因為新冠疫情的暴發(fā)和持續(xù)蔓延，殺菌消毒的需求迅速放量。于是，更安全、更有效的深紫外線LED（UVC LED）開始引發(fā)市場越來越多的關注。

多家企業(yè)正盡力在這一賽道上取得更大突破。這其中，目前全球唯一的265納米波長的深紫外線殺菌產品KlaranTM高功率輸出產品，有望2022年正式上市完成商用。

這是一款來自旭化成的UVC LED產品。2020年10月，旭化成與波士頓大學國家新興傳染病實驗室（NEIDL）的一項共同研究，也實際驗證了KlaranTM的260-270納米波長光可使新冠病毒滅活。

經過不懈的研究突破，結合自有的氮化鋁單結晶基板制造技術及膜結晶成長技術，旭化成在滅活病毒及殺滅細菌效果最好的265納米帶寬范圍內，實現(xiàn)了業(yè)界最高功率輸出。

“雖然Klaran的高輸出功率產品還沒有實際正式上市，但因為疫情的持續(xù)影響，這方面的咨詢已經非常多了。”旭化成株式會社執(zhí)行官、執(zhí)行研究員久世直洋（NAOHIROKUZE）說，目前已經有多家客戶正在評估上市的可能性。

與旭化成的研發(fā)項目大多由市場&創(chuàng)新本部負責不同，UVCLED項目是由總經理直管啟動的。這一安排背后，是旭化成對其的巨大期待。

此前，DR未來已經在“未來力”這一主題下，探討了如何尋找到一款產品，并使之成功應對各種不確定性，穿過多個周期成就百年事業(yè);如何“武裝”人類的身體，讓人類在與疾病的對抗中獲得更高質量的生活等內容。

近日，DR未來又與久世直洋做了一次深談，以探討殺菌消毒這一越來越廣泛的需求，將會被怎樣深度滿足，以及，UVCLED這一技術創(chuàng)新還將向什么方向演進，帶給這個世界怎樣的可能性。

紫外線所有人都不陌生，沐浴在陽光里，每天都可以感受到。相對于紫外線，深紫外線是更符合未來需求的殺菌光源嗎？

A：

確實。紫外線殺菌消毒是普遍存在的，在太陽底下曬被子，就是利用紫外線來除螨、殺菌的最直接案例。

其原理，是紫外線可以穿透微生物的細胞膜和細胞核，破壞其DNA與RNA分子結構，使之滅活，無法繼續(xù)分裂繁殖，達到殺菌的效果。

根據不同的波長，人們通常將紫外線分為A、B、C三類，即近紫外線（UVA，315-400納米），遠紫外線（UVB，280-315納米）和超短紫外線（UVC，200-280納米）。這三類紫外線人類肉眼皆不可見。其中，UVC是波長最短、能量最高的一個波段，也被稱為深紫外線。

265納米波長

深紫外線殺菌產品KlaranTM高功率輸出產品在滅活病毒及殺滅細菌效果最好的265納米帶寬范圍內，實現(xiàn)了業(yè)界最高功率輸出。

1紫外線可以穿透微生物的細胞膜和細胞核，破壞其DNA與RNA分子結構，使之滅活，無法繼續(xù)分裂繁殖，達到殺菌的效果。

2在通過地球表面時基本被臭氧層吸收，不能達到地球表面，因此，人為造出這一波段的深紫外線，就成為科學家們持續(xù)努力的方向。

但由于這一波段的紫外線在通過地球表面時基本被臭氧層吸收，不能達到地球表面，因此，人為造出這一波段的深紫外線，就成為科學家們持續(xù)努力的方向。

目前使用較為廣泛的深紫外線光源是汞燈（波長254納米），也就是俗稱的水銀燈。但汞燈有一些缺點，比如使用壽命短;啟動時間長，無法做到即開即用;易碎，且破裂后會造成汞泄漏，污染環(huán)境，嚴重危害人體健康。

隨著《關于汞的水俁公約》的實施，全球對水銀的限制也越來越嚴格。2020年，國家藥監(jiān)局綜合司發(fā)布關于履行《關于汞的水俁公約》有關事項的通知，提出從2026年1月1日開始，我國將全面禁止生產含汞（水銀）的血壓計和體溫計。

但與此同時，2020年11月起，國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會發(fā)布的《紫外線消毒器衛(wèi)生要求》最新國家標準正式生效。這個備受LED行業(yè)關注的新標準，將紫外線殺菌燈的中心波由253.7納米擴展到200至280納米。這意味著，新型的UVCLED也被納入其中。

在業(yè)界看來，UVCLED的三大優(yōu)勢—小型化、無毒害、使用便捷，讓其可以更全方位地覆蓋消毒需求。

首先，UVCLED芯片和模組的小型化，使殺菌元器件有足夠廣闊的設計空間，它可以植入家用電器如冰箱、空調、洗衣機，也能依附各種生活器皿如水杯、飯盒、牙刷等隨身攜帶。

其次，相對于汞燈而言，UVCLED的無毒害風險，使其可以直接進入凈水器、飲水機內部。尤其是，隨著《水俁公約》的生效，無毒害、無污染的UVCLED，將更好替代汞燈。

此外，UVCLED有著強大的殺菌效率。以目前的功率和光電轉化率來看，UVCLED的殺菌時長基本控制在“秒”的范疇內。比洗潔劑、消毒液、光觸媒等殺菌方式更為簡單便捷。

因此，尋找到新的人造深紫外線方式，實現(xiàn)最具殺菌效果的紫外線波長，成了許多科研工作者的努力方向。

在深紫外線殺菌這一賽道上投入的企業(yè)不少，在200～280這個波長區(qū)間內，為什么旭化成要聚焦在265納米？

A：為了提升殺菌效率，紫外線波長的選取至關重要。因為即使在UVC的200-280納米這一波段，殺菌效果也不盡相同。

由于265納米紫外線對生物細胞中的DNA和RNA分子結構的破壞力最強，因此理論上殺菌效果更好。但由于越靠近短波段，難度越大、良率越低、成本越高，一些企業(yè)止步于275～280納米之間。

在2017年舉行的上海國際水展上，旭化成的子公司Crystal IS，Inc.（下稱“Crystal IS”）推出了世界上首款用深紫外線LED殺菌的KlaranTM芯片，可以實現(xiàn)265納米的紫外線波長。

2019年，旭化成與2014年諾貝爾物理學獎獲得者、名古屋大學天野浩教授合作，首次成功使用氮化鋁基板在室溫下進行了深紫外波長（272nm）激光振蕩，突破了這一領域十多年來無人成功的研究困境。

“我們的優(yōu)勢在于盡早地專注于氮化鋁（AIN）材料，并開發(fā)和制造氮化鋁基板。”久世直洋說。

盡早地專注于氮化鋁材料，原因是旭化成十多年前就已經開始布局U VCLED。

2008年，旭化成開始對UVC LED的研究。2011年，旭化成收購了Crystal IS（CIS），這家美國公司的核心技術是其花費15年時間研發(fā)出來的氮化鋁基板技術，氮化鋁基板能夠發(fā)出短波長的紫外線光。

完成收購后，根據各自優(yōu)勢，CrystalI S和旭化成形成了各自的分工，其中，基板由Crystal IS研發(fā)生產，基板上生成的膜和LED的產品化由旭化成負責研發(fā)推進。而在市場拓展方面，歐美市場由Crystal IS負責，亞洲市場則由旭化成負責。

“收購的最大目的是拿到基板，在這個基礎上加大業(yè)務開拓，研發(fā)出不用水銀的、對人體傷害較小的短波產品，并衍生出很多新產品?！本檬乐毖笳f。

對于可以實現(xiàn)260-270納米波長光的KlaranTM而言，具備更快速、更徹底的殺菌效果。

實驗結果發(fā)現(xiàn)，在DNA、RNA的吸收能力方面，KlaranTM是280納米的1.7倍;對于新冠病毒的破壞力，是280納米的4倍;如果新冠病毒達到99.99%殺毒效果，KlaranTM需要4秒，但280納米波長需要30秒。

看起來數據都很好，但是從上市商用角度，從用戶角度，265納米波長的深紫外線產品在2021年已經能做到性能最優(yōu)嗎？

A：即使已經經過了長年的研發(fā)，現(xiàn)階段UVC LED還存在一些不確定性，它最需要努力和改善的，是三大方向—提升殺菌效率、改善散熱、降低成本。

水銀燈雖然有劣勢，但也有優(yōu)勢，比如它的輸出功率可以很強大。相對而言，UVC LED的一個弱點是輸出不夠大，光的強度也要弱于水銀燈。

其原因，是因為UVC LED的電光轉化效率極低，由于只有少部分電能轉化為紫外光，大部分都以熱能的形式流失，這就導致UVC LED芯片發(fā)熱異常嚴重，直接影響了UVC LED產品的壽命和可靠性。

目前，旭化成正在不斷提高LED的輸出功率。

2020年，Crystal IS對KlaranTM的產品線完成了技術和生產改進，除了60mW（毫瓦）之外，還將輸出功率高的70mW追加到生產線上，并提供了80mW 工程樣品。Cr ystal IS產品管理副總裁EoinConnolly當時表示，新近完成的生產和技術改進實現(xiàn)了Crystal IS氮化鋁基板的承諾;在深紫外線波長下，實現(xiàn)高產量的器件。他同時說，公司將繼續(xù)關注并實現(xiàn)重要的里程碑，能夠提供滿足全球殺菌市場需求所需的產品、性能和價格。

而對于光的強度的提高，旭化成也在加快從基板、膜和光提取效率三方面進行改良。比如，在基板的改良上，因為基板對光的吸收比較厲害，所以改成低吸收的基板。在光提取效率上，因為265納米的紫外線很難從基板中出來，可以通過對基板面的改良，來提高光提取效率。

“光強度增加一倍，殺菌效果就會增強一倍。”久世直洋說。

當被問及KlaranTM的研發(fā)中最難的是什么，久世直洋坦言，旭化成現(xiàn)在依然在挑戰(zhàn)中?！白铍y的是客戶的需求，客戶需要的產品一定是要求綜合能力、綜合性價比，比如輸出功率強度、產品壽命、規(guī)格、耐熱、成本等等，整體都合乎客戶要求，才算成功，這是最難的?！?/p>

比如，久世直洋說，如果客戶希望UVC LED有大的輸出，這很容易做到，通過加大電力驅動就可以，但這樣一來，產品的壽命就下降了。如果用2個LED實現(xiàn)加大輸出的效果，客戶的成本就又上去了。

“LED的改良研發(fā)是非常難的，我們也在不斷改善升級?！本檬乐毖笳f。

除了265納米的進一步研發(fā)和完善，在深紫外線殺菌領域，還有什么技術方向可以作為儲備研究方向？

A：除了265納米波長的LED開發(fā)，旭化成還在進行另外一項技術突破—深入230納米波長以下的LED開發(fā)。

因為265納米的紫外線對人體有傷害，只能在無人的情況下進行殺菌消毒，所以，研發(fā)出對人體可以直接照射且不會產生傷害的UVC LED產品，是旭化成的新目標。而230納米以下的紫外線對人體沒有傷害，就可以用于有人的環(huán)境下消毒，甚至人體表面的殺菌消毒。

此前，旭化成與奈良縣立醫(yī)科大學的微生物感染癥學講座教授矢野壽一、免疫學講座教授伊藤利洋合作，對226納米的UVC LED新型冠狀病毒的不活化效果以及對動物細胞的影響進行了驗證。

這次的實驗，使用了100個發(fā)光波長226納米的UVC LED制作了10×10的陣列狀照射器。與270納米的UVC LED產品的陣列狀照射器的比較實驗后，結果表明，226納米的UVCLED在約6秒的照射下使冠狀病毒不活化99.9%，具有與現(xiàn)有270納米相同的效果;在使用老鼠皮膚細胞的細胞障礙性評價中，受到障礙的細胞數量明顯低于270納米。

這表明，226納米的UVC LED有可能放心地使用于手指和身體周圍的殺菌。

但目前的問題在于，226納米的UVC LED因為紫外線波長更短，輸出就更低，所以今后要達到有效殺菌效果，又不能傷害人體，需要找到一個全新的平衡點，進一步提高發(fā)光輸出。

久世直洋說，未來在UVC LED的研發(fā)方面，旭化成的策略就是兩條技術路線并行，一是實現(xiàn)265納米的高輸出，二是230納米以下波長的產品化。

“230納米以下，大概2、3年以后會有相應的產品出來?！?/p>

技術推進的可持續(xù)，有賴于滿足相應的市場需求，并依據市場需求加以改善優(yōu)化。Klaran高輸出功率產品還沒有上市，該如何更快推動這個進程？

A：根據LED inside發(fā)布的《2019深紫外線LED應用市場報告》，2018年全球UV LED市場規(guī)模達2.99億美元，預計到2023年市場規(guī)模將達9.91億美元，2018～2023年的復合增長率達到27%。

雖然高輸出功率產品尚未上市銷售，但疫情已經帶來了更大量的殺菌需求，深紫外線LED被用于更多的場景：醫(yī)院病房、生物實驗室、潔凈室等高風險的場所可以使用，也可以為小尺寸的個人物件殺菌消毒，例如門把手、公用電腦的鍵盤和鑰匙。

目前，旭化成正致力于將殺菌模塊商業(yè)化，更多開發(fā)水、物體表面和空氣殺菌產品。

大金工業(yè)株式會社從2021年4月26日開始發(fā)售的空氣凈化器UV Streamer中，已經搭載了旭化成的Klaran。實驗室數據確認，這一搭配組合可以在30分鐘內實現(xiàn)抑制99%以上的病毒，對細菌的抑制速度也是以往的約10倍。

為了形成更多的解決方案、應用場景，旭化成發(fā)起了一項名為加速器的計劃。2020年6月23日，旭化成和Crystal IS宣布啟動“UVC Accelerator Program”，以支持開發(fā)深紫外線LED的開發(fā)。這項工作旨在收集深紫外線L ED的商業(yè)靈感，為被選中的創(chuàng)新公司提供25萬美元的投資，發(fā)揮這些公司在深紫外線LED應用方面的創(chuàng)新想法，加速產品開發(fā)。

2021年1月26日，旭化成美國公司宣布了加速器程序第一輪申請結果—一家名為阿基米德（Archimedes）的公司，因為帶來了洗手技術的革命性創(chuàng)新，獲得了基金的資助。

介紹顯示，阿基米德研發(fā)的一款名為HALO的產品，能夠發(fā)出殺菌光，將手放入光圈僅5秒鐘，就可以在不浪費水或肥皂的情況下實現(xiàn)皮膚表面99%病原體的消毒。HALO還可以給小型手持物品如鋼筆、電話或餐具消毒。這一產品預計到2022年，會在辦公室、醫(yī)院和其他高交通量公共區(qū)域普遍出現(xiàn)。

在HALO 的研發(fā)中，旭化成不僅僅是提供投資，還一起參與改進產品設計，并為其提供消毒光源的更優(yōu)選擇。

2021年5月10日，旭化成再度發(fā)布了殺菌領域的企業(yè)加速器計劃，面向社會征集新業(yè)務和新產品創(chuàng)意，對于創(chuàng)意與旭化成的相容性特別高的企業(yè)，企業(yè)不僅可以獲得風險投資資助，還可以獲得與旭化成在中國和海外市場的合作機會，有機會接觸旭化成的客戶網絡。

雙方結成雙贏的關系，共同開發(fā)市場。幾年之內，我們希望消費者可以買到帶有UVC LED的家用電器?！檬乐毖?/p>