刘旸 王飞 宁培勇

摘 要 为探究222 nm准分子灯在实验室条件下对微生物的杀灭效果，采用生物学抗力高于严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）的细菌繁殖体作为指示菌，研究了不同条件下222 nm准分子灯辐照度值及其发射光波长分布对微生物的杀灭效果，并将其与传统的低压汞灯进行比较。结果显示，距离物体表面32 cm处，紫外线灯峰值波长为222 nm，辐照度值为1796 μw/cm²，而低压汞灯峰值波长为253.8 nm，辐照度值仅为484 μw/cm²。在对微生物的杀灭效果上，采用磷酸盐缓冲溶液稀释菌液、染菌载体钢片温度20℃且不进行干燥处理条件下，222 nm准分子灯照射15 s即可对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、大肠杆菌（Escherichia coli）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的杀灭对数值达到3。采用胰蛋白胨大豆肉汤稀释菌液、染菌载体钢片温度为20℃、4℃和-20℃，且进行干燥处理条件时，222 nm准分子灯达到消毒效果需要60 s，而低压汞灯需要20 min。本研究表明，在同等条件下，222 nm准分子灯达到消毒效果需要的时间要远少于低压汞灯，且222 nm准分子灯辐照度值和对微生物的杀灭效果均强于低压汞灯，可应用于冷链货物等的表面消毒。

关键词 222 nm准分子灯；低压汞灯；表面消毒效果

Study on Disinfection Effect of Object Surface Based on 222 nm Excimer Lamp

LIU Yang ¹ WANG Fei ^1* NING Pei-Yong ²

Abstract In order to explore the killing effect of 222 nm excimolecular lamp on microorganisms under laboratory conditions, this study used the bacterial propagules of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) as the indicator bacteria to investigate the disinfection effect of 222 nm excimer lamp on microorganisms under different conditions, and compared it with traditional low-pressure mercury lamps. The results indicate that at a distance of 32 cm from the surface of the object, the peak wavelength of the excimer lamp is 222 nm, and the irradiance value is 1796 μw/cm², while the peak wavelength of the low-pressure mercury lamp is 253.8 nm, and the irradiance value is only 484 μw/cm². In terms of the killing effect on microorganisms, under the condition that the bacterial solution was diluted with phosphate buffer solution, with the temperature of the bacterial carrier steel plate at 20℃, and no drying conditions were applied, the killing logarithm of Staphylococcus aureuss, Escherichia coli, and Pseudomonas aeruginosa can reach 3 after 15 seconds of irradiation with a 222 nm excimer lamp. Under the condition that the bacterial solution was diluted with tryptone soy broth with the temperature of the bacterial carrier steel plate at 20℃, 4℃ and -20℃, and drying conditions were applied, it took 60 s for 222 nm excimer lamp to achieve disinfection effect, and 20 min for low-pressure mercury lamp. This study shows that under the same conditions, the time required for the 222nm excimer lamp to achieve disinfection effect is much shorter than that of the low-pressure mercury lamp, and the irradiance value and bactericidal effect of the 222 nm excimer lamp are stronger than those of the low-pressure mercury lamp. So the 222 nm excimer lamp can be applied to the surface disinfection of cold chain goods.

Keywords 222 nm excimer lamp; low pressure mercury lamp; surface disinfection effect

基金项目：海关总署科研项目（2022HK092）；天津海关“揭榜挂帅”项目（2022THK006）

第一作者：刘旸（1980—），男，汉族，天津人，本科，高级工程师，主要从事微生物检测及消毒评价研究工作，E-mail: 0272200@tj.intra.customs.gov.cn

通信作者：王飞（1986—），女，汉族，河北石家庄人，硕士，高级工程师，主要从事微生物检测及消毒评价研究工作，E-mail: wangfei_0124@126.com

1. 天津海关动植物与食品检测中心 天津 300461

2. 天津疾病预防控制中心 天津 300011

1. Plants, Animals and Foods Inspection Center, Tianjin Customs, Tianjin 300461

2. Tianjin Center for Disease Control and Prevention, Tianjin 300011

严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）主要通过受感染的呼吸道飞沫和与受感染者的密切接触传播，在跨国物流生产、运输、储存、销售和消费方面也均有相关报道^[1]。有研究表明，SARS-CoV-2可存在于冷冻产品中，在特定条件下，可在其表面存活几天^[2-3]。因此，对跨境商品表面进行消毒，切断SARS-CoV-2从物体到人的传播途径，是抑制SARS-CoV-2在环境中传播的关键。

目前，液体化学消毒剂最常用于对物体表面进行消毒，它可以大大降低因包装而引起的接触传播的风险^[4-5]。然而，传统方法对物体表面进行消毒通常可以在室温下进行，低温下对冷链产品的消毒则是一种特殊操作。在冷链物流中，传统的化学消毒剂一旦喷洒在容器上就容易冷冻，难以有效消毒，且传统消毒方式多为人工操作，不仅耗时，在低温条件下实施起来也比较困难^[6]。相比之下，紫外线消毒具有时间短、安全环保、无危险残留等优点，操作方式相对简单，不失为一种可靠、替代传统消毒的方法^[1]。

紫外线（Ultraviolet，UV）照射是消灭致病微生物的一项技术，也是最常见的消毒方法之一，已被广泛用于医疗卫生、疾病预防、疫情传播等领域^[7-10]。根据波长与分子的相互作用，紫外光可以最简单地分为4类：波长＜200 nm的“真空紫外线”（Vacuum Ultraviolet，VUV），波长在200～280 nm“短波紫外线”（Short Wave Ultraviolet，UVC），波长在280～315 nm“中波紫外线”（Medium Wave Ultraviolet，UVB），以及波长在315～400 nm“长波紫外线”（Long Wave Ultraviolet，UVA）。杀菌机制主要与核酸成分吸收紫外线有关，大部分UVB和UVA波长在微生物吸收峰内，不能直接杀死微生物，但UVC可以导致核酸（DNA/RNA）损伤，主要通过形成胸腺嘧啶和嘧啶二聚体，也通过其他核酸的光产物，破坏核酸复制从而灭活各种病原体^[11]。254 nm波长是最常用的杀菌波长，但它会对人类皮肤和眼睛造成一定的伤害。相比之下，222 nm波长作为一种新型消毒波长，其杀菌效果好且对人体健康无害，因而受到越来越多的关注^[12-14]。此外，已有的研究报告表明，222 nm紫外光能有效且安全地灭活空气中的人类冠状病毒，包括SARS-CoV-2^[15-16]。因此，基于222 nm远紫外线光的消毒系统可作为一种可靠的方法进行病原体消毒。

本研究通过试验UVC（222 nm）准分子灯消毒装置对冷链货物表面的消毒效果，评估了其对几种指示菌的杀灭水平，旨在探究222 nm准分子灯对物体表面的消毒效果，为进一步开发“隧道式”消毒设备奠定基础，以满足不损坏冷链食品外包装、不污染食品和环境、消毒措施不受温度的影响且能在极短时间达到消毒效果的需求，以期为切断SARS-CoV-2等微生物在冷链中的传播提供一种有效的消毒策略。

1 材料与方法

1.1 材料

222 nm准分子灯（EX 240R10-222，功率为350 W）购于韩国UNILAM有限公司；低压汞灯（ZW30S19W，功率为30 W）购于中国紫水晶特种光源有限公司；紫外光谱分析仪（OHSP-35）购于杭州合波光色科技有限公司，该分析仪在装运前在工厂校准；载体片为不锈钢片（直径为15 mm，厚度为0.5 mm，试验前已进行脱脂处理及高压蒸汽灭菌）。

金黄色葡萄球菌（ATCC 6538）、大肠杆菌（8099）、铜绿假单胞菌（ATCC 15442），由中国工业微生物菌种保藏管理中心（CICC）提供；胰蛋白胨大豆肉汤（tryptone soy broth，TSB）购于OXOID公司；磷酸盐缓冲液（phosphate buffer solution，PBS）购于广东环凯微生物技术有限公司；胰蛋白胨生理盐水溶液（Tryptone Physiology Solution，TPS）由1000 mg/L胰蛋白胨和8500 mg/L氯化钠制成，pH值为7.0 ± 0.2。

1.2 含菌不锈钢载体片的制备

细菌繁殖体使用经过18～24 h培养的新鲜培养物，分别使用TSB和PBS配制细菌悬液，含菌量约为1×10⁸～5×10⁸ CFU/mL。滴染法染菌时，将消毒效果监测所使用的微生物载体钢片平铺于无菌平皿内，使用10 μL移液器接灭菌滤芯吸头逐片滴染菌液，菌液滴加量为10 µL/片，并使用无菌接种环将菌液涂匀整个载体钢片表面。滴染菌液后，将染菌载体钢片置室温，以自然干燥和不干燥分组处理进行后续试验。每个载体菌片的回收菌数应为5×10⁵～5×10⁶ CFU/片。

1.3 紫外线辐照度值的测定

开启222 nm准分子灯和低压汞灯5 min，使用紫外光谱分析仪在灯管下方垂直距离32 cm的中心处测量其辐照度值（μw/cm²）。

1.4 实验室载体定量杀灭试验

鉴于SARS-CoV-2培养须在三级生物安全实验室完成及相关政策规定，本研究采用生物学抗力高于SARS-CoV-2的细菌繁殖体作为指示菌，来探究222 nm准分子灯对其消毒效果，间接反映对SARS-CoV-2的灭活效果^[17]。

在222 nm准分子灯的表面添加一个伞形铝反射器、一个350 W的电源和用于冷却的风扇。30 W低压汞灯作为对照设备使用。固定照射距离为32 cm。取制备好的染菌载体钢片平置于无菌平皿内（非重叠），平皿放于预先确定的照射位置上，开启电源（生产企业配置）进行照射消毒。照射不同时间后，将照射后样本作为试验组（一式三份）分别投入无菌TPS溶液，电动混匀器震荡20 s后，进行活菌培养计数。阳性对照组，以试验用的同批染菌载体钢片置室温下，待试验组消毒操作完毕，立即将该批菌片放入无菌PBS溶液中进行活菌培养计数。阴性对照组，以同批次试验用培养液接种于培养基培养，观察有无细菌生长。

杀灭对数值= lg阳性对照组平均活菌浓度－lg试验组平均活菌浓度。试验中的阳性对照组检测回收菌量在5×10⁵～5×10⁶ CFU/片（对数值为5.70～6.70），阴性对照组应无菌生长，杀灭对数值≥3，判为消毒合格。

2 结果与讨论

2.1 紫外线辐照度值测定结果

测试结果见表1，于垂直距离32 cm处低压汞灯和222 nm 准分子灯紫外线UVC辐照度值分别为484 μw/cm²和1796 μw/cm²，222 nm准分子灯的辐照强度远高于低压汞灯，并获得中心波长数据分别为253.8 nm和221.8 nm，如图1、图2所示。

2.2 实验室载体定量杀灭试验结果

试验结果显示，采用PBS无菌溶液稀释菌液（细菌悬液没有相关蛋白质的保护）时，222 nm准分子灯照射后对细菌繁殖体取得良好的杀灭效果（杀灭对数值＞3），且将菌悬液不做干燥处理的载体片杀灭效果更佳，作用15 s即达到消毒效果，而干燥处理的载体片达到相同效果则需近30 s。这可能与TSB稀释液中某些蛋白成分对目标菌的保护作用有关^[18]。采用TSB稀释菌液（细菌悬液有相关蛋白质的保护）时，延长222 nm准分子灯照射时间后可对细菌繁殖体取得良好的杀灭效果（杀灭对数值＞3），且将菌悬液不做干燥处理的载体片杀灭效果更佳，作用30 s即达到消毒效果，而干燥处理的载体片达到相同效果则需近60 s。具体数据见表2。

222 nm试验比较了不同温度的染菌载体钢片对消毒效果的影响。结果表明，采用PBS稀释菌液（细菌悬液没有相关蛋白质的保护），将染菌载体钢片干燥处理后分别置于4℃、20℃ 2 h后取出，其他实验条件不变，222 nm准分子灯照射30 s后对细菌繁殖体取得良好的杀灭效果（杀灭对数值＞3）；与在传统的实验室温度（20℃）条件下杀灭效果相比未见明显差异。同样的，采用TBS稀释菌液（细菌悬液有相关蛋白质的保护），干燥处理后将染菌载体钢片分别置于4℃、-20℃ 2 h后取出，其他实验条件不变，222 nm准分子灯照射60 s后对细菌繁殖体取得良好的杀灭效果（杀灭对数值＞3），与在传统的实验室温度（20℃）条件下杀灭效果相比未见明显差异。具体数据见表3。

低压汞灯对比试验结果表明，采用TSB稀释菌液（细菌悬液有相关蛋白质的保护），延长低压汞灯照射时间10～20 min后对细菌繁殖体才能取得良好的杀灭效果（杀灭对数值＞3），且将菌悬液不做干燥处理的载体片杀灭效果更佳，作用10 min即达到消毒效果，而干燥处理的载体达相同效果则需近20 min，见表4。由此可见，低压汞灯对微生物的杀灭效果远低于222 nm准分子灯。

3 结论

本研究探讨了222 nm准分子灯在不同条件下对细菌繁殖体的杀伤作用，并与传统的低压汞灯进行了比较。结果表明，222 nm准分子灯照射15 s即可杀灭金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌，222 nm准分子灯相较于低压汞灯用时更短，这也说明222 nm准分子灯比低压汞灯具有更高的辐照度和更强的微生物杀灭效果。此外，不锈钢载体在低温和传统温度20℃时，杀灭效果差异不显著，说明其适合于在低温下进行物体表面消毒。本研究为进一步开发“隧道式”消毒设备奠定了实验基础，为阻止SARS-CoV-2或其他微生物通过冷链传播提供了一种有效的消毒技术。

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表1 低压汞灯和 222 nm准分子灯紫外线辐照度值的测定结果

Table 1 Measurement results of LPM lamp and 222 nm excimer lamp UV irradiance values

图1 低压汞灯发射光强度光谱

Fig.1 Spectrum of the emitted light intensity by LPM lamp

图2 222 nm准分子灯发射光强度光谱

Fig.2 Spectrum of the emitted light intensity by 222nm

excimer lamp

表2 222 nm准分子灯在常温条件下对不锈钢载体表面消毒效果

Table 2 Disinfection effect of 222nm excimer lamp on stainless steel carrier surface at atmospheric temperatures

表3 222 nm准分子灯在不同温度下对不锈钢载体表面消毒效果

Table 3 Disinfection effect of 222nm excimer lamp on stainless steel carrier surface at different temperatures

表4 低压汞灯对不锈钢载体表面消毒效果

Table 4 Disinfection effect of LPM lamp on the surface of stainless steel carrier