Dræb bakterier med UVC LED'er!
Den menneskelige kamp mod vira har stået på i lang tid. Kemiske desinfektionsmidler er kun begrænset i deres evne til at dræbe, fordi mikroorganismer, såsom vira og bakterier, kan udvikle resistens. Ultraviolet (UV) lys er en mere effektiv metode til at desinficere og sterilisere vand, luft og overflader, hvilket gør det til et mere effektivt våben mod coronavirus.
For at desinficere det medicinske personales beskyttelsesbeklædning på Wuhan Huoshenshan Hospital for at forhindre spredning af den nye coronavirus til det ydre, blev der lokalt bygget et desinfektionstelt med UVC LED'er, som er en helt ny desinfektionsmetode. I et rum med et areal på 1,5mx 0.75m x 2m installeres en flerlags kunstfibervæg, og de reflekterende overflader på loft, væg og gulv er udstyret med UVC-emittere fra den amerikanske leverandør Bolb. Under den 30 sekunder lange desinfektionsproces doserede UVC-LED'en til 6mJ/cm2, og lysstyrken var altid 200μW/cm2. Lysets bølgelængde på 265 til 280nm ødelægger genetisk information og afskærer derved spredningen af virussen eller forhindrer den i at inficere andre celler.
Kunstig UV-kilde
Kviksølv-baserede strålingskilder har længe været brugt til at generere UV-lys, såsom gas ved hjælp af lav--tryk og mellemtryk-kviksølv-damp (Hg) lamper, som producere lys i 185 til 405 nm spektret ved gasudladning UV-lys. Glødeudladning kan også bruges til at generere ultraviolet lys i spektralområdet fra 185 til 405 nm ved hjælp af ultraviolette kolde katoderør (UV-CCL eller UV-lamper).
UV-LED'er udsender UV-stråler i spektralområdet fra 227 til 405 nm gennem elektroluminescens. Når der bruges UVC-LED'er, er bølgelængderne særligt korte (mellem 260 og 270 nm) for at give den stærkeste bakteriedræbende effekt. Figur 1 illustrerer eksemplet med Cryptosporidium, en parasit, der er særligt modtagelig for overførsel i urenset drikkevand. Andre patogener, bakterier og vira udviser meget lignende egenskaber.
LED'er giver også fremragende stabilt spektral output under specifikke temperaturforhold med praktisk talt ubegrænset antal koblingscyklusser, hvilket gør dem ideelle til mobile løsninger, der kræver fuld lysoutput uden forsinkelse.
Flere våben
Ultraviolet lys har et bølgelængdeområde på 100 til 400 nm og er usynligt for det blotte øje. Deres frekvenser er opdelt i UVA-, UVB- og UVC-bånd, og forskellige bånd har forskellige virkninger på organismer.
LED'er giver os mulighed for stort set at bestemme, hvilken bølgelængde vi skal vælge. Sammenlignet med UVB- og UVC-stråler har UVA-LED'er med bølgelængder på 315 til 400 nm stærkere penetration i spredte biologiske væv, såsom menneskelig hud. UVA LED'er kan bruges i områder som tandpleje og kosmetik, såsom solarier og neglestudier. I industrien bruges UVA LED'er til at hærde harpiks, klæbemidler og maling.
UVB LED-stråler har bølgelængder på 280 til 315 nm og har relativt svag penetration af spredt biologisk væv, men de er mere diffuse. UVB-stråler fremmer dannelsen af D-vitamin i kroppen, hvorfor UVB LED'er hovedsageligt anvendes i lysterapi og dermatologiske behandlinger.
Ingen beskyttelse mod UVC-stråler
Høj-energilys fra UVC-LED'er bliver i stigende grad spredt i biologisk væv. Disse stråler, som har bølgelængder på 100 til 280 nm, trænger ikke særlig dybt ind i væv, men kan brænde ubeskyttet hud. Da ozonlaget i Jordens atmosfære absorberer sollys naturlige UVC-stråling, har intet på Jorden bygget en forsvarsmekanisme mod UVC-stråler, og det gør vira og bakterier heller ikke. Denne sårbarhed gør kunstig UVC-lysbestråling til en særlig effektiv metode til sterilisering og desinfektion.
Figur 1: Cryptosporidium og andre bakterier og vira er mest følsomme over for UVC LED-stråler, så bølgelængderne af UVC LED'er er mest effektive. Kilde: Stanley
UVC LED'er i praksis
Hver mikroorganisme reagerer forskelligt på UVC-stråling, hvorfor intensiteten af strålingen bør tilpasses den ønskede ekstinktionshastighed, som er antallet af dræbte mikroorganismer. Intensiteten af UV-stråling er omvendt proportional med kvadratet af afstanden, hvilket betyder, at UV-stråling mister sin effektivitet hurtigt i takt med at afstanden fra strålingskilden øges, hvorfor genstande, der skal steriliseres, bør være så tæt som muligt på udsender.
Vira, herunder den nye coronavirus, er ofte luftbårne, så UVC LED'er anbefales til brug i klimaanlæg. Ud over den ønskede ekstinktionshastighed skal luftstrøm og luftstrømsgeometri også tages i betragtning.
Ultraviolet lys med en bølgelængde på 254nm har vist sig at være særligt effektivt til at dræbe mikroorganismer, selvom det kan være skadeligt for hud og øjne, når det påføres direkte. På den anden side kan "langt-ultraviolet" lys (207 til 222 nm) også stort set inaktivere de fleste luftbårne patogener uden at beskadige udsat menneskeligt væv.
Desinficer overflader
Andre vira og bakterier kan også spredes gennem overflader, herunder influenza, norovirus, rotavirus, streptokokker og salmonella. Hvis større overflader skal renses, vil Lextars laveffekt PU35CL1.0 UVC LED være et passende produkt med en effekt på 2-4mW og 20mA; det kan også bruges til at pasteurisere drikkevarer, til emballering af antibakteriel mad og desinficering af tandbørster.
Til installationer i mindre skala introducerer Bolb den kompakte mellemstyrke S3535-DR100-W272-P40 UVC LED'er, der måler 3,5 x 3,5 x 0,9 mm3. Med et DC strømforbrug på 40mW og en strøm på kun 100mA skiller den sig ud med det laveste strømforbrug og laveste varmeydelse i verden.
I højeffektsegmentet introducerede Bolb S6060-DR250-W272-P100 UVC LED, den mest kraftfulde komponent med et DC-strømforbrug på 100mW ved 250mA.
Bolbs UVC LED'er er særligt velegnede til drikkevandsbehandling og vandesinfektion i svømmebassiner eller autocampere, samt applikationer, der involverer strengere krav til strålingsintensitet (W/m2), såsom industrielle filtreringssystemer, luftrensere, medicinske desinfektionsbokse og støvsuger.
Figur 2: High Output - Bolbs High Power UVC LED'er har et strømforbrug på 100mW ved 250mA (med og uden montering)
Udvælgelseskriterier for UV LED'er
Et vigtigt valgkriterium for UV-LED'er er strålevinklen, som er påkrævet i nogle applikationer. Bolbs UVC LED'er har en strålevinkel på 150 grader og kan efter behov fokuseres yderligere ved hjælp af Ledils linser. Fordi dette reducerer overfladen, der bestråles, øger det også strålingsenergien pr. kvadratmeter, hvilket betyder, at der kræves mindre eksponeringstid, når den samme energioutput anvendes. Forskellige UV-linser med kompatibelt glas tillader nem justering af irradians output til forskellige formål. Til UV-linserne bruger Ledil en speciel kvalitet af silikone, der er specifikt kompatibel med UVC-bølgelængder, samt aluminiumsspejle med høj reflektivitet til alle UV-bølgelængder, især til desinfektionsapplikationer.
Andre udvælgelseskriterier for UV-LED'er omfatter nationale UV-standarder, reflektivitet af forskellige materialer (Figur 3), termisk styring, drivere, strømforbrug og den omvendte kvadratiske lov, som bestemmer, hvordan stråleintensiteten aftager, når den bevæger sig væk fra kilden.
Figur 3: Forskellige materialer har forskellige niveauer af UV-refleksion, som skal tages i betragtning under designfasen.
Bolbs Blazar overfladeemittere opfylder mange af disse kriterier. Dette UVC-modul har 25 LED'er (5×5) og en 55 graders reflektor for at opnå 2W effektiv udgang, mens strømforbruget kun er 1,25A.
Udvikler i øjeblikket Multi-UV LED-produkter. De bruger dobbelt-bølgelængdechips, der leverer flere UV-bølgelængder, såsom UVA og UVC, hvilket gør dem til et alsidigt våben mod vira, bakterier og andre patogener.
