揭秘紫外线发光二极管：精准杀菌与 DNA 损伤机制的深度探索

在微生物广泛存在且部分致病的背景下，为解决 UV - LED 杀菌效果评估难题，研究人员开展不同波长 UV - LED 对 10 种细菌灭活及 DNA 损伤的研究。结果表明不同细菌对 UV 敏感性不同，263 - 270nm 灭活效果最佳。这为优化 UV - LED 杀菌方法提供依据。

　　在我们生活的世界里，细菌无处不在，它们在土壤、水体、动植物体内外，甚至在一些极端环境中都能顽强生存。其中部分细菌会通过接触、空气传播等方式，悄无声息地侵入人体，引发各种疾病，威胁着人们的健康。为了抵御这些细菌的侵害，消毒杀菌成为了保障生活环境安全的重要手段。在众多消毒方法中，紫外线消毒凭借其独特优势备受关注。然而，传统的低压汞灯（LP - Hg）因汞的使用受到限制，而新兴的紫外线发光二极管（UV - LED）虽具有众多优点，如波长范围广、体积小、寿命长等，但在细菌灭活效果评估方面却存在诸多问题。以往研究中，由于缺乏对不同波长 UV - LED 详细照射条件的规范，很难严格比较仅相差几纳米波长的紫外线对细菌的灭活效果。这就如同在黑暗中摸索，科研人员急需找到一种准确评估 UV - LED 杀菌效果的方法，以充分发挥其在预防细菌感染和污染方面的潜力。

在这样的背景下，来自日本德岛大学（Tokushima University）等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《Archives of Microbiology》杂志上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员为了深入探究 UV - LED 对不同细菌的灭活效果及相关机制，采用了多种关键技术方法。首先，他们使用了自行研发的标准化 UV - LED 照射系统，该系统充分考虑了 LED 和电源的特性，确保实验条件的稳定性和准确性。其次，运用 Wiener 反卷积方法，对实验数据进行处理，从而更精确地分析不同波长紫外线的杀菌效果。同时，通过菌落形成单位（CFU）测定、酶联免疫吸附试验（ELISA）等技术，对细菌灭活效果、DNA 损伤程度等进行量化评估。

下面来看看具体的研究结果：

1. U280 LED 照射下细菌的灭活效果：研究人员用 U280 LED 照射 10 种细菌，发现所有细菌的灭活效果都呈现出剂量依赖性，但相同 UV 剂量下不同菌株的灭活效果差异显著。通过计算 1 - 3 log₁₀灭活所需的 UV 剂量和灭活速率常数，发现革兰氏阴性菌除大肠杆菌外，达到 1 - 3 log₁₀灭活所需的 UV 剂量比革兰氏阳性菌少，且革兰氏阴性菌的初始灭活速率常数 K₁普遍高于革兰氏阳性菌。这表明细菌的结构差异，如肽聚糖层和细胞膜的不同，可能影响其对 U280 LED 照射的初始 UV 敏感性。
2. 不同波长 LED 照射下细菌的灭活效果：对比 13 种不同波长（250 - 365nm）的 LED 对细菌的灭活效果，发现细菌抑制作用在 250 - 300nm 范围内呈现出明显的波长依赖性，所有细菌在 263 - 270nm 左右都出现了灭活峰值。通过 Wiener 反卷积分析，进一步确定大肠杆菌在 267.6nm 处存活率下降最为显著。这为寻找最有效的杀菌波长提供了关键依据。
3. 细菌灭活与 DNA 损伤的关系：研究表明，紫外线照射可诱导细菌 DNA 产生环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和 6,4 - 光产物（6,4 - PPs）等损伤。实验发现，不同波长的紫外线照射下，细菌的 CPD 和 6,4 - PPs 产量不同，且细菌灭活效果与 CPD 产量之间存在很强的正相关关系。这意味着细菌的灭活主要是由 DNA 损伤，尤其是 CPD 和 6,4 - PPs 的产生所驱动的。
4. UV - LED 与 LP - Hg 灯的比较：研究人员将发射峰值波长约 254nm 的 U254 LED 与 LP - Hg 灯进行对比，发现相同 UV 剂量下，U254 LED 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭活效果更强。通过调整 UV - LED 的发射模式与 LP - Hg 灯相同，发现发射模式对细菌灭活能力没有影响，而两者灭活效果的差异主要与 CPD 产量有关。
5. 不同波长 UV - LED 对细菌生长的影响：研究人员评估了不同波长（U254、U260、U267、U270、U280、U308、U365）UV - LED 照射后细菌的生长情况。结果显示，不同细菌在不同波长照射后的生长曲线变化不同。例如，大肠杆菌、空肠弯曲菌和粪肠球菌在所有波长照射后对数生长期均出现延迟，而金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌仅在 U365 LED 照射后对数生长期发生变化。这表明不同波长对不同细菌生长潜力的影响存在差异。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：在 UVC 范围内，细菌对 UV - LED 的灭活效果具有波长依赖性，263 - 270nm 的 UV - LED 对所有测试细菌都有很强的灭活作用，且细菌灭活效果与 CPD 产量相关。与 LP - Hg 灯相比，相同照射条件下，两者在细菌灭活和 CPD 产量上存在差异，这可能与设备的波长组成有关。

这项研究意义重大。它首次系统地评估了多种细菌对不同波长 UV - LED 的敏感性，明确了最有效的杀菌波长范围，为开发更高效的 UV - LED 杀菌设备和方法提供了理论依据。同时，研究结果有助于深入理解细菌对紫外线的响应机制，为进一步研究细菌的 DNA 损伤修复和杀菌技术的优化奠定了基础。相信在未来，基于这些研究成果，UV - LED 在水净化、食品消毒、室内环境杀菌等领域将发挥更大的作用，为人们的健康生活保驾护航。