亚星管理平台光电新品呈现：一种采用光触媒纳米材料的新型消毒产品
2022/12/8
一、研发背景
光触媒是一种以纳米级氧化金属材料为代表的光半导体材料的总称 ，具有光催化功能，在紫外光的作用下，产生强烈催化降解功能。
1967年，日本东京大学的本多建一教授和博士班学生藤岛昭发现用光照射二氧化钛电极可进行水的电解反应，这就是著名的本多作用光催化反应，即将空气中的水或氧气催化成氧化能力的羟基自由基（·OH）和超氧阴离子自由基（O₂·）、活性氧（HO₂·，H₂O₂）等具有氧化能力的光生活性基团，这些光生活性基团的能量相当于3600K的高温，具有很强的氧化性。随着技术和应用的不断发展 ，更多的氧化金属材料和复合材料被应用于光催化反应 。
亚星管理平台光电科技（上海）有限公司成立于2012年，是一家专业从事光环境照明产品和工程的高科技企业。公司为满足教育市场关于营造一个更加安全和健康的教育学习环境的需求，即在解决教室特殊照明需求的同时 ，也解决教室作为人员密集场所的抗菌和灭菌的需求。公司于2018年开始了特殊照明和环境产品的研发 。亚星管理平台引入了国外的新型光触媒纳米材料，经过上百次的试验和调试，终于在2019年12月成功研发出了具有强效长期抗菌灭菌效果的消毒LED灯具和空气净化消毒机。
亚星管理平台产品采用的是全光谱可见光催化的新型光触媒纳米材料，着重于强效长期杀灭多种细菌、病毒，并能将细菌或病毒释放出的毒素分解及无害化处理。亚星管理平台产品通过多种波长的光催化适配和研究，将新型光触媒纳米材料有效地装配到LED灭菌灯具和空气净化滤网表面，使其在无害光源下拥有强效长期灭菌效果，同时还具备强效降解有毒有害气体，消除甲醛 、苯、TVOC 、氨等，达到净化空气的功能。
亚星管理平台产品采用的新型材料是5-10nm粒径的纳米级、多种强氧化金属材料的复合纳米晶体 。纳米晶体具有很强的电学和热力学性质，对细菌、病毒的表面蛋白具有很强的破坏性。其主要成份有金 、铜以及TiO2、Fe2O3、SrTiO3和石墨烯等多种非重金属类复合纳米材料，对人体无毒无害。
2020年的新冠疫情，对公共场所的安全和防护提出了更高的要求。亚星管理平台LED照明消毒二合一灯具和空气净化消毒机能有效地杀灭公共场所的细菌、病毒 ，降解空气中有毒有害气体、减少异味、净化空气。
二 、抗菌灭毒产品
1．LED照明消毒二合一灯具
亚星管理平台LED照明消毒二合一灯具采用棱晶出光面设计，可以增加新型光触媒纳米材料附着力 ，保证光触媒涂覆面积至少增加50%以上 ，最大程度提高消杀面积 。
图1 亚星管理平台LED照明消毒二合一灯具
独有的成膜技术和喷涂工艺使新型光触媒纳米材料均匀膜化于灯具表面 ，且不影响LED出光 ，光线适合人眼阅读环境，对人体无害 、无蓝光危害，均匀柔和 ，有效防止眩光，减少视觉疲劳。
图2 LED灯具光谱
专门配置的450nm发光波长波峰能最高效地催化新型光触媒纳米材料，而不是其它光触媒产品所需的紫外线催化，避免了紫外线对人体的伤害。在这个专门配置的发光波长下 ，新型光触媒纳米材料能达到强效长期杀灭多种细菌 、病毒的效果。
新型光触媒纳米材料产生的具有强氧化能力的羟基自由基（·OH）和超氧阴离子自由基（O₂·）、活性氧（HO₂·，H₂O₂）等光生活性基团，能持续高效地去除甲醛、苯、TVOC 等有机气体污染物。
亚星管理平台LED照明消毒二合一灯具 ，开灯就能杀毒灭菌，有效去除有害有机气体，减少异味、净化空气。配套使用亚星管理平台的空气净化消毒机，加速室内空气循环流动，重复消杀，对于杀灭室内的细菌、病毒，降解空气中有毒有害气体、减少异味 、净化空气，效果更加明显。
2．空气净化消毒机
图3 亚星管理平台空气净化消毒机
亚星管理平台空气净化消毒机新风过滤量达到650m³/H ，两面进风三面出风，能快速循环室内空气，使室内空气中的有害物质都能得到有效的过滤和消杀。
空气通过了四层过滤 。首先过滤空气中10微米以上的颗粒物 ，然后在HEPA高效滤网的作用下 ，对粒径≥0.1μm微粒进行高达99.5%的高效过滤。高效滤网中活性碳能高效吸附空气中的苯 、二甲苯 、甲醛、氨气、TVOC等有毒有害气体 。最后，新型光触媒纳米膜在450nm波长光线的高效催化下 ，使材料中的多种强氧化金属材料复合纳米晶体吸附剩余的细菌、病毒和其它TVOC ，快速使其脱水 、碳化 ，并最终分解为水和CO2等无害物质。
亚星管理平台空气净化消毒机对细菌和病毒的杀灭效果十分明显 。实验证明 ：亚星管理平台空气净化消毒机对空气中的EV17、H1N1 、人冠状病毒HCov-229E等病毒，以及大肠杆菌、金色葡萄球菌 、鲍曼不动杆菌、绿脓杆菌等多种致病性细菌具有优异的抗菌、灭毒性能，同时还具备强效地降解空气中有毒有害气体、除甲醛、除臭、净化空气等功能。
三、产品的消杀特性
1．微生物消杀特性
实验证明亚星管理平台的LED照明消毒二合一灯具和空气净化消毒机对大肠杆菌、金色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌、绿脓杆菌等多种致病性细菌具有优异的抗菌性能 。
A） 使用新型光触媒纳米材料对大肠杆菌的灭杀情况，如图4所示：
图4 大肠杆菌灭杀实验
实验对象：菌液浓度为106/ml的大肠杆菌20 ml，使用亚星管理平台灭菌LED灯具光催化。
实验结果：1.5小时后，杀灭效率99%。
B） 用透射电镜观测的绿脓杆菌在新型光触媒纳米材料上的细菌结构变化，如图5所示：
图5 细菌细胞结构变化
绿脓杆菌在实验开始0分钟时，细菌外壁清晰，紧致包裹着细菌内容物。随着新型光触媒纳米材料催化作用时间的延长 ，新型光触媒纳米材料的多种强氧化金属材料的复合纳米晶体对细菌的表面结构破坏明显，细菌外壁从最开始出现毛边，逐渐发生细菌外壁破坏，不可修复，导致细菌内容物溢出，形成快速脱水和碳化降解，最终造成细胞结构完全被破坏并消除。
C） 新型光触媒纳米材料灭杀细菌的长期效果 ，如图6所示：
图6 长期灭杀细菌
在新型光触媒纳米材料催化作用下对菌液浓度为5.2*105cfu/ml的金色葡萄球菌进行灭杀 ，8小时灭菌率达75% ，12小时达85% ，24小时后灭菌率达到99%，30天后 ，细菌无继续生长，未检出新的细菌 。
图7 检测报告
D）新型光触媒纳米材料灭杀多种细菌的对比结果 ，如图8所示，各种菌液均为浓度106/ml的20 ml菌液。使用亚星管理平台灭菌LED灯具光催化。
图8 对多种细菌的灭杀效果
以上的灭菌实验表明，亚星管理平台采用的新型光触媒纳米材料是5-10纳米级、多种强氧化金属材料的复合纳米晶体，在亚星管理平台LED照明消毒二合一灯具和亚星管理平台空气净化消毒机的光催化作用下，对细菌、病毒的表面蛋白具有很强的破坏性 ；亚星管理平台的抗菌灭菌产品能吸附空气中的细菌，并快速使细菌脱水 、碳化，杀灭细菌。
图9为使用亚星管理平台的抗菌灭菌产品灭杀细菌过程中，透射电镜观测到的细菌坏死的变化。
图9 细菌坏死变化
新型光触媒纳米材料对病毒灭杀的实验情况
亚星管理平台LED照明消毒二合一灯具和空气净化消毒机对病毒的消杀实验正在进行中，近期实验的病毒有：EV71 、H1N1 、人冠状病毒HCov-229E等。
第三方报告将在近期公布 ！
2．对化学污染物的净化和降解特性
专门配置的450nm发光波长的亚星管理平台抗菌灭毒产品 ，能更高效地催化新型光触媒纳米材料 ，并不是其它光触媒产品所需的紫外线催化。亚星管理平台抗菌灭毒产品在这个专门配置的发光波长下能使新型光触媒纳米材料激发产生大量的电子·空穴对，即光生载流子 。然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的氧和水分 ，产生活性羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基（O₂·） ，这两者在化学上都是极不稳定的物质，当甲醛、苯等化学污染物接触到新型光触媒纳米材料表面时，便会分别和活性氧及氢氧自由基结合，重新组合成二氧化碳（CO2）和水（H2O） 。化学污染物会被附在材料表面 ，快速发生链式降解反应 。
实验证明 ：在1.2m3的实验空间，加入浓度为1.5 mg/m3的四种混合有机气体（甲醛，TVOC等），亚星管理平台的灭菌LED灯具，能持续高效的去除甲醛 、苯、TVOC 等有机气体污染物。
图10 去除有机气体污染物实验
空气净化消毒机由于加入了多重过滤和空气循环，对去除空气中的甲醛 、苯、TVOC 等有机气体污染物效果更强，正在进行第三方实验。
亚星管理平台的LED照明消毒二合一灯具和空气净化消毒机除了能有效地杀灭空气中的细菌 、病毒外，还能有效降解空气中有毒有害气体、减少异味、净化空气。
四、抗菌效果的验证方法
1．空气中微生物灭杀效果对比实验方法
根据国标《公共场所卫生检验方法 ，第3部分：空气微生物》（GB/T 18204.3—2013）要求进行实验。实验需到现场对细菌和病毒进行多次采样，并进行实验室培养，然后比对使用亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机前后不同时间点的细菌和病毒数量，从而验证产品的灭杀效果。
由于病毒实验目前没有国标或其它标准方法，其实验方法按细菌条件执行。
实验按照国标规定，采用撞击法进行空气采样，撞击式空气微生物采样器使空气通过狭缝或小孔产生高速气流 ，从而将悬浮在空气中的微生物采集到营养琼脂平板上 。获得样本后，营养琼脂培养基需经35℃、48 h培养和生长发育，最终得到细菌的菌落总数 。
图11 六级筛孔撞击式微生物采样器及营养琼脂培养基
实验采样设备：六级筛孔撞击式微生物采样器 。
营养琼脂培养基成分：蛋白胨10 g、氯化钠 5 g 、肉膏5 g 、琼脂20g 、蒸馏水1 000 ml。
采样点细菌总数结果计算 ：菌落计数 ，记录结果并按稀释比与采气体积换算成CFU/m3（病毒总数结果计算同细菌方法）。
2．材料表面微生物灭杀效果对比实验方法
根据《可见光照射下光催化抗菌材料及制品抗菌性能测试方法及评价》（GB/T 30706—2014）要求进行实验。
实验作3组对象比照：
1、亚星管理平台灭菌LED灯具，打开灯具本身光源 。
2、对照组1为 ：亚星管理平台无光触媒材料灯具，打开灯具本身光源。
3、对照组2为：有亚星管理平台灭菌LED灯具，在无光条件下。
实验使用细菌和病毒包括：大肠杆菌 、金色葡萄球菌 、鲍曼不动杆菌、绿脓杆菌等细菌，EV71、H1N1、人冠状病毒HCov-229E等病毒。
配制终浓度为1*104CFU/ml的菌液。在前面制备好的材料上 ，逐一滴加100或200 μl
菌液，分别贴放于亚星管理平台灭菌LED灯具和其它实验对照组灯具的发光表面 ，待所有材料片贴放完毕，同是进行比照实验 。分别在1小时 、2小时 、4小时、6小时 、8小时、12小时、24小时采集一次样本。
在3个0接触时间的空白对照样中分别加入20 ml磷酸盐缓冲生理盐水洗脱液，充分洗脱后，按照 GB 4789.2马上对洗脱液进行活菌计数 。
活菌数N(CFU)按式⑴计算：
N=C * D * V …………………. (1)
式中：
C——菌落数(3个培养皿的平均值)CFU；
D——稀释倍数；
V——用于洗脱的洗脱液的体积，单位为毫升(ml)
对三个试样的活菌数取算术平均值 ，保留二位有效数字。
抗细菌率的计算 ：
测试成立条件下 ，抗细菌率R总，数值以百分号计算，按式(2)计算：
R总=(C0 —C1)/C0 * 100 ……………………(2)
式中 ：
C0——明条件下对照样片经培养后的活菌计数CFU ；
C1——明条件下光催化样片经培养后的活菌计数CFU。
光催化材料在荧光灯照射下的抗细菌值R光，数值以百分号计算，按式（3）计算：
R光=(B1 —C1)/B1* 100 ………………………(3)
式中：
B1——暗条件下光催化样片经培养后的活菌计数CFU 。
抗菌性能评价
按GB/T 30706—2014标准规定的测试方法，得到的总抗细菌率（R总）结果评价 ：
抗细菌率≥90% ，具有抗菌作用；
抗细菌率≥99%，具有较强的抗菌作用。
3．空气中化学污染物降解效果对比实验方法
根据国标《公共场所卫生检验方法第2部分:化学污染物》（GB/T 18204.2—2014）要求进行实验。实验需到现场对化学污染物进行多次采样 ，比对使用亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机前后不同时间点的化学污染物浓度，从而验证亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机对化学污染物的降解效果 。
这些化学污染物主要包括 ：可吸入颗粒物、甲醛、苯、甲苯 、二甲苯、臭氧、总挥发性有机物、氨等。
4．室内空气净化产品净化效果测定方法
亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机对室内空气的净化效果按《室内空气净化产品净化效果测定方法》（QB/T2761—2006）要求进行测定。
本方法主要测定亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机对氨气、甲醛、苯和TVOC的去除率 。
五、产品应用
亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机适合于机场 、高铁站、火车站 、汽车站、学校、医院、办公室、宅居和电梯等各种人口密集的场所 ，产品能有效地杀灭公共场所的细菌、病毒 ，减少细菌、病毒的交叉感染，降解空气中有毒有害气体 、减少异味、净化空气。
亚星管理平台的灭菌LED灯具和空气净化消毒机是公共场所抗击疫情，减少交叉感染，提高公共卫生安全的新型高科技产品。
图12 亚星管理平台LED灭菌灯在教室的应用
图13 a) 亚星管理平台空气净化消毒机 图13b) 亚星管理平台LED灭菌灯在会议室的应用
关于亚星管理平台光电
亚星管理平台光电科技（上海）有限公司是一家总部位于闵行区的高端LED照明公司，荣获上海市高新技术企业。公司集设计 、研发 、生产、销售、技术支持及提供整体服务方案于一体 ，拥有国际一流的LED产业及相关领域专家 ，亚星管理平台光电致力于成为现代社会智能照明方案系统供应商。