A közelmúltban a Kínai Tudományos Akadémia Csangcsuni Optikai, Finommechanikai és Fizikai Intézetének Li Dabing és Sun Xiaojuan kutatócsoportja, valamint a Wuhani Egyetem Állami Kulcsfontosságú Virológiai Laboratóriumának Xu Ke kutatócsoportja feszültségtervezést, eszköz-előkészítést és epitaxiális AlGaN alapú mély ultraibolya LED-ek eszközkészítése erős nyomófeszültségű AlN/zafír templát szubsztrátumokon, valamint humán légúti RNS vírusok fertőtlenítési hatékonyságának kutatása. Különböző 256 nm, 265 nm és 278 nm csúcshullámhosszú AlGaN alapú mély ultraibolya LED-eket készítettem, amelyek kiváló fertőtlenítő hatással bírtak a humán légúti RNS vírusokra.
Háttér:
Az emberi légúti RNS-vírusok, mint például a SARS-CoV-2 és az influenza A (IAV), világszerte jelentős megbetegedést, mortalitást, gazdasági veszteséget és pandémiás betegségeket okoznak. Ezért hatékonyabb és szélesebb spektrumú felület- és környezetfertőtlenítési módszerek kidolgozására van szükség az emberi légúti RNS vírus átvitelének kockázatának csökkentése érdekében.
A mély ultraibolya fény hatékony módja a vírusok inaktiválásának azáltal, hogy megzavarja genomjukat. A higanylámpákat általában a vírusok fertőtlenítésére használják, de hátrányuk a toxicitás, a törékenység, a terjedelmesség, a rövid élettartam és az ózonképződés. A Minamatai Egyezmény értelmében 2020-tól tilos a higanytartalmú termékek előállítása, behozatala és kivitele. Sürgősen szükség van egy környezetbarát és hatékony fertőtlenítő termékre. Az AlGaN mély UV LED-ek 365 nm-ről 210 nm-re hangolhatók, és szennyeződésmentességük, kis méretük és energiatakarékosságuk miatt alternatívát jelentenek a higanylámpás sterilizáláshoz, ahogy az 1. ábrán is látható.
Tanulmányok kimutatták, hogy az AlGaN-alapú mély ultraibolya LED-ek hatékonyan inaktiválják az olyan baktériumokat, mint az Escherichia coli, a Staphylococcus aureus és a Candida albicans, és a különböző baktériumok eltérő érzékenységgel rendelkeznek a különböző hullámhosszakra. A 260 nm alatti hullámhossz jó inaktiváló hatással bír a baktériumokra. Az AlGaN-alapú LED-ek SAR-CoV-2-ra és IAV-ra kifejtett fertőtlenítő hatásával kapcsolatos kutatások azonban általában 265-365 nm-re összpontosulnak, és integrált fényforrás-móddal és alacsony víruskoncentrációval rendelkeznek. Pontosabban meg kell becsülni a SARS-CoV-2 és az IAV hordozhatóbb, rövidebb hullámhosszú AlGaN-alapú mély UV LED-ek általi inaktiválását.
Az AlGaN alapú mély UV LED-ek jellemzően heteroepitaxiálisak az AlN/zafír sablonokon. Az elmúlt két évtizedben kiváló minőségű AlN/zafír sablonokat sikerült előállítani különféle módszerekkel, amelyek közül egyszerűsége, hatékonysága és stabilitása miatt a magas hőmérsékletű lágyítási módszer talán a legígéretesebb ipari alkalmazás. A magas hőmérsékletű melegen lágyított AlN/zafír sablonok azonban általában erős nyomófeszültséget mutatnak, ami jelentősen befolyásolhatja a felső AlGaN minőségét.
Egyrészt az erős nyomófeszültség indukálhatja az SK növekedési mintázatát, ami egy háromdimenziós szigetszerkezetet eredményez, amely nagy sűrűségű menetelmozdulásokat és érdes felületeket eredményez. Másrészt az erős nyomófeszültség vonóhatást válthat ki, ami inhomogén összetételt és alacsony adalékolási hatékonyságot eredményez. Ezenkívül az erős nyomófeszültségek valószínűleg rontják az eszközt a gyártási folyamat során. Ezért az erős nyomófeszültség lazítása szükséges az erős nyomófeszültségű AlN/zafír sablonon lévő epitaxiális eszközöknél.
Kutatási csúcspontok:
A fenti problémákra válaszul Li Dabing és Sun Xiaojuan, a Kínai Tudományos Akadémia Csangcsuni Optikai, Finommechanikai és Fizikai Intézetének kutatócsoportja, valamint Xu Ke kutatócsoportja a Vuhani Egyetem Állami Kulcsfontosságú Virológiai Laboratóriumában stresszt hajtott végre. epitaxiális AlGaN alapú mély ultraibolya LED-ek tervezése, eszköz-előkészítése és eszköz-előkészítése erős nyomófeszültségű AlN/zafír sablon szubsztrátokon, valamint a humán légúti RNS vírusok fertőtlenítésében használt eszközök hatékonyságának kutatása.
Megállapítást nyert, hogy az erősen nyomófeszültségű AlN/zafír szubsztrát és az AlGaN epitaxiális réteg közé szuperrácsszerkezet beillesztésével hatékonyan enyhíthető a szubsztrát erős nyomófeszültsége az epitaxiális rétegen, és az AlGaN epitaxiális réteg diszlokációs sűrűsége A direkt epitaxiális módszerhez képest több mint egy nagyságrenddel csökken, és a felület atomi szintű ellaposodást mutat, ami jelentősen javíthatja az epitaxiális LED interfész minőségét.
E módszer alapján a kutatócsoport AlGaN alapú mély ultraibolya LED-eket állított elő, különböző 256 nm, 265 nm és 278 nm csúcshullámhosszal, ami 100 mA mellett 6,8 mW, 9,6 mW és 12,5 mW optikai teljesítménynek felel meg.
A kutatócsoport ugyanakkor vizsgálta a különböző hullámhosszúságú emberi légúti RNS vírusok SARS-CoV-2, IAV és humán parainfluenza vírus (HPIV) fertőtlenítő hatását azonos optikai teljesítménysűrűség mellett (0). 8 mW/cm2). Az eredmények azt mutatták, hogy az összes hullámhosszú LED 60 másodpercen belül fertőtleníti a 100%-os SARS-CoV{7}}-t és az IAV-t 3,8 × 105 PFU/ml víruskoncentráció mellett. Közülük a 256 nm-es LED-ek 10 másodperc alatt képesek 100%-os SARS-CoV{16}} és IAV fertőtlenítésre, ami nagyobb fertőtlenítési hatékonyságot mutat, mint a hosszú hullámhosszú LED-ek.
Ezen túlmenően, magasabb víruskoncentráció és különböző vírustapadási felületek mellett a 256 nm-es LED-ek is kiváló fertőtlenítő hatást mutattak. Ezek az eredmények segítenek a mély UV LED-eknek a vírusok hordozhatóbb, környezetbarátabb, széles spektrumú és hatékonyabb fertőtlenítésében.
1. ábra Az AlGaN alapú mély ultraibolya LED működési hullámhossza és szerkezete és alkalmazása a fertőtlenítés területén
A munka a "Humán légúti RNS vírusok gyors inaktiválása mély ultraibolya besugárzással fénykibocsátó diódákból magas hőmérsékleten lágyított AlN/zafír sablonon" témán alapul. Ezt a címet az Opto-Electronic Advances 2023. évi 9. számában tették közzé. .
