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当前,新型冠状病毒仍在持续,对产业及企业造成了一定程度的影响,也牵动着各行各业人们的心。在此形势下,中国、极智头条,在国家半导体工程研发及产业联盟、第三代半导体产业技术创新战略联盟指导下,开启疫情期间知识分享,帮助企业解答疑惑。助力我们LED企业和产业共克时艰! 

本期,我们邀请到北京市理化分析测试中心生物技术部生物技术研发室主任安云鹤带来了“紫外射灭活微生物的原理与效果评价”的精彩主题分享,以下为主要内容:

一、      微生物简介

1.微生物定义及分类

微生物是个体难以用肉眼观察的一切微小生物。微生物包括细菌、病毒、真菌和少数藻类等。(但有些微生物是肉眼可以看见的,像属于真菌的蘑菇、灵芝等。)病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”,但是它的生存必须依赖于活细胞。

原核细胞型微生物是指核质和细胞质之间不存在显核膜,其遗传物质由单一核酸组成的一类微生物。包括古菌(即古细菌)、真细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、立克次氏体、支原体、衣原体和螺旋体。

 

广义上说,属于原核细胞型微生物统称为细菌。

 

真核细胞型微生物是指具有真正细胞核(即核质和细胞质之间存在显核膜)的细胞型微生物。包括真菌、真核藻类和原生动物。

 

非细胞型微生物是没有典型的细胞结构,亦无产生能量的酶系统,只能在活细胞内生长繁殖。包括病毒和噬菌体。

 

2.微生物特点

微生物具有分布广泛,作用多样,生长速度快,数量巨大,体积小面积大,吸收多转化快等特点。

 

体积小面积大:一个体积恒定的物体,被切割的越小,其相对表面积越大。微生物体积很小,如一个典型的球菌,其体积约1mm³,可是其表面积却很大。这个特征也是赋予微生物其他如代谢快等特性的基础。

 

吸收多转化快:微生物通常具有极其高效的生物化学转化能力。据研究,乳糖菌在1个小时之内能够分解其自身重量1000-10000倍的乳糖,产朊假丝酵母菌的蛋白合成能力是大豆蛋白合成能力的100倍。

 

条件性致病菌是指正常存在于动物体内的微生物在免疫功能低下的情况下,定居部位改变或失调等特定情况下引起感染的微生物。

 

根据功能,肠道菌群分为三类:有益菌、有害菌和中性菌。机体健康与肠道内益生菌群结构息息相关。肠道菌群中不同种类之间,菌群与宿主之间,菌群、宿主与环境之间始终处于动态平衡状态,宿主表现为不致病。研究指出,体魄强健的人肠道内有益菌的比例达到70%,普通人则是25%,便秘人群减少到15%,而癌症病人肠道内的益生菌的比例只有10%。

 

2019新型冠状病毒(2019 novel coronavirus,2019-nCoV),因2019年武汉病毒性肺炎病例而被发现,2020年1月12日被世界卫生组织命名。2019-nCoV与SARS-CoV有很大的不同,被认为是一种新型、感染人类的β冠状病毒。并通过结构分析表2019-nCoV可能能够与人类血管紧张素转换酶2受体(ACE2)结合从而入侵人体。

 

微生物种类庞杂,功能多样。繁殖能力很强。如果不加以控将会成为一种主导的物种。不过,菌群非常强也非常脆弱,通过外界的一些途径可以干预微生物的组成,比如鼓励自然分娩,不要滥服抗生素等。

 

其中,滥服抗生素最直的一个问题就是会造成肠道菌群失调,而失调会造成条件致病菌的转换,会对人体造成比较大的损伤。紫外线可以干预菌群,在肠道中是通过紫外射来影响维生素D的合成来影响人类健康的。一般在做微生物实验的时候会提前用紫外灯进行消毒,紫外线可以灭活一些微生物。

 

二、紫外线灭活原理

紫外线(ultraviolet light)属非电离辐射(nonionizing),即它没有足够的能量来诱导离子化。但紫外线是一种诱变剂,在足够高的剂量时,它仍能杀死细胞。

 

紫外线能够引起突变,因为DNA中嘌呤和嘧啶碱基在紫外分布区(254-260nm)有一个非常强的紫外光吸收,在该波长UV光诱发基因突变主要是通过引起DNA中光化学变化。

 

医院等很多场所用紫外线作为灭菌剂(sterilizing agent)。

 

紫外线射对DNA的效应之一是在DNA双螺旋的相同的相邻嘧啶分子间或在相反的嘧啶分子间形成异常的化学键,多数诱导的是邻近的胸腺嘧啶-形成胸腺嘧啶二聚体(thymine dimers)即TT。少数形成CC、CT和TC二聚体。这些异常配对在DNA中产生膨胀(凸出部分),破坏A和相反T的碱基配对。两个碱基平面被环丁基所扭转,引起双螺旋构型的局部变化,同时氢键减弱。

 

TT阻碍DNA双的分开和下一步的。TT的DNA模板进行DNA,polⅢ将两个腺嘌呤核苷酸加进去,但不能形成正确的氢键,于是被polⅢ 3’-5’外切酶活性校对而切除,这个过程反反发生,产生空耗过程。大量的ATP被分解,而DNA毫无进展,但蛋白质仍在不断合成,而DNA不能,细胞也不能分裂,最后导致细胞死亡。

 

紫外线杀菌的优点有很多,比如紫外杀菌比药物杀菌效率高;对任何微生物细菌都有杀菌效果;能对空气、水等流体杀菌。

 

也有一些缺点,比如杀菌范围只限于紫外线所能射的部分,对物体的后侧、内部不能杀菌;杀菌线对人、动物的眼睛、皮肤有损害,会使物体变色、退色。由于杀菌线的特点大大优于药物、加热等杀菌方法,因此有取代这些杀菌方式的趋势。通过对紫外辐射的杀菌试验得出,细菌数量随射时间而成指数减少。

 

三、紫外线微生物灭活效果评估

 

 

1.紫外线灯对微生物灭活效果评价

2.紫外线表面消毒效果评价

 

3.紫外线室内空气消毒效果评价

4.紫外线水和其他液体消毒效果评价

 

5.紫外汞灯253.7nm与紫外LED280nm杀菌效果的差异

 

四、北京理化分析测试中心微生物技术平台

 

最后,感谢国家半导体工程研发及产业联盟提供了好的平台,让我们有机会跟大家分享,希望通过介绍微生物的一些特点和评估手段,能给大家一些启发,也希望和大家能有深度合作。虽然做消化方面的检测比较少,大部分做的是市场局的食品和药品检测项目,但方法都是通用的。如果企业有检测需求,可以扩项或申请。

 

(文字根据直播内容编辑整理,略有删减)

 

问答环节

1.能否详细介绍一下蛋白质吸收峰280nm的情况,如果只破坏蛋白质是否能达到杀菌消毒的效果?

安云鹤:只破坏蛋白,可以达到灭菌效果。

 

2.对于紫外表面杀菌,灭活率到多少是合格?

        安云鹤:不同微生物灭活率要求不一样,一般要求达到4个对数值。

 

3.请问是否可以用其它种类的中性病毒替代冠状病毒来评估紫外对COVID-19的抑效果呢,因为大部分单位是不具备直研究COVID-19的实验条件。

安云鹤:建议先用标准中规定的病毒看一下效果。最终还是要以新冠病毒为准。

 

4. 目前对微生物的识别,用高光谱技术可行吗?

安云鹤:目前微生物的精确鉴定,使用的还是质谱技术。微生物的精准鉴定最终还是需要基于内部物质,如果高光谱可以实现这一目的,应该也可以应用。

 

5.对循环系统的空气杀菌,在管道内一次杀不死,可以多次杀吗? 比如射多次杀死同一个细菌,杀菌可以直按辐剂量累加吗?

安云鹤:这个可能需要讨论一下。这属于标准之外,但从杀菌效果角度,肯定是可以间断杀菌的。间断性杀菌一般在食品领域应用比较多,主要是为了防止热源造成食品营养或口味的变化。

 

管道杀菌领域,有个问题是为什么要间断杀菌呢,如果给出了一定的时间,却不能达到杀菌目的,原因是什么呢?另外,间断时间需要讨论,如果间断比较长,等于是再次灭菌而不再是间断性杀菌,所以时间因素也需要考虑。

 

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