基于微米级凹面反射器阵列的UV-C光解增强技术及其在高效灭菌中的应用

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：Enhanced UV-C photolysis using microscale concave reflector arrays

本综述创新性地提出利用微米级凹面反射器阵列增强UV-C（紫外线C波段）光解效率的新策略。通过湿法蚀刻、阳极氧化等工艺制备12种反射器构型，实验证实无间隙25μm凹面反射器在270nm UV-C LED照射下，30分钟内实现甲基蓝（MB）降解效率提升3.09倍，为无催化剂灭菌技术提供了可规模化应用的解决方案。

　　

表面形貌分析

要实现高效液体灭菌（光解），主要有两种策略：要么提升UV-C光源的输出功率，要么通过反射器进行多重反射来延长光路。不过，由于光强理论上与距离平方成反比，延长光路反而会导致光强减弱，从而降低光解效果。因此，提高局部光强成为更可行的途径——这正是微反射器发挥关键作用的地方！

反射器制备工艺大揭秘

为了打造12款各具特色的微反射器，研究团队使出了"组合拳"：电抛光、化学蚀刻、光刻胶回流和铝阳极氧化技术齐上阵。图4展示了这些反射器的制作流程示意图，而图5则呈现了其中6款代表性样品的电镜写真集。作为对比基准，还特别准备了镜面般平整的样本，用来评估微反射器们的"聚光演技"。

实验现场直击

为了检验12款样本在不同条件下的灭菌实力，研究团队以甲基蓝（MB）为"演技考核官"，搭建了专业的紫外线舞台（图6a）。舞台核心是4块UV-C LED灯板（270nm），每块板镶嵌16颗LED，总功率达1200mW（图6b）。通过精确调整光源与样本的距离（15mm和30mm），研究人员像导演一样掌控着"光强"和"曝光时间"两个关键参数。

成果总结

本研究系统评估了12款微反射器在UV-C LED灭菌战场上的表现。实验数据证实：光强才是影响MB降解的"主角"，其影响力远超曝光时间！特别是直径15-30μm的凹面反射器，开场30分钟内降解效率达到平面反射器的2倍以上——其中无间隙25μm设计更是摘得"效率冠军"，15分钟实现3.09倍提升，60分钟时MB去除率高达83%。更令人振奋的是，这种增强效果在照射前30分钟最为显著，与常规灭菌时段完美契合！

作者贡献声明

李世亨负责初稿撰写与实验探索，车妍娜玩转可视化，金范秀专注实验攻关，金炳希教授坐镇指导与资金支持，徐永浩教授则包揽了从概念设计到论文润色的全流程，堪称团队"最强大脑"。

利益冲突声明

全体演员郑重声明：本片拍摄未受任何商业赞助或人情干扰，纯属科研热爱之作。

致谢环节

本研究获得韩国国家研究基金会（NRF）"国家研发计划"（编号RS-2024-00431718）和韩国机械材料研究院"基础研究计划"（编号NK254A）的联合赞助，特此鸣谢！