便携式脉冲紫外光消毒设备对多种病毒的灭活效能：来自中日大学合作的实验研究

本刊推荐：本研究系统评估了便携式脉冲UV（紫外线）设备对包膜/非包膜病毒的灭活效果。实验表明，在距离≤5 cm、照射≥5 s条件下，该设备可快速有效灭活FCV、IAV、HSV-2、PV-3及SARS-CoV-2等多种病毒，为急诊和重症环境下的物体表面消毒提供了高效、无接触的创新解决方案。

　　

Abstract

背景：在紧急医疗环境中，医护人员频繁暴露于未知病毒和细菌。为减少环境污染，便携式脉冲紫外光（UV）消毒设备的使用日益广泛，但其病毒灭活效果尚未完全明确。方法：本研究评估了该设备对五种病毒的灭活效能，包括猫杯状病毒（FCV，F4株）、甲型流感病毒（IAV，A/NWS/33株）、单纯疱疹病毒2型（HSV-2，UW 268株）、脊髓灰质炎病毒3型（PV-3，Sabin株）以及SARS-CoV-2。病毒悬液分别在1 cm、5 cm和10 cm的距离下照射1 s、5 s或10 s。FCV、IAV、HSV-2和PV-3的实验在中部大学BSL-2条件下进行，SARS-CoV-2的实验在东北大学BSL-3实验室完成。结果：该设备展现出显著的病毒灭活能力，尤其在距离≤5 cm、照射时间≥5 s时效果最佳，对包膜和非包膜病毒均有效。结论：便携式脉冲UV设备可快速灭活多种临床相关病毒，支持其在急救护理环境物体表面消毒中的应用价值。

Introduction

目前常用的环境消毒方法包括乙醇、次氯酸钠和紫外线（UV）照射。然而，某些表面（如纸张）不宜使用液体消毒剂，且有复杂表面的物品（如键盘）擦拭消毒耗时。为此，非接触式消毒方法如UV灯和便携脉冲UV设备被开发出来。与传统UV灯不同，便携脉冲UV设备发射高强度的紫外光，适用于液体敏感或几何形状复杂的表面。虽然已有研究探讨传统UV灯的病毒灭活效果，但便携脉冲UV设备的性能尚不明确。因此，本研究旨在系统评估该设备对包膜和非包膜病毒的灭活效能，所选病毒涵盖RNA病毒、DNA病毒，并选用猫杯状病毒（FCV）作为人类诺如病毒的替代株，以模拟真实急救环境中遇到的消毒挑战。

Materials and methods

Study design

本研究为实验室基础实验，旨在明确便携脉冲UV设备在临床可操作条件下对病毒的灭活效果。

Virus propagation

研究使用了五种病毒：FCV（F4株）、IAV（A/NWS/33株）、HSV-2（UW 268株）、PV-3（Sabin株）和SARS-CoV-2（α株，东北大学提供）。这些病毒分别在特定宿主细胞中培养，并使用相应的空斑测定培养基进行病毒滴度测定。

Portable pulsed UV light disinfection device

设备由ClearPulse?（Comet Corporation, Tokyo, Japan）提供，包含1.4 kg的发光单元和4.05 kg的电池单元。它使用氙灯以53 Hz频率发射脉冲光（1/30,000 s），每次闪光输出3.17 J（即162 J/s），强度超过常规UV杀菌灯。其发光组件为石英玻璃管，光子计数涵盖200–400 nm全范围，在UV-C和UV-B区域有峰值强度。病毒悬液在1 cm、5 cm和10 cm距离下分别照射1 s、5 s和10 s。

Determination of the virucidal effect

FCV、IAV、HSV-2和PV-3的实验在中部大学BSL-2实验室进行，SARS-CoV-2在东北大学BSL-3实验室进行。将100 μL病毒悬液（浓度为1×10⁴或1×10⁵ PFU/mL）均匀涂布于35 mm聚苯乙烯培养皿中，保持液体状态进行照射。每个条件设三个重复，并设未照射对照组。照射后，病毒液接种于宿主细胞，经孵育、固定、染色后计数空斑数，检测限为<1 PFU/100 μL。

Statistical analysis

采用单因素方差分析和Bonferroni校正进行统计比较。病毒滴度降低≥2Log₁₀ PFU且具有统计学差异（p<0.05）视为有效灭活。

Application in emergency and critical care settings

由急诊、重症医师及感染控制团队共同评估了该设备在急救重症环境下的适用场景。

Results

病毒灭活效果因病毒种类、滴度、距离和时间而异。总体而言，在≤5 cm距离和≥5 s照射条件下，设备对多数病毒表现出显著灭活效果（滴度降低≥2Log₁₀ PFU）。例如，SARS-CoV-2在1×10⁴ PFU/mL组的所有照射条件下均显著下降，但在1×10⁵ PFU/mL组中，1 s/10 cm条件下降不显著。FCV、HSV-2和PV-3在较低剂量或较远距离下需更长时间才显效。该设备已在东海大学急救医疗中心用于实际物品消毒，如知情同意书、N95口罩、键盘及救护车内表面。

Discussion

本研究证明，便携脉冲UV设备在≤5 cm距离、≥5 s照射条件下可有效灭活多种病毒。为减少培养基对UV透射的影响，病毒悬液以液体状态均匀涂布并照射，该条件比实际物体表面消毒更为严格，提示本研究结果适用于临床场景。UV消毒效果取决于光的波长，其中UV-C（200–280 nm）具有最强的杀菌和病毒灭活能力。UV-C可引起病毒基因组损伤，如形成嘧啶二聚体（Py-Py）和6-4光产物（Py(6-4)Py），从而抑制RNA合成和逆转录酶活性。对非包膜病毒（如FCV和PV），UV-C还可引起衣壳蛋白氧化损伤和RNA-蛋白质交联。本设备发射全UV光谱（UV-A至UV-C），其中UV-C波段峰值显著，贡献主要灭活效应。但因脉冲光特性（1/30,000 s，53 Hz），现有UV传感器难以准确测量其辐照剂量，故本研究以距离和时间作为操作参数。在实际急救和重症环境中，该设备已广泛应用于各种物体表面消毒，如电脑键盘、显示屏、担架、门把手、纸质文件和救护车内饰，并由护理人员每日使用1–2次以维持环境清洁，相比酒精擦拭节省时间。

研究存在一定局限性：评估在实验室控制条件下进行，真实环境中有机物、表面不平整和气溶胶等因素可能影响效果；病毒以液体状态照射，可能低估在干燥表面的灭活效果；缺乏校准剂量计测量UV fluence（如mJ/cm2），难以建立剂量-效应关系；未完全模拟医疗环境实际污染场景。未来研究需纳入UV fluence测量、干表面条件及真实临床环境模拟，以更全面评估脉冲UV设备的实用价值。尽管如此，本实验研究表明，便携脉冲UV设备在特定条件下（≤5 cm，≥5 s）可有效灭活包膜和非包膜病毒，支持其在急救和重症护理环境中作为化学消毒替代方案的应用潜力。