Öld meg a baktériumokat UVC LED-ekkel!
A vírusok elleni emberi küzdelem már régóta folyik. A kémiai fertőtlenítőszerek csak korlátozottan képesek megölni, mert a mikroorganizmusok, például a vírusok és a baktériumok rezisztenciát alakíthatnak ki. Az ultraibolya (UV) fény hatékonyabb módszer a víz, a levegő és a felületek fertőtlenítésére és sterilizálására, így hatékonyabb fegyver a koronavírus ellen.
A Vuhan Huoshenshan Kórház egészségügyi személyzetének védőruházatának fertőtlenítésére az új koronavírus külső terjedésének megakadályozása érdekében helyben uvc LED-del ellátott fertőtlenítő sátrat építettek, amely egy vadonatúj fertőtlenítési módszer. Egy 1,5 m x 0,75 m x 2 m területű szobában egy többrétegű szintetikus szálfal van felszerelve, és a mennyezet, a fal és a padló fényvisszaverő felületei uvc kibocsátókkal vannak felszerelve az amerikai Bolb beszállítótól. A 30 másodperces fertőtlenítési folyamat során az UVC LED 6mJ/cm2-en adagolt, és a fényerő mindig 200 μW/cm2 volt. A fény 265-280 nm-es hullámhossza elpusztítja a genetikai információkat, ezáltal elvágja a vírus terjedését, vagy megakadályozza, hogy más sejteket megfertőzzön.
Mesterséges UV-forrás
A higanyalapú sugárforrásokat már régóta használják UV-fény előállítására, például alacsony nyomású és közepes nyomású higanygőz (Hg) lámpákat használó gáz előállítására, amelyek a 185-405 nm-es spektrumban gázkisülési UV-fény által fényt termelnek. A fénykisülés 185–405 nm spektrális tartományban ultraibolya fény előállítására is használható ultraibolya hideg katódcsövek (UV-CCL vagy UV lámpák) segítségével.
Az UV LED-ek UV sugarakat bocsátanak ki 227 és 405 nm közötti spektrális tartományban az elektrolumineszcencia révén. UVC LED-ek használatakor a hullámhosszok különösen rövidek (260 és 270nm között), hogy a legerősebb csíraölő hatást biztosítsák. Az 1. ábra a Cryptosporidium példáját mutatja be, egy olyan parazitát, amely különösen érzékeny a tisztítatlan ivóvízben történő átvitelre. Más kórokozók, baktériumok és vírusok nagyon hasonló jellemzőkkel rendelkeznek.
A LED-ek kiváló stabil spektrális teljesítményt biztosítanak bizonyos hőmérsékleti körülmények között, gyakorlatilag korlátlan számú kapcsolási ciklussal, így ideálisak olyan mobil megoldásokhoz, amelyek késedelem nélkül teljes fényteljesítményt igényelnek.
Több fegyver
Az ultraibolya fény hullámhossza 100 és 400 nm között van, és szabad szemmel láthatatlan. Frekvenciájuk UVA, UVB és UVC sávokra oszlik, és a különböző sávok különböző hatással vannak az organizmusokra.
A LED-ek lehetővé teszik számunkra, hogy nagyjából eldöntsük, melyik hullámhosszat válasszuk. Az UVB és UVC sugarakkal összehasonlítva a 315-400 nm hullámhosszú UVA LED-ek erősebb behatolással rendelkeznek a diszpergált biológiai szövetekben, például az emberi bőrben. Az UVA LED-ek olyan területeken használhatók, mint a fogászat és a kozmetikumok, például a szoláriumok és a körömstúdiók. Az iparban az UVA LED-eket gyanták, ragasztók és festékek gyógyítására használják.
Az UVB LED sugarak hullámhossza 280-315 nm, és viszonylag gyenge behatolással rendelkeznek a diszpergált biológiai szövetekbe, de diffúzabbak. Az UVB sugarak elősegítik a D-vitamin képződését a szervezetben, ezért az UVB LED-eket elsősorban fototerápiában és bőrgyógyászati kezelésekben használják.
Nincs védelem az UVC sugarak ellen
Az UVC LED-ek nagy energiájú fénye egyre inkább szétszóródik a biológiai szövetekben. Ezek a sugarak, amelyek hullámhossza 100-280 nm, nem hatolnak át a szövetekbe különösen mélyen, de képesek a védtelen bőrt égetni. Mivel a Föld légkörében lévő ózonréteg elnyeli a napfény természetes UVC sugárzását, a Földön semmi sem épített ki védelmi mechanizmust az UVC sugarak ellen, sem a vírusok és baktériumok. Ez a sebezhetőség teszi a mesterséges UVC fénysugárzást különösen hatékony sterilizálási és fertőtlenítési módszerré.
1. ábra: A Cryptosporidium és más baktériumok és vírusok a legérzékenyebbek az UVC LED sugarakra, így az UVC LED-ek hullámhossza a leghatékonyabb. Forrás: Stanley
UVC LED-ek a gyakorlatban
Minden mikroorganizmus másképp reagál az UVC sugárzásra, ezért a sugárzás intenzitását a kívánt kihalási sebességhez kell igazítani, ami a megölt mikroorganizmusok száma. Az UV sugárzás intenzitása fordítottan arányos a távolság négyzetével, ami azt jelenti, hogy az UV-sugárzás gyorsan elveszíti hatékonyságát, ahogy a sugárforrástól való távolság növekszik, ezért a sterilizálni kívánt tárgyaknak a lehető legközelebb kell lenniük az emitterhez.
A vírusok, beleértve az új koronavírust is, gyakran a levegőben vannak, ezért az UVC LED-ek használata légkondicionáló rendszerekben ajánlott. A kívánt kihalási sebesség mellett figyelembe kell venni a légáramlás és a légáramlás geometriáját is.
A 254 nm hullámhosszú ultraibolya fényről kimutatták, hogy különösen hatékony a mikroorganizmusok elpusztításában, bár közvetlenül alkalmazva káros lehet a bőrre és a szemre. Másrészt a "messze ultraibolya" fény (207-222 nm) nagyjából inaktiválhatja a legtöbb levegőben terjedő kórokozót anélkül, hogy károsítaná a kitett emberi szöveteket.
Felületek fertőtlenítése
Más vírusok és baktériumok is terjedhetnek a felületeken, beleértve az influenzát, a norovírust, a rotavírust, a streptococcust és a szalmonellát. Ha nagyobb felületeket kell fertőtleníteni, a Lextar alacsony fogyasztású PU35CL1.0 UVC LED-je megfelelő termék lenne, 2-4 mW és 20mA teljesítménnyel; italok pasztőrözésére, antibakteriális élelmiszerek csomagolására és fogkefék fertőtlenítésére is használható.
Kisebb méretű berendezésekhez a Bolb bemutatja a kompakt közepes teljesítményű S3535-DR100-W272-P40 UVC LED-eket, amelyek mérete 3,5 x 3,5 x 0,9 mm3. 40 mW-os egyenáramú energiafogyasztásával és mindössze 100 mA áramával kiemelkedik a legalacsonyabb energiafogyasztással és a legalacsonyabb hőkibocsátással a világon.
A nagy teljesítményű szegmensben Bolb bemutatta az S6060-DR250-W272-P100 UVC LED-et, a legerősebb komponenst, amelynek egyenáramú energiafogyasztása 100 mW 250 mA-on.
A Bolb UVC LED-jei különösen alkalmasak ivóvízkezelésre és vízfertőtlenítésre uszodákban vagy RV-kben, valamint szigorúbb sugárzásintenzitási követelményeket (W/m2) igénylő alkalmazásokhoz, például ipari szűrőrendszerekhez, légtisztítókhoz, orvosi fertőtlenítő dobozokhoz és porszívóhoz.
2. ábra: Nagy teljesítmény - A Bolb nagy teljesítményű UVC LED-jei energiafogyasztása 100 mW 250 mA-on (felszereléssel és anélkül)
Az UV LED-ek kiválasztási kritériumai
Az UV LED-ek egyik legfontosabb kiválasztási kritériuma a sugárszög, amelyre egyes alkalmazásokban szükség van. A Bolb UVC LED-ek 150°-os fényszöggel rendelkeznek, és szükség szerint tovább fókuszálhatók Ledil lencséivel. Mivel ez csökkenti a besugárzott felületet, növeli a négyzetméterenkénti sugárzó energiát is, ami azt jelenti, hogy kevesebb expozíciós időre van szükség ugyanazon energiateljesítmény alkalmazásakor. A kompatibilis üveggel ellátott különböző UV-lencsék lehetővé teszik a besugárzási kimenet könnyű beállítását különböző célokra. Az UV objektívek esetében a Ledil speciális szilikonminőséget használ, amely kifejezetten kompatibilis az UVC hullámhosszakkal, valamint alumínium tükröket, amelyek nagy fényvisszaverő képességgel rendelkeznek minden UV hullámhosszon, különösen fertőtlenítő alkalmazásokhoz.
Az UV LED-ek egyéb kiválasztási kritériumai közé tartoznak a nemzeti UV-szabványok, a különböző anyagok fényvisszaverő képessége (3. ábra), a hőkezelés, a járművezetők, az energiafogyasztás és az inverz négyzet törvény, amelyek meghatározzák, hogy a sugárintenzitás hogyan csökken, amikor távolodik a forrástól.
3. ábra: A különböző anyagok különböző szintű UV-visszaverődéssel rendelkeznek, amelyeket figyelembe kell venni a tervezési fázisban.
A Bolb Blazar felszíni kibocsátói számos ilyen kritériumnak megfelelnek. Ez az UVC modul 25 LED-del (5×5) és egy 55°-os reflektorral rendelkezik, hogy 2 W-os effektív teljesítményt érjen el, miközben az energiafogyasztás csak 1,25A.
Jelenleg Multi-UV LED termékeket fejlesztenek. Két hullámhosszú chipeket használnak, amelyek több UV hullámhosszat biztosítanak, mint például az UVA és az UVC, így sokoldalú fegyver a vírusok, baktériumok és más kórokozók ellen.
