北斗观察网 || 2025年征文（65）| 浅谈消毒技术的发展

2025年征文（65）

编者按：编读李梦凯校友的文章，仿佛消毒水的清冽气息从文字间漫出，他在微生物织就的隐秘王国里纵横驰骋，用紫外线编织灭菌的光网，用智慧在微观战场筑起防护的城墙。尤其是他取得的成绩和获得的奖项，让我们为有这样的校友而高兴。请读一读这篇文章。

浅谈消毒技术的发展

2003届高中  李梦凯

（中国科学院生态环境研究中心

区域环境安全全国重点实验室 100085 北京）

人类与微生物的博弈贯穿整部文明史。

从十四世纪黑死病造成欧洲人口剧减，到十九世纪霍乱大流行促进城市公共卫生制度的变革，再到SARS和COVID-19等高传染疫情大流行重塑全球防疫体系，每一次重大传染病的爆发都在重新定义人类对公共卫生的认知。

消毒，作为切断传播链的重要防线，与流行病学调查、药物治疗和疫苗接种等一道，共同构成了现代公共卫生系统的核心支柱。尤其在COVID-19大流行期间，面对公共空间频繁接触和高传播率的现实压力，包括紫外线（UV）、酒精和含氯制剂在内的环境消毒措施，被广泛纳入医疗机构、公共交通和家庭防疫等领域的防疫指南，成为整体防控策略中不可或缺的一环。

消毒的本质并非追求没有或全部杀灭病原体，而是通过物理、化学或生物手段将病原体数量控制在不具感染性的安全阈值以内。随着人类对微生物认知的不断深化，消毒理论也在不断演进。从早期“瘴气论”的朴素认知，到十九世纪化学消毒剂的规范应用，再到现代基于病原体灭活动力学的精准模型，消毒技术实现了从经验操作向定量科学的转变。COVID-19疫情推动消毒技术快速发展，2020~2023年间，全球关于新型UV、等离子体、复合氧化等绿色消毒方法的文献发表数量增长超过60%，随着多学科融合，消毒正在快速演变为一门高度交叉的科学技术。

当前人类面临的生物风险呈现复杂化趋势。全球化加速了病原体跨境传播，2014~2016年西非埃博拉疫情暴露了传统消毒体系对高致死性病毒的应对脆弱性；抗生素滥用催生的多重耐药菌，迫使消毒技术向更精准的方向发展；生物恐怖主义阴影下，炭疽芽孢等顽固病原体的消杀需求日益凸显。与此同时，过度消毒引发的生态失衡问题亦引发反思，2021年我国多个城市检测到地表水中季铵盐类消毒剂残留超标，凸显绿色消毒技术研发的紧迫性。

当前主流的消毒技术涵盖物理法（如高温、UV）、化学法（如含氯制剂、过氧化氢）以及生物法（如酶制剂、抗菌肽）等多种路径，呈现出技术手段多元化、应用场景精细化的发展态势。其中，UV作为一种典型的绿色消毒技术，凭借其通过短波辐射破坏微生物DNA/RNA结构、从而实现高效灭活的物理机制，具有广谱、迅速、无化学残留、不产生抗药性的显著优势。近年来，UV在水处理、空气净化和医疗环境中应用持续扩展，已成为非化学型消毒的重要支柱。然而，UV消毒在实际应用中仍存在剂量难以实时准确评估、反应机制复杂、能耗偏高等问题，影响了其可靠性与普适性。

自2009年进入中国科学院生态环境研究中心以来，我带领的研究团队一直围绕UV消毒领域开展研究，致力于推动这一光学技术在环境领域更加高效、可靠应用而努力。研究团队发明国际上首个光电式荧光微探头 （图1），创建UV剂量率分布原位测试平台，揭示UV消毒器内的剂量率分布规律和关键效应影响，建立构型优化模型。 开发UV剂量验证新方法、多参数实时监测系统和节能运行调控技术，实现病原微生物高效、可靠灭活。研发多光源细管流光反应系统，揭示基于真空紫外（VUV）/UV新光源的高级氧化工艺的反应机制和强化途径，建立效能评估方法，实现微量污染物高效去除。研发的UV创新装置已应用于国内外十多个科研单位，UV技术已应用于多个供水工程（图2）。研究成果显著提升UV水处理技术的效能和可靠性，保障饮用水水质安全。成果获得国际紫外线协会（IUVA）“UV青年学者奖”；IUVA 20周年庆典大会“UV产品创新奖”（唯一名额）；国际水协会“首创水星奖”前沿科学类一等奖；中科院青促会会员；美国普渡大学E.M. Curtis Visiting教授；奥加诺水质与水环境一等奖。

图1： 代表性研究成果和国际著名专家评价

图2： 代表性工程应用

未来，消毒技术的发展将更加聚焦于绿色、高效与智能化。在这一进程中，我的研究团队将继续致力于推动UV及相关光学技术在环境消毒中的应用。在我的加拿大导师James Bolton教授和美国普渡大学合作教授Ernest Blatchley的共同努力下，我们逐渐探索形成一门新的学科，即环境光学工程，其围绕光学技术在环境（水、气、表面）工程中的应用，开展实验动力学分析、工程应用放大、全尺寸反应器优化到实际的节能运行研究，确保环境光学技术的高效性和可靠性。该学科的发展，将为构建绿色智能的未来消毒体系奠定了坚实理论基础，培养更多的专业技术人才，助力人类更从容地应对日益复杂的生物安全挑战。

来源：北京市第25中校友会