杀菌，用一颗芯片

郑晶敏

阳光中的紫外线是最好的杀菌剂，可是人们不能随时拥有阳光。总部位于硅谷的一家名为RayVio的公司想用一颗芯片，让人们随身“携带”阳光。

这颗芯片不是你熟悉的电脑元件，而是可为医疗器械、水甚至是空气消毒的杀菌芯片。

一颗不足指甲盖大的深紫外线LED芯片，能够释放比阳光中的紫外线杀菌能力更强的深紫外线，而且不会受天气影响。深紫外线LED芯片的杀菌原理和传统的紫外线杀菌器相同，都是通过破坏细菌的DNA起到消毒作用，但深紫外线的杀菌效率更高，也更加彻底。

实际上，深紫外线就是波长在200纳米至350纳米之间的紫外线。波长越长，光线的穿透能力越强，但杀菌效果较弱；反之穿透能力弱的紫外线，对细胞的破坏性越强。波长在280纳米的短波紫外线会灼伤皮肤，但它无法穿透大部分玻璃和塑料，因此它常被用于制作杀菌灯。

在试验中，RayVio的研究人员发现，深紫外线LED芯片可在5秒内消灭99.9%的细菌，当照射时长达到60秒，99.9999%的细菌将被杀死。试验样本中的细菌包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、李斯特菌和沙门氏菌等生活中常见的致病菌。

你可能在医院或者工厂见过深紫外线杀菌灯，有些净水厂也在利用这项技术。RayVio要做的，是把深紫外线杀菌技术应用到人们的日常生活中。

然而，应用场景的延伸可并不像说上去这么简单。“目前的深紫外线光源大多采用水银灯管。”RayVio的联合创始人廖翊韬告诉《第一财经周刊》，“水银有剧毒，一旦破裂会对人体产生危害。”2013年，联合国签订《水俣公约》，大幅限制水银的使用。如何研究出一种既高效又安全的深紫外线光源，让没有受过任何专业指导的普通人在日常生活中也能方便地使用，成了该行业的棘手问题。

廖翊韬的研究开始于10年前。他在波士顿大学光学中心攻读博士学位时的导师Theodore Moustakas是蓝光LED氮化镓（GaN）缓冲层关键技术的发明者之一。廖翊韬发现，如果能利用LED技术发射紫外光将，既能缩小灯管体积，又能降低灯管破损风险，而且还不含汞等剧毒物质。

但一颗芯片的发光效用十分有限，传统的蓝光LED半导体工艺无法达到深紫外光LED的功率要求。照射时长和光线强度是影响深紫外线杀菌效果的两个重要因素。在生活场景中，人们通常没有太多耐心等待，这时，便需要更高功率的深紫外线，因此研发半导体材料成了深紫外线LED芯片能否制成的关键。

半导体材料的构成会影响紫外线的发光率。“材料缺陷会导致紫外线以热能的形式散发。”廖翊韬说。当研究人员都在想方设法改善材料本身时，廖翊韬找到了新的研究思路—降低深紫外线对材料本身缺陷的敏感度。“好比一幢墙壁破损的房子，我们不能阻止光从裂缝中流失，但可以避免光线照射在有裂缝的地方。”在这个思路指导下，廖翊韬通过改变材料配方，研发出了一种新的半导体材料和制程工艺，它更能容忍材料的一些缺陷，从而能提高深紫外线LED芯片的杀菌效 率。

另外，由于新材料和工艺用成本低廉的蓝宝石基板代替了原本昂贵的人工合成氮化铝（AlN）材料基板，也大幅削减了深紫外线LED芯片的制造成本—此前，采用AlN材料开发出的深紫外线LED芯片，只能应用在单价很高的工业净化或精密仪器上。

成本的降低，提高了该技术应用到生活场景中的可能性。RayVio在美国加利福尼亚州建造了自己的芯片工厂，目前每年产能约300万枚。廖翊韬称，随着产能增加，RayVio的杀菌芯片会遵循摩尔定律（当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件，約每隔18至24个月数量增加一倍，性能也将提升一倍）不断提高性能，而单个芯片的生产成本也可从几十美元降低至数美元。

目前，RayVio正在研发面向终端消费者的深紫外线杀菌产品。2016年11月17日，RayVio在众筹网站Indiegogo为自己的第一款终端消费电子产品发起全球预售。这款名为Ellie的产品，可为婴幼儿奶瓶杀菌消毒，只用60秒就能杀死99%的细菌，降低婴幼儿感染细菌的概率。Ellie重0.9千克，大小和一本杂志差不多，它看起来像一个盒子，可随身携带，采用USB充电模式，LED的寿命可支撑10万次使用。目前官方零售价约为129美元。

除了为婴幼儿开发杀菌产品，RayVio还计划将深紫外线LED芯片嵌入成人用的水杯、餐具中。而在医疗领域，深紫外线LED杀菌技术也将成为趋势。“研究证明，RayVio深紫外UVC LED杀菌技术能够前所未有地快速、彻底地消毒，说明该技术可在预防全球疾病传染方面发挥重要作用。”廖翊韬说。

身为中国人，廖翊韬也把技术带到了中国。目前，RayVio已在北京设立了办公室。“中国和印度是最大的两个杀菌市场。”廖翊韬说。无论是对空气还是水资源的净化，发展中国家的需求都远远大于发达国家。而RayVio通过量产，不断降低深紫外线杀菌技术的成本，也会让更多发展中国家的消费者受益。

在廖翊韬的设想里，未来深紫外线LED芯片可能会出现在冰箱、微波炉、吸尘器等很多家用电器和设备中。比如，在水龙头或者淋浴喷头上安装芯片，还能为自来水消毒。这家公司目前正和一些电器或相关设备公司寻求合作。

RayVio甚至准备针对在中国肆虐的雾霾专门研发一款产品。一般的化学杀菌方法会让细菌产生耐药性，但紫外线破坏的是细菌的DNA，因此无论细菌如何变异，深紫外线都能起到杀菌效果。

深紫外线空气净化应用主要有两个方面，一是将LED芯片放进净化器、加湿器等产品中，杀死雾霾中的细菌，以提高空气净化效率；或者是为空气净化器的滤网杀菌，延长其使用寿命。大胆地设想下，如果这枚芯片能进一步缩小体积，并降低成本，说不定，还能塞进PM2.5的口罩里。