來，讓我們預(yù)測一下2022

因?yàn)樾鹿谝咔榈谋┌l(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(guān)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(chǎn)品KlaranTM高功率輸出產(chǎn)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(chǎn)品。2020年10月，旭化成與波士頓大學(xué)國家新興傳染病實(shí)驗(yàn)室（NEIDL）的一項(xiàng)共同研究，也實(shí)際驗(yàn)證了KlaranTM的260-270納米波長光可使新冠病毒滅活。

經(jīng)過不懈的研究突破，結(jié)合自有的氮化鋁單結(jié)晶基板制造技術(shù)及膜結(jié)晶成長技術(shù)，旭化成在滅活病毒及殺滅細(xì)菌效果最好的265納米帶寬范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最高功率輸出。

“雖然Klaran的高輸出功率產(chǎn)品還沒有實(shí)際正式上市，但因?yàn)橐咔榈某掷m(xù)影響，這方面的咨詢已經(jīng)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(jīng)有多家客戶正在評估上市的可能性。

與旭化成的研發(fā)項(xiàng)目大多由市場&創(chuàng)新本部負(fù)責(zé)不同，UVCLED項(xiàng)目是由總經(jīng)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(jīng)在“未來力”這一主題下，探討了如何尋找到一款產(chǎn)品，并使之成功應(yīng)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(zhì)量的生活等內(nèi)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(shù)創(chuàng)新還將向什么方向演進(jìn)，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(shí)。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(xì)胞膜和細(xì)胞核，破壞其DNA與RNA分子結(jié)構(gòu)，使之滅活，無法繼續(xù)分裂繁殖，達(dá)到殺菌的效果。

根據(jù)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(yuǎn)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(chǎn)品KlaranTM高功率輸出產(chǎn)品在滅活病毒及殺滅細(xì)菌效果最好的265納米帶寬范圍內(nèi)，實(shí)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(xì)胞膜和細(xì)胞核，破壞其DNA與RNA分子結(jié)構(gòu)，使之滅活，無法繼續(xù)分裂繁殖，達(dá)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(dá)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(xué)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(dá)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(xué)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(diǎn)，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(yán)重危害人體健康。

隨著《關(guān)于汞的水俁公約》的實(shí)施，全球?qū)λy的限制也越來越嚴(yán)格。2020年，國家藥監(jiān)局綜合司發(fā)布關(guān)于履行《關(guān)于汞的水俁公約》有關(guān)事項(xiàng)的通知，提出從2026年1月1日開始，我國將全面禁止生產(chǎn)含汞（水銀）的血壓計(jì)和體溫計(jì)。

但與此同時，2020年11月起，國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)正式生效。這個備受LED行業(yè)關(guān)注的新標(biāo)準(zhǔn)，將紫外線殺菌燈的中心波由253.7納米擴(kuò)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(shè)計(jì)空間，它可以植入家用電器如冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)，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(fēng)險，使其可以直接進(jìn)入凈水器、飲水機(jī)內(nèi)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(qiáng)大的殺菌效率。以目前的功率和光電轉(zhuǎn)化率來看，UVCLED的殺菌時長基本控制在“秒”的范疇內(nèi)。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(shí)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(nèi)，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(guān)重要。因?yàn)榧词乖赨VC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(xì)胞中的DNA和RNA分子結(jié)構(gòu)的破壞力最強(qiáng)，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(shí)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(xué)獎獲得者、名古屋大學(xué)天野浩教授合作，首次成功使用氮化鋁基板在室溫下進(jìn)行了深紫外波長（272nm）激光振蕩，突破了這一領(lǐng)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(jīng)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(shù)是其花費(fèi)15年時間研發(fā)出來的氮化鋁基板技術(shù)，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(jù)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(chǎn)，基板上生成的膜和LED的產(chǎn)品化由旭化成負(fù)責(zé)研發(fā)推進(jìn)。而在市場拓展方面，歐美市場由Crystal IS負(fù)責(zé)，亞洲市場則由旭化成負(fù)責(zé)。

“收購的最大目的是拿到基板，在這個基礎(chǔ)上加大業(yè)務(wù)開拓，研發(fā)出不用水銀的、對人體傷害較小的短波產(chǎn)品，并衍生出很多新產(chǎn)品。”久世直洋說。

對于可以實(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(dá)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(shù)據(jù)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(chǎn)品在2021年已經(jīng)能做到性能最優(yōu)嗎？

A：即使已經(jīng)經(jīng)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(qiáng)大。相對而言，UVC LED的一個弱點(diǎn)是輸出不夠大，光的強(qiáng)度也要弱于水銀燈。

其原因，是因?yàn)閁VC LED的電光轉(zhuǎn)化效率極低，由于只有少部分電能轉(zhuǎn)化為紫外光，大部分都以熱能的形式流失，這就導(dǎo)致UVC LED芯片發(fā)熱異常嚴(yán)重，直接影響了UVC LED產(chǎn)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(chǎn)品線完成了技術(shù)和生產(chǎn)改進(jìn)，除了60mW（毫瓦）之外，還將輸出功率高的70mW追加到生產(chǎn)線上，并提供了80mW 工程樣品。Cr ystal IS產(chǎn)品管理副總裁EoinConnolly當(dāng)時表示，新近完成的生產(chǎn)和技術(shù)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了Crystal IS氮化鋁基板的承諾;在深紫外線波長下，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量的器件。他同時說，公司將繼續(xù)關(guān)注并實(shí)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(chǎn)品、性能和價格。

而對于光的強(qiáng)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(jìn)行改良。比如，在基板的改良上，因?yàn)榛鍖獾奈毡容^厲害，所以改成低吸收的基板。在光提取效率上，因?yàn)?65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(qiáng)度增加一倍，殺菌效果就會增強(qiáng)一倍。”久世直洋說。

當(dāng)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。“最難的是客戶的需求，客戶需要的產(chǎn)品一定是要求綜合能力、綜合性價比，比如輸出功率強(qiáng)度、產(chǎn)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。”

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(qū)動就可以，但這樣一來，產(chǎn)品的壽命就下降了。如果用2個LED實(shí)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。”久世直洋說。

除了265納米的進(jìn)一步研發(fā)和完善，在深紫外線殺菌領(lǐng)域，還有什么技術(shù)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(jìn)行另外一項(xiàng)技術(shù)突破—深入230納米波長以下的LED開發(fā)。

因?yàn)?65納米的紫外線對人體有傷害，只能在無人的情況下進(jìn)行殺菌消毒，所以，研發(fā)出對人體可以直接照射且不會產(chǎn)生傷害的UVC LED產(chǎn)品，是旭化成的新目標(biāo)。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(xué)的微生物感染癥學(xué)講座教授矢野壽一、免疫學(xué)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(xì)胞的影響進(jìn)行了驗(yàn)證。

這次的實(shí)驗(yàn)，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(chǎn)品的陣列狀照射器的比較實(shí)驗(yàn)后，結(jié)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(xì)胞的細(xì)胞障礙性評價中，受到障礙的細(xì)胞數(shù)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?yàn)樽贤饩€波長更短，輸出就更低，所以今后要達(dá)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(diǎn)，進(jìn)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(shù)路線并行，一是實(shí)現(xiàn)265納米的高輸出，二是230納米以下波長的產(chǎn)品化。

“230納米以下，大概2、3年以后會有相應(yīng)的產(chǎn)品出來。”

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

A：根據(jù)LED inside發(fā)布的《2019深紫外線LED應(yīng)用市場報告》，2018年全球UV LED市場規(guī)模達(dá)2.99億美元，預(yù)計(jì)到2023年市場規(guī)模將達(dá)9.91億美元，2018～2023年的復(fù)合增長率達(dá)到27%。

雖然高輸出功率產(chǎn)品尚未上市銷售，但疫情已經(jīng)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(shí)驗(yàn)室、潔凈室等高風(fēng)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(chǎn)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(jīng)搭載了旭化成的Klaran。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)確認(rèn)，這一搭配組合可以在30分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)抑制99%以上的病毒，對細(xì)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(yīng)用場景，旭化成發(fā)起了一項(xiàng)名為加速器的計(jì)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(xiàng)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(yīng)用方面的創(chuàng)新想法，加速產(chǎn)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(jié)果—一家名為阿基米德（Archimedes）的公司，因?yàn)閹砹讼词旨夹g(shù)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(chǎn)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(fèi)水或肥皂的情況下實(shí)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(chǎn)品預(yù)計(jì)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(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，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(lǐng)域的企業(yè)加速器計(jì)劃，面向社會征集新業(yè)務(wù)和新產(chǎn)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(fēng)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(jī)會，有機(jī)會接觸旭化成的客戶網(wǎng)絡(luò)。

雙方結(jié)成雙贏的關(guān)系，共同開發(fā)市場。幾年之內(nèi)，我們希望消費(fèi)者可以買到帶有UVC LED的家用電器。——久世直洋