浅谈深紫外技术在产品设计中的应用与发展

张颖 兰玉琪

摘要：紫外线可以通过对细胞、病毒等单细胞微生物的照射，以破坏失去繁殖能力。利用紫外线杀菌具有安全、方便、无残留等优点，故应用范围相当广泛。本文以紫外线中深紫外技術为切入点，对深紫外杀菌进行了研究。结合目前的深紫外在产品设计中的应用进行分析与调研，对深紫外技术在产品设计的应用与扩展进行预测与建议。

关键词：深紫外;杀菌;LED;产品设计;应用

中图分类号：TB472

文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）04-0132-02

Abstract：Ultraviolet radiation can destroy the ability of reproduction by irradiating single-cell microorganisms such as cells and viruses.Ultraviolet sterilization has the advantages of safety， convenience and no residue， so it is widely used.In this paper， deep ultraviolet sterilization was studied by using ultraviolet medium and deep ultraviolet technology as a starting point.Based on the analysis and investigation of the application of deep ultraviolet technology in product design， the application and expansion of deep ultraviolet technology in product design are forecasted and proposed.

Key Words：Deep ultraviolet;Sterilization;LED;Product design;Application

太阳光是地球上一切生物所需能量之源，分为可见光和不可见光两种。可见光是指肉眼看到的，如红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色彩虹光;不可见光是指肉眼看不到的，如紫外线、红外线等。紫外线光具有很强的杀菌能力，一般普通细菌和一些病毒在阳光下晾晒半小时或着数小时，细菌和病毒就会被杀死。但是，如果经常暴露在紫外线下，皮肤容易被烧伤，更加大患皮肤癌的概率。但是，紫外线中的深紫外可以很好减少紫外线的使用弊端，因此，如何合理利用深紫外杀菌能力与产品设计结合成为一个待解决的重要课题。

1紫外线的种类

紫外线（简称uv）根据波段的不同可分为UVA、UVB和UVC三种。其中UVA波段是指生活紫外线，指波长在320～400nm，又称之为长波黑斑效应紫外线。它具有很强的穿透能力，可以穿透大多数透明性质的材料，UVA可以直达皮肤的真皮层，损害皮肤内细胞基质中的弹性纤维（elastic ?ber）和真皮中的胶原蛋白纤维（collagenous?ber），从而使我们的皮肤变黑。UVB波段是户外紫外线，指波长为275—320nm，又称为中波红斑效应紫外线。穿透力适中，有不到2%可以抵达地球表面，全年都对皮肤有伤害，UVB紫外线会对人体产生红斑作用，可以促进人体矿物质代谢以及维生素D的产生，不过长期或着大量照射会导致皮肤变红、变黑出现黑斑，老化。严重会导致皮肤癌。UVC波段是短波紫外线，波长在200～275nm之间，又称为短波灭菌紫外线。它的穿透能力几乎为零，基本被臭氧层吸收。目前市场上的紫外线杀菌灯发出的就是UVC短波紫外线。

2深紫外的定义、功能与优势

2.1深紫外的定义

深紫外是指紫外线中波长在200-350nm的光线。

2.2深紫外的功能

深紫外线可以直接对于生命的基础—DNA产生作用，从根本上解决细菌繁殖增长。经过研究证明，波长在260nm的深紫外线便于被DNA吸收，具有消灭DNA遗传信息的效果，成为重要的物理杀菌方式之一。深紫外线的杀菌能力很早之前就得到证名。

2.3深紫外的优势

深紫外杀菌是一个物理破坏的过程，直接作用于细菌的根本，整个杀菌过程不会产生毒素，无任何残留并且不会产生异味。与化学成分药剂差距很大，不会受化学平衡条件的影响，时间、温度、浓度、活性等一切因素都不会影响杀菌效果。深紫外可以直接穿破细胞壁和病毒蛋白质外壳，几乎可以在几分钟内影响微生物机体（细菌、病毒或者芽孢等病原体）细胞中的DNA或着RNA（核糖核酸）的分子结构，并且破坏分子链的化学键，从而破坏或修改细胞的化学结构，细胞无法再生，细菌病毒丧失自我复制的繁殖能力，达到杀灭病菌的作用。深紫外光线的工作区间外，对人体的影响几乎可以忽略不计。可应用于对自然空气、水和物体进行消毒。

3深紫外发光媒介

3.1深紫外两种发光媒介

深紫外的发光媒介可以分成两种，一种是高压UV汞灯，有单端和双端两种，其中以365nm是光谱分布的中心，在350-450nm都有辐射，灯管的材料采用石英玻璃，紫外线的有用波长和功率密度都极高，可应用于印刷制版、油墨干燥、光固化、高分子化合物老化和半导体元件制作等光化学研究领域，也可用在光化学教学试验中;另外一种是深紫外LED（Deep UV LED），目前是形容波长在240—320nm的发光二极管，包括UVC LED和UVB LED，是目前LED领域最尖端的技术成果。能够释放肉眼无法观察到的光线，这种光线能够有效的杀灭细菌。

3.2深紫外LED相比高压UV汞灯的优势

深紫外LED拥有体量小巧、实用耐磨、高效、无污染、耗能低、可靠等优势。同等功率下LED尺寸要远远小于汞灯尺寸，单位面积（长宽均为1m的正方形）LED光要超过汞灯光的1000倍。因为LED的发光特性不同于汞灯，发出紫外线光仅需要6v即可。综合所有优势，十分有利于在日常家电产品中应用，例如：牙刷杀菌、坐便器、碗筷盒、奶瓶、婴儿衣物、除螨仪、水杀菌等领域。

4紫外线LED现有应用领域

随着紫外线LED逐渐进入我们的视野，其应用领域也也逐步扩展。目前应用领域大致分为五大类。

1）水净化领域。因为深紫外在水中拥有极高的穿透性，不会产生二次污染，并且可以快速地消灭水中病毒和细菌，并且对水中有益矿物质不会产生影响，从而确保水的安全健康，故广泛应用于饮用水净化、日常用水消毒、污水消毒降解（二恶英Dioxin）、医院用水消毒、家庭鱼缸和水族馆净化、淡水和海水养殖净化等。

2）空气净化领域。深紫外空气净化在“非典”期间就开始作用于各公共场所和日常家庭，由于近几年北方空气污染严重，除粉尘外，病毒也很活跃，不少家庭都会采用深紫外灯消毒家庭空气，深紫外光线目前是世界上公认最有效最便捷的消毒手段之一，在对于环境要求较高的场所被广泛应用，例如医院、实验室、无菌室等。

3）国防与安全领域。因为紫外线在不同矿石照射下会发出不同的光，所以紫外探测成为很重要的一种方式，紫外通讯也有很重要的作用，作为一种新型的通信方式，比常规通讯具有更多的优势，例如灵活，防窃听，因为采用散射方式传播，减少障碍物阻挡，特别适合近距离，保密需求高，有干扰情况下使用。

3）国防与安全领域。因为紫外线在不同矿石照射下会发出不同的光，所以紫外探测成为很重要的一种方式，紫外通讯也有很重要的作用，作为一种新型的通信方式，比常规通讯具有更多的优势，例如灵活，防窃听，因为采用散射方式传播，减少障碍物阻挡，特别适合近距离，保密需求高，有干扰情况下使用。

5）医疗领域。利用深紫外的杀菌功能，可以对伤口进行快速消炎、减少疼痛、辅助抗体生长加快伤口愈合等，并且也可以通过光照来物理辅助皮肤病的治疗，透过皮肤表层作用真皮层，抑制朗格汉斯细胞（Langerhans cell）活性，缓解皮肤炎症，提升人体代谢功能和免疫系统。目前公认308nm紫外线波段对于白癜风的治疗效果最好，并且对于神经性皮炎、溃疡、痤疮等也有显著疗效。

5深紫外LED在产品设计中的发展

5.1深紫外LED市场现状态分析

国内目前仅有格力、美的、海尔、安吉尔等大型家電厂家选用深紫外LED在冰箱、净水机器上做产品研发设计，终端产品还未正式推广。国外有欧美RayVio公司、美国康乃尔大学、欧司朗等公司都涉及深紫外LED产品研发。国内部分企业还推出深紫外LED小家电。

5.2深紫外LED市场前景目前，深紫外LED因其显著效果，将会成为全球新研究与投资热点，在市场被广泛应用，逐渐增加在半导体杀菌领域占比。以母婴类型中的奶瓶消毒器为例，在线上12个月的销售总额约6.7千万元，仅2017年8月的销售总额就达到760万元，在整个奶瓶杀菌市场占有41%左右，相比去年同月份增长91.9%，可见巨大潜力。

5.3结合其优势可以进行的发展方向

优势：无二次污染，环保、节能，体积小，不受环境影响。

1）无二次污染。小的时候妈妈常常把被子放到到阳光下晾晒，就是利用太阳光中的紫外线进行杀菌，后来人们采用汞灯杀菌，但是汞灯会产生臭氧，对人体呼吸有害。并且易碎、开启慢、电压需求高。而深紫外LED很好的解决了这些问题，并且工作原理是光照杀菌，不以贡为媒介，不用添加任何东西，纯绿色无污染，并且不受条件制约操作便捷。可以在空间杀菌领域进行深入产品设计研究。

2）环保节能。伤口消毒产品是家庭的必备药品，所以有巨大的消费市场。目前现有市面上的伤口消毒类型产品大都是化学药剂产品。属于消耗品，使用后处理不当还会造成污染。光消毒伤口产品相对是个空白。例：日常擦伤、杀菌则需要碘伏、酒精等，但是这类产品对伤口会有刺激。而且也需要辅助工具，而且日常出门在外，很少有人会携带这类东西，故在室外意外受伤时，很难得良好的处理。容易造成其他并发症。深紫外LED杀菌、光照杀菌，无刺激，重复使用，并且不需要任何辅助工具，消耗小。因此小型便携杀菌产品将会有很大的发展空间。

3）体积小。现有深紫外LED体积小，一颗LED消毒芯片体积只有0.5mmx0.5mm，相当于笔芯在白纸上轻轻一点的痕迹，例如：日常很多人受鼻炎中耳炎的困扰，目前鼻炎中耳炎的治疗多依靠药物和大型医用器械，操作复杂，费用高额，而且没有光治疗的仪器。由于芯片体积小，可以设计一款针对鼻炎中耳炎的产品，塞入鼻腔内部，辅助鼻炎中耳炎的治疗，直接作用于炎症处，加快病情好转。因此在家用医疗器械领域有很大的发展空间。

4）不受环境影响。因深紫外LED开启便捷，功率需求低，温度、湿度、场地等对其效果无任何影响，可以有很大研发空间。例如婴儿肠胃和免疫系统脆弱，又天生好奇爱动，什么都喜欢放到嘴里，带有细菌的奶嘴、玩具上的细菌，都用易引发婴儿各种疾病，所以消毒杀菌是每个妈妈的必修课。但是当出门在外，没有在家里的便捷条件，杀菌非常不便利。如有一个便携的婴儿用品杀菌器，则会很好的解决这一难题。

6结论

深紫外LED结合产品设计具有极大的开发空间，合理利用深紫外技术，使紫外线LED成为民用日常产品，形成一个真正的产业生态。对人们的生活影响产生潜移默化的影响，引领出一种新的生活方式。作为制造大国中国来说，高端技术深紫外线LED很可能促进产业升级。不仅仅是消毒柜可以应用深紫外LED，在冰箱、饮水器、洗衣机都可以采用深紫外LED，在我们日常生活用品上，很多都可以添加深紫外LED杀菌功能，这将是一个数百亿的巨大市场。

在不久的未来，无论大品牌，还是小品牌;公共场所还是家庭;大型电器还是便携电器也许都会涉及到紫外线LED的技术，它将与我们生活息息相关。

参考文献

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