LED紫外线剂量对金黄色葡萄球菌杀灭效果的探讨

符纯愿，杨联武，罗小亮，邱 岳，徐婷婷，罗煜辉

（广东金鉴实验室科技有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

紫外线对细菌和病毒都有一定的杀灭效果，其杀灭原理是核酸在紫外照射时可吸收大量的紫外线，从而引起细胞体内核酸、原浆蛋白和蛋白酶的化学变化，最终导致细胞群体的死亡。

2020年新冠肺炎全球大流行，使人们对紫外杀菌消毒有了一个更深刻的了解，中国在《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第五版）》明确指出紫外线对新型冠病毒有一定的杀灭效果，因此国内外众多企业研发和生产的有关紫外产品更是不计其数地涌入市场，但传统的紫外灯有体积较大、启动时间长、维护成本高、寿命短等缺点，而且不同的产品之间的热损耗和功率水平差异较大，此时紫外LED在拥有体积小、瞬间启动、发光面积可调节等优点的情况下，迅速登上了发展的快艇。

紫外LED作为一种新生的技术，在标准化方面还需要建立完整的体系。2020年3月，国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会（CSAS）正式发布《紫外LED标准化体系分析报告》。报告中明确了紫外LED的杀菌消毒功效，但是还没有行之有效的紫外LED的杀菌效果评价，因此为了解决如何判断一款紫外LED产品的杀菌效果，原理上只要在足够长的时间内杀菌率可以达99.90%以上的紫外线剂量即可判定该紫外灯产品对细菌有杀灭效果。

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S.aureus）作为细菌繁殖体中化脓性球菌的代表，大量存在于人和动物皮肤、咽喉和鼻腔中，人类皮肤感染、脑膜炎、菌血症、败血症等多种疾病均由它引起，因此选用金黄色葡萄球菌对紫外LED杀菌效果进行测试[1-2]。

本实验主要是在实验室通过在不同的紫外辐照剂量下对杀菌的效果，从而探讨出合适的紫外辐照剂量对金黄色葡萄球菌的杀灭效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择波长275nm±5nm、输出功率为0.085W的紫外LED灯珠6颗，菌种为中国工业微生物菌种保藏管理中心购买的金黄色葡萄球菌 （Staphyloccus aureus）CMCC（B）26003。

1.2 试验方法

1.2.1 细菌悬液的制备

取菌种第3代的营养琼脂培养基斜面培养物，在无菌操作下，使用移液枪吸取5.0mL稀释液加入斜面试管内并多次进行吹吸，将斜面试管内的菌苔洗下，然后再用吸管将洗液移至另一支无菌的试管内，用电动振荡器对洗液进行震荡20s，用浊度计调整含菌量为 5×105～5×106CFU，即可得到细菌悬液。

1.2.2 菌片的制备

选取大小76mm×26mm长方形载玻片为载体，在酒精灯的灼烧下进行高温灭菌，待冷却后使用移液枪取10μL细菌悬液滴在载玻片的正中心，制备12片相同的菌片。

1.2.3 紫外辐照剂量

通过辐照计测量在灯珠正中心下方10cm，灯珠的辐照通量为 37.3μW/cm2。

辐照剂量是用紫外线灯在照射物品表面处的辐照强度和照射时间的乘积。

剂量（μW·s/cm2）=强度（μW/cm2）×时间（s）。

因此，根据紫外线光源的辐照强度，照射的时间，可以计算出辐照剂量。

1.2.4 紫外线杀菌实验

将6颗紫外灯珠固定在不同的架子上，分别将菌片放在距离紫外灯珠正下方的10cm处进行照射，另外选取不进行照射处理的菌片作为阳性对照组，实验设计 6 组，分别照射 60s、120s、180s、240s、300s、360s。

将实验组和对照组的菌片使用10ml移液枪量取5mL稀释液进行冲洗，然后对该稀释液进行10倍系列的梯度稀释过程，再选取1000μL合适浓度的稀释液放入无菌玻璃培养皿，再取冷却至50℃左右的15～20mL营养琼脂培养基倒入其中，左右前后摇匀，待琼脂完全凝固之后将平皿倒置，于37℃恒温箱培养48h，最后进行菌落计数。

实验平行重复3次，统计3次平均杀菌率。

2 实验结果

不同紫外辐照剂量对金黄色葡萄球菌的杀菌效果见表1。

表1 不同紫外辐照剂量对金黄色葡萄球菌的杀菌效果

试验结果表明，用辐照通量为37.3μW/cm2的LED紫外灯在垂直10cm照射条件下，随着辐照时间的增加，辐照剂量的增大对金黄色葡萄球菌的杀菌效果越好，当辐照剂量达到11190～13428μW/cm2之间时，杀菌率可以达到99.90%的临界值，辐照剂量大于13428μW/cm2，杀菌率达到99.99%后杀菌率不会再继续增加，因此辐照剂量至少要大于11190μW/cm2才达到对金黄色葡萄球菌的有效杀灭[3]。

3 讨论

不管是紫外LED灯还是传统紫外灯，其杀菌效果受到多种因数的影响，包括紫外灯本身的辐照强度、照射时间、照射距离等，张福云实验表明，紫外线对不同性质表面、于不同照射距离、垂直与侧向照射，所得杀菌效果有明显差别。同时，紫外LED拥有的波长特性、可脉冲照射特性都可以影响紫外LED的杀菌效果，而且不同微生物对紫外线的反应有所不同，因此本实验对于金黄色葡萄球菌的杀灭剂量，只是对于实验室杀菌率起到一种参考作用，可以减少前期对紫外剂量杀菌率的探索，降低实验上的成本，同时对紫外LED杀菌产品的生产指导有参考作用。

紫外灯杀菌的主要波长在200～300nm之间，紫外杀菌主要是因为细菌细胞体内的遗传物质吸收紫外光，导致细菌自身新陈代谢和遗传物质发生变异，从而造成细菌群体的死亡。一般情况下，紫外线杀菌效果是由微生物所接受辐照剂量所决定的，使用辐照强度大于90μW/cm2照射冠状病毒3min可以有效杀死SARS 病毒[4-5]。

4 结语

紫外LED灯作为一种新兴的紫外杀菌产品，其研究价值和研究意义都非常大，特别是紫外LED的光面积可调节，光源稳定等优点，使得紫外LED的使用场合十分广泛，同时光电转换效率、输出功率等研究有待提高，有很多研究报告应用紫外LED进行脉冲照射，可以提高杀菌效率，期待更多的紫外LED研究，进一步拓展紫外LED产品在消毒杀菌领域的作用[6-7]。