远紫外C辐射（200-240 nm）对人类角膜DNA损伤的穿透深度与安全性评估

本研究针对远紫外C（Far UV-C，200-240 nm）作为新型消毒技术的眼部安全性问题，通过离体人类角膜、猪角膜及重建人类角膜上皮（RHCE）模型，结合免疫组化和蒙特卡洛模拟技术，系统评估了222 nm、233 nm与254 nm紫外线诱导DNA损伤的穿透特性。研究发现222 nm辐射仅影响角膜上皮浅层，而233 nm可达到基底层，传统254 nm UV-C则能穿透至基质和内皮层。该成果为Far UV-C在有人环境中的安全应用提供了关键实验依据，发表于《Scientific Reports》。

　　

在新冠疫情的持续影响下，如何安全有效地进行有人环境下的空气消毒成为全球性难题。传统254 nm UV-C虽具有强杀菌性，但会引发皮肤癌变和角膜病变等严重副作用。而新兴的远紫外C波段（Far UV-C，200-240 nm）因其在微生物灭活与人体安全间的平衡特性备受关注——这个波段的紫外线能被生物组织表层强烈吸收，理论上可杀灭空气中病原体同时避免深层组织损伤。但关键问题在于：人类角膜这个仅有0.5毫米厚的精密光学结构，究竟能对Far UV-C提供多少天然防护？

来自德国柏林工业大学、柏林夏里特医学院等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次通过多模型对比揭示了Far UV-C在人类角膜中的真实穿透行为。研究创新性地结合离体人类角膜、猪角膜和重建人类角膜上皮（RHCE）三种模型，配合免疫组化检测DNA损伤标志物环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和（6-4）光产物（6-4PP），并结合逆向蒙特卡洛模拟（iMCS）量化光学参数，最终通过正向蒙特卡洛模拟预测了完整人类角膜中的光穿透深度。

关键技术方法包括：1）使用移植银行提供的离体人类角膜和屠宰场新鲜猪角膜，在模拟泪液环境下进行222 nm、233 nm、254 nm和宽谱UV-B（280-400 nm）照射；2）免疫组化定量分析角膜上皮、基质（分前后区）和内皮层的CPD/6-4PP阳性细胞；3）通过40 μm冷冻切片测量猪角膜在200-300 nm波段的吸收系数（μ_a）与有效散射系数（μ_s'）；4）基于光学参数建立三层（泪膜-上皮-基质）蒙特卡洛穿透模型。

Reconstructed human cornea epithelium (RHCE)
RHCE模型显示222 nm和233 nm仅诱导表层上皮细胞损伤，但修复能力差于天然组织。多次暴露会导致CPD累积，提示体外模型可能高估实际风险。

Human cornea samples
人类角膜（平均上皮厚度26±2 μm）结果显示：222 nm（40 mJ/cm²）仅影响60%上皮细胞，损伤深度27±4 μm；233 nm则导致全上皮层损伤；254 nm不仅穿透全层上皮，还在前基质产生21% CPD⁺细胞，内皮层出现57% CPD⁺细胞。24小时后，222 nm组损伤修复率达89%，而254 nm组反而恶化。

Porcine cornea samples
猪角膜（上皮厚110±2 μm）中233 nm仅20%上皮细胞受损，穿透深度28±5 μm，验证了上皮厚度对UV防护的关键作用。

Absorption and scattering coefficients
光学测量发现：当波长<240 nm时，基质的μ_a和μ_s'反超上皮层，这解释了222 nm在人类角膜中的有限穿透。

Penetration depth
模拟预测：在完整人类角膜（上皮50 μm）中，222 nm仅10%光强能达到基底层，而233 nm可达全上皮。传统254 nm则能深入后基质层。

这项研究通过"生物实验+光学模拟"的双重验证，确立了Far UV-C（特别是222 nm）对完整角膜的相对安全性：其能量主要被上皮层吸收，基底层干细胞和基质得以保护。但研究也揭示重要隐患——上皮变薄（如术后或疾病状态）会显著增加UV穿透风险，而233 nm的穿透性已接近安全阈值。此外，多次暴露下的损伤累积现象提示需制定严格的暴露限值。这些发现为医院、机场等公共场所的Far UV-C消毒设备应用提供了关键安全依据，同时建立了评估紫外角膜毒性的多模型研究范式。未来研究需进一步考察长期低剂量暴露效应，以及不同角膜病理状态下的UV敏感性变化。