探讨反射表面上的电磁波干扰对微生物灭活的影响

《Scientific Reports》：Consideration of electromagnetic wave interference on microorganism inactivation on reflective surfaces

　　

摘要

本文探讨了作为一种已为人熟知的物理现象的波干涉，如何显著增加在反射表面上对微生物进行辐射灭活的难度。入射波与反射波在表面相互作用，形成靠近表面的干涉图案，即空间上稳定的曝光极大值和极小值区域。尤其是在表面灭菌过程中，病原体可能会躲藏在这些曝光强度最低甚至为零的区域中。无论辐射源是什么或其波长如何，由于波干涉而产生的这些曝光强度最低或为零的区域总会存在于表面附近。我们在两种不同的情境下研究了这一现象：一种是紫外线（UV-C）照射，它主要通过光化学作用破坏微生物；另一种是微波照射，对象是沉积在家用烤箱内壁上的微生物，其灭活机制主要是热效应。在第一种情况下，我们针对不同的UV-C光源（汞灯和LED灯等）以及金属表面上的新冠病毒，给出了这种效应的估算结果。随着照射剂量的增加，灭活曲线会出现明显的饱和现象。对于微波炉照射的情况，我们提供了分析结果和实验结果，展示了照射通量与烤箱内不同位置传感器所检测到的温度升高的关系。热成像相机也证实，在烤箱腔壁的金属表面上始终存在干涉极小值区域。通常，靠近壁面的地方（小于1毫米）的温度升高ΔT比烤箱内部低1到2个数量级（例如，靠近壁面的ΔT约为1到3摄氏度，而烤箱内部的ΔT则在30到100摄氏度之间）。