大卫·布伦纳(David Brenner)坐在一盏远紫外线灯前

大卫·布伦纳研究远紫外线的影响。图片来源:哥伦比亚大学放射学研究中心

爱德华·纳德尔(Edward Nardell)演唱卡巴莱歌舞的波士顿钢琴酒吧通常是通过空气传播疾病的理想场所。但纳德尔和他的观众被他安装的远紫外线(UV)灯保护，免受COVID-19大流行的影响。

远紫外线是一种新兴的杀菌紫外线(GUV)照射方式，是一种完善的消毒技术，在对抗SARS-CoV-2病毒和其他容易在封闭空间通过空气传播的病原体的战斗中不断增长的资源。

室内空气安全始于通风，但通常不能止于此，纳德尔说，他是马萨诸塞州波士顿哈佛大学陈T.H.公共卫生学院的医生和空气感染研究人员。他解释说，取代房间空气的通风系统很少强大到足以完全预防冠状病毒和其他容易感染的疾病。

积极尝试净化室内空气的系统，如那些使用高效微粒空气(HEPA)过滤器的系统，可以更有效地去除有害颗粒。但是它们的安装和操作都很昂贵，经常有噪音，而且覆盖范围有限——可能需要多个设备才能覆盖一个房间。马里兰大学公共卫生学院的环境健康研究员唐纳德·米尔顿说:“这就是用紫外线进行空气卫生的原因。”

使用GUV灯，“你可以在相对较少的空气流动下获得非常高的空气消毒率，”Milton说。“有了最新的技术，也许你甚至不用担心空气流动，因为现在有了使用更安全的波长，你可以在整个房间使用GUV。”米尔顿说，在学校、医院和餐馆等疾病容易传播的拥挤场所，“甚至在你意识到自己有问题之前”，GUV可以悄无声息地运行。“这对控制这些事情非常关键。”

射击的细菌

传统的GUV系统使用汞蒸气灯，它通过电流通过汽化的汞产生光，类似于传统的荧光灯。这些灯发出的辐射为UVC波段，波长约为254纳米。UVC辐射会被大气过滤，所以地球上的生命还没有进化到可以承受它。辐射造成光化学损伤，破坏核酸——使致病性病毒和细菌失去活性，尽管不一定会杀死它们。

这种灯被广泛用于水消毒，清洁水果和蔬菜，以及手术室等空间的表面消毒。但因为这种波长会伤害人的眼睛和皮肤，所以这些系统发出的光不会照射到人。然而，这并不意味着它不能应用于公共空间。几十年前就有了一种聪明的方法，被称为“上层房间GUV”，它把灯放在房间的高处，利用上升的气流灭活远离人类的病原体。

宾夕法尼亚州立大学帕克分校(Pennsylvania State University in University Park)的建筑工程师威廉·班弗里斯(William Bahnfleth)说，这种技术效果不错。在一个房间里，空气从人、设备和现有的通风设备上升，通过灯具的辐射区，然后循环回到被占用的空间。

虽然没有普遍接受和执行的室内空气质量标准，但目标通常是根据房间内每小时换空气的频率来表示的。例如，美国医院的检查室建议每小时换六次空气。这对通风系统来说是一个难题，通常需要大量的能源，Bahnfleth说。然而，上层房间的GUV系统很容易达到相当于两到三倍的空气交换水平，以达到消毒目的，而使用的能源比通风系统少得多。纳德尔说:“除了医院或特殊设施外，几乎不可能有六次换气。”“GUV是唯一能给你带来如此惊人的等量换气次数的方法，因为你可以一次性消毒如此大量的空气。”

科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的机械工程师、室内空气质量专家雪莉•米勒(Shelly Miller)在一项未发表的研究中，对包括办公室、酒店和学校在内的各种建筑应用了通风、过滤、紫外线和口罩的各种组合。研究发现，“唯一能将风险常规降低到合理可接受水平的技术是紫外线”。“对我来说，这表明紫外线是一种非常强大的空气清洁工具，我们只是在失职。”

骑较短的波

经过研究，在学校和医院中广泛采用了楼上的GUV1在20世纪30年代末和40年代由威廉·威尔斯领导，他是一位生物学家，当时在费城的宾夕法尼亚大学。Wells和他的同事们证明，在费城郊区的学校里，楼上的GUV大大减少了麻疹的传播。尽管许多结核病病房仍然使用楼上的GUV，但随着疫苗等更有力干预措施的出现，GUV的使用已经减少。

尽管上层的GUV的传统UVC灯是有效的，但它从根本上受到了远离人的要求的限制。只有当空气循环到房间顶部并经过GUV灯时，才会被清洁，这给病原体留下了跳跃到新宿主的机会。较短的波长可能有助于克服这一限制。

纽约市哥伦比亚大学专门从事放射学研究的物理学家大卫·布伦纳(David Brenner)说，这是因为254nm以下的波长几乎不能穿透组织。波长为222纳米的远紫外线无法穿透皮肤表面的死细胞层或眼睛表面的泪膜。由于细菌和病毒比这些层小得多，布伦纳和他的同事推断，远紫外线辐射可以在不伤害皮肤和眼睛的情况下摧毁病原体。科学家们用含有氯氪气体的灯来验证他们的假设，氯氪气体分子在电激发下主要在222纳米范围内释放UVC辐射。

发射紫色光的氪氯准分子灯的特写。灯由三个圆柱形部分组成。

氪氯准分子灯。信贷:伊万收购方

哥伦比亚大学的研究小组最初的目标是改善手术室的消毒，但他们意识到远紫外线辐射也可能减少病毒在空气中的传播。在2018年的一项研究中，研究人员表明，当空气中超过95%的流感病毒经过低功率远紫外线灯时，它们会被灭活2．布伦纳的研究小组已经证明，三维人体皮肤模型和小鼠的细胞基本不受如此低剂量的影响3.和其他研究人员在大鼠身上没有发现222纳米辐射对眼睛造成损伤的证据4．

当COVID-19来袭时，哥伦比亚大学的科学家们对类似于SARS-CoV-2的冠状病毒菌株进行了类似的实验，再次取得了良好的结果5．为了扩大他们的测试规模，研究人员随后与英国的科学家合作，其中包括利兹大学(Leeds University)的一组科学家，他们可以使用一个房间大小的用于容纳病原体的试验室。

房间大小的实验使用葡萄球菌葡萄球菌细菌悬浮在空气中。英国邓迪大学的医学物理学家、一篇论文的第一作者Ewan Eadie说，这种微生物相对容易分析，预计比冠状病毒更能抵御紫外线辐射6这概括了研究小组的发现。他说:“我们真的不知道最后会有什么结果。”

结果非常好。布伦纳说:“我们发现房间里的病原体水平迅速下降。”“我们每小时的当量换气量真的很大，远远超过每小时100当量换气量。”

在安全方面，布伦纳和他的同事在5月份报告说，他们将无毛小鼠暴露在辐射下66周，却没有检测到任何皮肤癌7．他们即将进行的研究将专注于对眼睛的风险，并进一步研究222纳米辐射如何损伤病原体的机制。

尽管远紫外线消毒的实验室测试前景看好，但该技术在医院、学校和餐馆等繁忙的公共室内空间的应用效果如何仍存在疑问。Eadie说:“这些实验室都是无菌干净的。”“我想看看真实世界的数据。”

在加拿大的新斯科舍省，一项现实世界的临床试验正在研究远紫外线在养老院的使用，在那里很难防止通过空气传播的疾病。这项对照研究将跟踪200名居民中COVID-19和其他呼吸道病毒感染的发病率，其中一半人将使用安装有远紫外线灯的公共区域。另一半将使用安慰剂灯，外观相同，但缺少远紫外线输出。试验于2021年10月开始，预计2023年初会有结果。

与此同时，纳德尔已开始使用南非埃马拉莱尼的一个空气传播感染研究设施来研究COVID-19。最初设计用来分析肺结核感染的设施包括一个有三张床的病房，病房里的空气被转移到那些很容易因被研究的疾病而生病的动物——在这里是仓鼠——的暴露室。纳德尔说:“仓鼠是COVID的首选实验动物。该设施将通过监测仓鼠的疾病迹象，将远紫外线辐射的效果与上层房间的GUV系统进行比较。

但公司并没有等待同行评议的研究结果。远紫外线灯装置已经投放市场，并在世界各地安装——不仅在建筑物中，还在公共汽车和其他感染热点地区。尽管布伦纳警告消费者要谨慎行事，但一些设备甚至在市场上用于家庭使用，因为发送错误波长的设备可能会造成损害。

尽管这些装置的成本差异很大，纳尔德尔说，一个由专家安装的灯的零售价大概是2000美元，如果连续运行，这些灯的预期寿命约为15个月。Eadie说，基于发光二极管(LED)的远紫外线灯有希望最终提供更便宜、更长寿的替代品，取代目前使用的煤气灯，但LED远紫外线灯的原型目前被限制在不切实际的低功率水平。

与此同时，纳德尔说，在他表演的钢琴酒吧里，远紫外线灯提供相当于每小时35次空气交换，可能使它成为这个星球上最安全的唱歌场所之一。当他邀请布伦纳和他的同事们去酒吧时，他们享受了一个没有戴面具的歌舞之夜，希望能受到照在他们身上的无形之光的保护。布伦纳说:“我非常紧张，在接下来的一周做了很多很多的COVID检测，但我没事。”