(UVC)劑量，可以達到的滅菌效果。

以其中常見的Escherichia coli 大腸桿菌 (E. Coli)為例，當劑量達到1.5 mJ/cm2，滅菌率可達90%；當劑量達到5.6 mJ/cm2，滅菌率可達99.99%。

由上表也可以歸納出，當劑量以1、2、3、4倍數增加時，滅菌率可以以1個9、2個9、3個9、4個9的趨勢增加。

一般在考慮滅菌效果時，通常會以LOG 3，做為基本標準；而以LOG 5，做為高級標準。