日常生活中，我们都在有意或无意间用过紫外线杀菌，最常见的例子就是晒被子。有专家认为，天气暖和了，新冠病毒可能自然而然就消失了，部分也是基于紫外杀菌这一原理。那么紫外线是否真的可以杀死病毒呢？事实上，除了紫外光，可见光和红外光也具有强大的杀菌本领。那么，这些光是如何杀死细菌、真菌和病毒等病原体的？这些光介导的灭菌技术又可以应用于哪些场景呢？

撰文 | 徐颖

近年来，研究人员开发了一系列光介导的灭菌技术，既能用于日常生活中的各种场景，也能用来灭活病毒制备疫苗，还可以直接用于创口的治疗等方面。根据前人的研究[1]来看，这些技术可以针对细菌、真菌和病毒等各种类型的生物武器。因此，对于最近正在各国肆虐的新冠病毒来说，这些技术理应也能够在新冠病毒的防御和治疗等方面发挥重要作用。

与化学消毒剂、杀菌剂和抗感染药物相比，光具有很多优点：

我们在这里介绍几种光介导的杀菌方式，希望对新冠病毒的预防和治疗等工作有所启发。

首先，我们平日所说的光由哪些“成分”组成？其中哪些对人体有损害作用，哪些善加利用将有利于杀菌、除菌等工作？

光可以根据其波长范围和与物质作用时能否产生电离效应进行分类，按波长的升序排列可将其分成γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。波长越短，频率越高，能量也越大。由于光的电磁特性，它与物质相互作用时能够引起各种现象。例如，波长小于100纳米的光波在与物质相互作用时，会导致物质原子发生电离；随着波长的增加，光波所携带的能量虽不足以引起电离作用，但可以激发电子，使物质处于高能量状态，并诱导其分子结构发生变化。

图4：光敏剂化合物

推荐使用光动力疗法进行杀菌操作是因为它具有两大显著的优点：

一是相较其他化学消毒剂，光动力疗法较为环保，在对房屋或汽车等进行消毒后，残留的光敏剂可被阳光分解；

二是因为光动力疗法具有高选择性，它既能够通过光敏剂选择性地针对特定的细胞或组织类型，也能通过控制光照区域选择性地针对某些区域。

通过使用适当的光敏剂和光，光动力疗法能够用来杀灭水中、车辆和设备等表面、食品、皮肤、伤口中的病原体，甚至能够在系统性入侵发生之前，治疗病原体对人体或动物造成的局部感染。

5、飞秒激光的抗菌效果

飞秒激光（Femtosecond Lasers）除了用于近视手术外，还能用于杀菌。飞秒激光是指脉冲时间为10^-15秒的激光，可以破坏透明的或半晶石状的生物组织，是一种杀灭病原体的新方法。

飞秒激光在灭活不同微生物时采用的机制不同：灭活病毒时，飞秒激光能够促使病毒粒子蛋白质外壳中的氢键、疏水键断裂，使弱的蛋白连接分离，或引起病毒衣壳和囊膜蛋白选择性地聚集，从而使病毒失活；而在灭活细菌时，细菌的失活与可见飞秒激光照射造成的DNA损伤有关。

研究发现，可见飞秒激光或近红外亚皮秒光纤激光对多种病毒均具有灭活作用，包括M13噬菌体、鼠巨细胞病毒、烟草花叶病毒、人乳头瘤病毒和人类免疫缺陷病毒。

结 语

光介导技术在对抗所有已知病原体时均具有广泛的应用价值，从短紫外到近红外 (单独或与光敏剂结合使用) 的波长均可用于杀死或灭活革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌、真菌、内生孢子、寄生虫、病毒，甚至蛋白毒素。

随着微生物及其衍生物的类型不同，所使用的光的波长不同，以及是否使用光敏剂，光介导技术发挥作用的机制也可能有所不同，但这些技术主要针对两类目标，如UVC和PUVA针对病原体的核酸，而蓝光和光动力疗法针对光解的氧化蛋白。因此，当发生任何大规模的生物袭击之时，都可以尝试使用这些光介导的灭菌技术进行应对。

注释及参考文献

[1] Fatma Vatansever, Cleber Ferraresi and et al., Can biowarfare agents be defeated with light? Virulence 4:8, 796–825

[2] 注释：我们知道紫外线属于不可见光，但是为什么日常生活中的紫外灯大多散发出蓝紫色的光呢？事实上，虽然杀菌紫外灯的紫外线波长是254纳米，属于不可见光，肉眼看不见，但是灯管中的低压汞受电子轰击后发出的汞光谱中，除了波长254纳米的紫外线这一主要成分，还包括可见光范围内的蓝光和紫光。这样，紫外灯既能发挥紫外线的杀菌作用，又能提醒使用者所处的环境是否开启了紫外灯，从而防止紫外线对人体的伤害。

[3] 王宇辉，徐高田，光触媒技术的发展与应用，化学工程师，1002-1224（2004）12-0038-04

特 别 提 示

1. 进入『返朴』微信公众号底部菜单“精品专栏“，可查阅不同主题系列科普文章。

2. 『返朴』提供按月检索文章功能。关注公众号，回复四位数组成的年份 月份，如“1903”，可获取2019年3月的文章索引，以此类推。

版权说明：欢迎个人转发，任何形式的媒体或机构未经授权，不得转载和摘编。转载授权请在「返朴」微信公众号内联系后台。

《返朴》，科学家领航的好科普。国际著名物理学家文小刚与生物学家颜宁共同出任总编辑，与数十位不同领域一流学者组成的编委会一起，与你共同求索。关注《返朴》（微信号：fanpu2019）参与更多讨论。二次转载或合作请联系返朴公众号后台。