如何把五金店的零部件改造为消灭病毒的装置？
南加利福尼亚大学Viterbi工程学院和Keck医学院合作研发了一个系统——利用现有产品制作紫外线消毒面罩。
南加利福尼亚大学的一个研究小组发明了一种简单而有效的医疗器械消毒方法，以应对为治疗COVID-19患者的医生和护士提供更多安全设备的急切需求。
卫生官员报告称，个人防护装备 (PPE) 会受到污染，因此需要进行更换才能确保医护人员的安全，以便继续治疗病人，但这些装备目前严重短缺。新装备供应十分有限，他们亟需重新利用现有设备的解决方案，以抑制疾病传播。
南加利福尼亚大学Viterbi工程学院的Andrea Armani带着她的实验室团队毅然加入。他们专注研究光和生物的相互作用，尤其是生物医疗器械，还研发了先进材料和集成光学设备，以用于疾病诊断便携设备。
在Keck医学院委以重任的情况下，Armani带领团队发明了一种能够杀灭病毒的PPE消毒方法，这种方法利用紫外线破坏冠状病毒的基因序列，使其无法自我复制。
Armani说道：“这是一种全新的消毒理念。我们使用现成的产品，大家可以在Lowe’s或家居建材店买到的产品，制造出一种可以杀死细菌和病毒的装置。”
Armani目前担任了南加利福尼亚大学Viterbi学院化学工程和材料科学的Ray Irani主席。她还在南加利福尼亚大学Michelson生物科学中心和Lawrence J. Ellison转化医学研究所任职。
利用UV-C紫外线的PPE消毒方法
Andrea Armani和她的学生为南加利福尼亚大学Keck医学院医护专业人员设计的消毒盒。
他们研发的方法核心基于一个众所周知的理论——UV-C紫外线可以杀死细菌和病毒。来自太阳的这部分光谱十分有效，几乎能够摧毁所有生物的遗传物质。在自然界中，因地球拥有保护臭氧层，因此它对人类的危害不大。但上世纪八十年代，科学家发现臭氧层上出现了空洞，这引发了人们的极大关注。
为加快工作进展，南加利福尼亚大学与位于Glendale的SMP Engineering公司合作，以制造南加利福尼亚大学发明的消毒盒。公营与私营的合作——以及Keck医学院的参与——是让该项目在短短几天内便能从构想变为成品的关键。最后的成品设计旨在降低成本，加快大规模生产。
SMP Engineering首席执行官Andreas Schubert表示：“我们提炼出了这个项目的主要组分，然后搜寻能够利用的现有产品。通过这种方法，我们构建的系统使用了喷涂反光涂层的塑料储物箱，并安装一个15瓦的UV-C紫外线灯。”
对使用UV-C紫外线消毒来杀灭细菌进行测试
在消毒盒的测试中，研究人员发现，大部分细菌菌落在暴露于UV-C紫外线下一分钟内，都被完全破坏了。（南加利福尼亚大学摄影/Andrea Armani）
与此同时，Keck医学院的医学微生物生物学部门主任Rosemary She在塑料培养皿中培养了一种细菌。这种微生物（蜡样芽胞杆菌）能够抗UV紫外线，是一种很好的病毒替代品。塑料培养皿则被用作目前供应短缺的医用面罩的替代品。
在测试中，研究人员发现，大部分细菌菌落在暴露于UV-C紫外线下一分钟内，都被完全破坏了。
She说道：“我们使用了一种顽强的微生物（蜡样芽胞杆菌），因为如果这种微生物能够被杀灭，那么这些病毒也有可能被摧毁。”
这项发现结果具有重大意义，因为PPE消毒成效十分出色，达到了美国食品及药物管理局 (FDA) 微生物减少3 log（约减少至千分之一）的消毒要求。
那么，UV-C紫外线是如何影响病毒的呢？
这种特殊的光谱改变了DNA和RNA的核苷酸（即结构单元），前者存在于细菌中，后者存在于病毒中。在RNA中，紫外线迫使尿嘧啶和胞嘧啶核苷酸形成二聚体或桥联单元，进而破坏病毒自我复制和传播的能力。最终，对微生物造成致命打击。
Armani称：“这个系统是生物学和物理学的完美结合。”
到目前为止，PPE消毒技术主要用于防护面罩
这项技术的优点是速度快，操作简单，且利用的是现有装置，成本低廉。工作人员可以将成品在多个地点迅速部署，从而分散二次消毒过程。
不足之处在于，这项技术目前只在面罩上测试过，还未用于其它的PPE类型。Armani表示，因为需求的迫切性，他们的工作集中于面罩方面，而且坚硬的塑料表面消毒相对更为容易。他们还需要对其他材料进行更多测试，才能考虑将这项技术应用于更多的设备。
Armani说道：“口罩的防护功能会逐步退化，其性能依赖于过滤层，而面罩则不同，面罩是一个固体屏障，能够完全阻止微粒。因此，面罩能够提供完整的防护，但供应严重不足。”
为了惠及其他医院，研究团队将这项技术的原理设计图和研究成果综述公布在开放访问的网站，以便广泛使用。Armani表示，她已经接到了来自全球各地的大学和医院的电话。
但还要记住一句例行警告：切勿在家中擅自尝试。Armani告诫称，UV-C紫外线会造成危险，直接暴露在这种光线下会灼伤皮肤，使人体DNA发生突变，可能会导致其他健康风险。
南加利福尼亚大学抗疫英雄故事征稿
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编辑：Gary Polakovic
头图：医院报告称，个人防护用品短缺，亟需对已有装置进行消毒的方法。研究人员正在测试由南加利福尼亚大学的工程师们发明的新型消毒盒的效果。（南加利福尼亚大学摄影/Andrea Armani）