同样是光,为什么紫外线能杀菌,而可见光却没有这种效果,二者的本质区别在哪?

mys_721tx,学生物

紫外线能够杀菌是因为紫外线可以直接干扰 DNA。可见光能量够了一样可以杀菌。


紫外线(ultraviolet ray,UV)是波长在 10 纳米到 400 纳米的电磁波,而可见光是 380 纳米到 750 纳米的电磁波。紫外线按照波长可以进一步分为 UVA(315 纳米 -400 纳米)、UVB(280 纳米 -315 纳米)、UVC(100 纳米 -280 纳米)。

不同波长的电磁波(Inductiveload 和 NASA,CC-BY-SA 3.0)

普朗克关系式(Planck relation)描述了光子能量和波长的关系,波长越短单个光子能量越强:

其中

是普朗克常数,

是光子频率,

是真空中光速,

是光子波长。

脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)的吸收光谱在 280 纳米处有一个峰,因此 DNA 对紫外线吸收很强[1]

DNA 的吸收光谱(Yagura 2011)

紫外线杀菌的原理是导致 DNA 突变后阻止细胞分裂。UVA 照射细胞后可以产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)攻击 DNA[2]。ROS 可以造成 DNA 单链或双链断裂、氧化 DNA 上的碱基产生突变[3]。UVB 照射细胞后,可以导致细胞内脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)上的相邻的两个胞嘧啶(cytosine)聚合形成嘧啶二聚体。这两个过程可以引发突变,进而导致细胞死亡[2]。虽然大气层过滤了太阳产生的 UVC,UVC 的能量已经达到电离辐射(ionizing radiation)级别,可以直接打断 DNA 链。

不同频率的紫外线对细胞造成造成的伤害(Vechtomova 2021)

400 纳米到 500 纳米波长的蓝光照射细菌后也会产生 ROS,进而起到杀菌作用[4]


可见光足够强即可点火。细菌难道还能防烧死?

望远镜聚焦阳光点燃树叶(Washing Machine,CC-BY-SA 4.0)