光纤侧辐射紫外光抑制表面生物膜的形成

近日，研究院凌力副研究员与亚利桑那州立大学Paul Westerhoff教授及赵哲博士等人开展合作研究，开发了一项侧辐射紫外光纤技术，揭示了其用于发散紫外光（UV）抑制表面生物膜形成的阈值。该研究是凌力副研究员在光纤近场光控制研究工作的延伸，发表于《自然-水》2023年7月刊。

生物膜广泛存在于各种自然和人工系统中，会产生病原体传播、生物腐蚀、细菌污垢或阀门堵塞等问题。尽管紫外消毒高效且无二次污染，被广泛应用于水处理领域，但紫外光在水体中会迅速衰减或被障碍物遮蔽，导致光能很难到达生物膜生长的表面，光能利用率极低。

团队开发出了可弯曲、可传导紫外光的侧辐射石英光纤，发现传导UV-C波段的光纤可以在低剂量下抑制生物膜，间歇性照射可以达到与持续性照射相似的生物膜抑制结果。通过光纤调控表面的光强分布，揭示了紫外光抑制生物膜生长的阈值在9 µW/cm2附近。高于这个阈值的UV-C光强均能抑制生物膜形成，低于这个阈值的光强均不能抑制生物膜形成。同时，传导UV-A和UV-B波段的光纤在相同剂量下反而会促进生物膜生长。（图1）

本研究开发出的侧辐射紫外光纤，可以单根或者集束使用，能够有效照亮狭窄管道或不规则形状的内表面，抑制生物膜在其上的生长。此外，侧辐射紫外光纤能够将紫外线直接传递到可能形成生物膜的表面，极大减少了因光吸收或水散射引起的光损耗，为未来生物膜控制实验的设计提供新思路和新启发。

图1.生物膜生长速率与紫外线波长、辐照度和通量之间的关系。(a) UV-C 光辐照度与生物膜生长之间的关系。(b) 相同辐照度下不同紫外线波长或间歇照射下的特定生物膜生长速率的比较。

【jdb电子平台】凌力副研究员前期工作介绍：

光学近场催化：新污染物环境风险控制的生力军

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