Σκοτώστε τα μικρόβια με UVC LED!
Ο αγώνας του ανθρώπου ενάντια στους ιούς συνεχίζεται εδώ και πολύ καιρό. Τα χημικά απολυμαντικά περιορίζονται μόνο στην ικανότητά τους να σκοτώνουν επειδή μικροοργανισμοί, όπως οι ιοί και τα βακτήρια, μπορούν να αναπτύξουν ανθεκτικότητα. Το υπεριώδες φως (UV) είναι μια πιο αποτελεσματική μέθοδος απολύμανσης και αποστείρωσης νερού, αέρα και επιφανειών, καθιστώντας το πιο αποτελεσματικό όπλο κατά του κορωνοϊού.
Προκειμένου να απολυμανθούν τα προστατευτικά ρούχα του ιατρικού προσωπικού στο Νοσοκομείο Wuhan Huoshenshan για την πρόληψη της εξάπλωσης του νέου κοροναϊού προς τα έξω, κατασκευάστηκε τοπικά μια σκηνή απολύμανσης με UVC LED, η οποία είναι μια ολοκαίνουργια μέθοδος απολύμανσης. Σε ένα δωμάτιο με εμβαδόν 1,5mx 0,75m x 2m, τοποθετείται ένας τοίχος από συνθετικές ίνες πολλαπλών-στρώσεων και οι ανακλαστικές επιφάνειες της οροφής, του τοίχου και του δαπέδου είναι εξοπλισμένες με εκπομπές UVC από ο Αμερικανός προμηθευτής Bolb. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας απολύμανσης 30 δευτερολέπτων, το UVC LED δοσολογήθηκε στα 6mJ/cm2 και η φωτεινότητα ήταν πάντα 200μW/cm2. Το μήκος κύματος φωτός από 265 έως 280 nm καταστρέφει τη γενετική πληροφορία, με αποτέλεσμα να διακόπτεται η εξάπλωση του ιού ή να αποτρέπεται από το να μολύνει άλλα κύτταρα.
Τεχνητή πηγή UV
Οι πηγές ακτινοβολίας με βάση τον υδράργυρο-χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό για την παραγωγή υπεριώδους φωτός, όπως αέριο με χρήση λαμπτήρων χαμηλής-πίεσης και μέσης-πίεσης υδραργύρου-ατμών (Hg), οι οποίες παράγουν φως στο φάσμα 185 έως 405 nm με υπεριώδη ακτινοβολία εκκένωσης αερίου. Η εκκένωση λάμψης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία υπεριώδους φωτός στη φασματική περιοχή από 185 έως 405 nm μέσω σωλήνων ψυχρής καθόδου υπεριώδους (UV-CCL ή UV λαμπτήρες).
Τα UV LED εκπέμπουν ακτίνες UV στο φασματικό εύρος από 227 έως 405 nm μέσω ηλεκτροφωταύγειας. Όταν χρησιμοποιούνται UVC LED, τα μήκη κύματος είναι ιδιαίτερα μικρά (μεταξύ 260 και 270 nm) για να παρέχουν την ισχυρότερη μικροβιοκτόνο δράση. Το Σχήμα 1 απεικονίζει το παράδειγμα του Cryptosporidium, ενός παρασίτου που είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στη μετάδοση σε μη καθαρό πόσιμο νερό. Άλλα παθογόνα, βακτήρια και ιοί παρουσιάζουν πολύ παρόμοια χαρακτηριστικά.
Τα LED παρέχουν επίσης εξαιρετική σταθερή φασματική έξοδο υπό συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας με ουσιαστικά απεριόριστο αριθμό κύκλων μεταγωγής, καθιστώντας τα ιδανικά για φορητές λύσεις που απαιτούν πλήρη έξοδο φωτός χωρίς καθυστέρηση.
Πολλαπλά όπλα
Το υπεριώδες φως έχει εύρος μήκους κύματος από 100 έως 400 nm και είναι αόρατο με γυμνό μάτι. Οι συχνότητές τους χωρίζονται σε ζώνες UVA, UVB και UVC και διαφορετικές ζώνες έχουν διαφορετικές επιδράσεις στους οργανισμούς.
Τα LED μας επιτρέπουν να αποφασίσουμε σχεδόν ποιο μήκος κύματος θα επιλέξουμε. Σε σύγκριση με τις ακτίνες UVB και UVC, τα UVA LED με μήκη κύματος από 315 έως 400 nm έχουν ισχυρότερη διείσδυση σε διασκορπισμένους βιολογικούς ιστούς όπως το ανθρώπινο δέρμα. Τα UVA LED μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τομείς όπως η οδοντιατρική και τα καλλυντικά, όπως στούντιο μαυρίσματος και στούντιο νυχιών. Στη βιομηχανία, τα UVA LED χρησιμοποιούνται για τη σκλήρυνση ρητινών, κόλλων και χρωμάτων.
Οι ακτίνες UVB LED έχουν μήκη κύματος από 280 έως 315 nm και έχουν σχετικά ασθενή διείσδυση στον διασκορπισμένο βιολογικό ιστό, αλλά είναι πιο διάχυτες. Οι ακτίνες UVB προάγουν το σχηματισμό βιταμίνης D στο σώμα, γι' αυτό και τα UVB LED χρησιμοποιούνται κυρίως σε φωτοθεραπεία και δερματολογικές θεραπείες.
Καμία προστασία από τις ακτίνες UVC
Φως υψηλής-ενέργειας από UVC LED διασκορπίζεται όλο και περισσότερο στον βιολογικό ιστό. Αυτές οι ακτίνες, που έχουν μήκη κύματος από 100 έως 280 nm, δεν διεισδύουν στον ιστό ιδιαίτερα βαθιά, αλλά μπορούν να κάψουν το απροστάτευτο δέρμα. Δεδομένου ότι το στρώμα του όζοντος στην ατμόσφαιρα της Γης απορροφά τη φυσική ακτινοβολία UVC του ηλιακού φωτός, τίποτα στη Γη δεν έχει δημιουργήσει μηχανισμό άμυνας ενάντια στις ακτίνες UVC, ούτε οι ιοί και τα βακτήρια. Αυτή η ευπάθεια καθιστά την τεχνητή ακτινοβολία UVC μια ιδιαίτερα αποτελεσματική μέθοδο αποστείρωσης και απολύμανσης.
Εικόνα 1: Το Cryptosporidium και άλλα βακτήρια και ιοί είναι πιο ευαίσθητα στις ακτίνες UVC LED, επομένως τα μήκη κύματος των UVC LED είναι πιο αποτελεσματικά. Πηγή: Stanley
UVC LED στην πράξη
Κάθε μικροοργανισμός ανταποκρίνεται διαφορετικά στην ακτινοβολία UVC, γι' αυτό η ένταση της ακτινοβολίας πρέπει να προσαρμοστεί στον επιθυμητό ρυθμό εξαφάνισης, που είναι ο αριθμός των μικροοργανισμών που σκοτώνονται. Η ένταση της υπεριώδους ακτινοβολίας είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης, πράγμα που σημαίνει ότι η υπεριώδης ακτινοβολία χάνει την αποτελεσματικότητά της γρήγορα καθώς αυξάνεται η απόσταση από την πηγή ακτινοβολίας, γι' αυτό τα αντικείμενα που πρέπει να αποστειρωθούν πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο εκπόμπος.
Οι ιοί, συμπεριλαμβανομένου του νέου κοροναϊού, είναι συχνά αερομεταφερόμενοι, επομένως τα UVC LED συνιστώνται για χρήση σε συστήματα κλιματισμού. Εκτός από τον επιθυμητό ρυθμό κατάσβεσης, πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη η ροή του αέρα και η γεωμετρία ροής αέρα.
Το υπεριώδες φως με μήκος κύματος 254 nm έχει αποδειχθεί ότι είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό στη θανάτωση μικροοργανισμών, αν και μπορεί να είναι επιβλαβές για το δέρμα και τα μάτια όταν εφαρμόζεται απευθείας. Από την άλλη πλευρά, το «μακρινό-υπεριώδες φως» (207 έως 222 nm) μπορεί επίσης να αδρανοποιήσει σε γενικές γραμμές τα περισσότερα παθογόνα που μεταφέρονται στον αέρα χωρίς να βλάψει τον εκτεθειμένο ανθρώπινο ιστό.
Απολυμάνετε τις επιφάνειες
Άλλοι ιοί και βακτήρια μπορούν επίσης να εξαπλωθούν μέσω των επιφανειών, όπως η γρίπη, ο νοροϊός, ο ροταϊός, ο στρεπτόκοκκος και η σαλμονέλα. Εάν πρόκειται να απολυμανθούν μεγαλύτερες επιφάνειες, η χαμηλής ισχύος PU35CL1 της Lextar.0 UVC LED θα ήταν ένα κατάλληλο προϊόν με απόδοση 2-4 mW και 20 mA. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παστερίωση ποτών, για τη συσκευασία Αντιβακτηριδιακών τροφίμων και την απολύμανση οδοντόβουρτσες.
Για εγκαταστάσεις μικρότερης κλίμακας, η Bolb παρουσιάζει τα συμπαγή UVC LED μεσαίας ισχύος S3535-DR100-W272-P40 με διαστάσεις 3,5 x 3,5 x 0,9 mm3. Με κατανάλωση ρεύματος συνεχούς ρεύματος 40 mW και ρεύμα μόνο 100 mA, ξεχωρίζει με τη χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και τη χαμηλότερη απόδοση θερμότητας στον κόσμο.
Στο τμήμα υψηλής ισχύος, η Bolb παρουσίασε το S6060-DR250-W272-P100 UVC LED, το πιο ισχυρό εξάρτημα με κατανάλωση ρεύματος συνεχούς ρεύματος 100 mW στα 250 mA.
Τα UVC LED της Bolb είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για επεξεργασία πόσιμου νερού και απολύμανση νερού σε πισίνες ή RV, καθώς και σε εφαρμογές που περιλαμβάνουν αυστηρότερες απαιτήσεις έντασης ακτινοβολίας (W/m2), όπως βιομηχανικά συστήματα φιλτραρίσματος, καθαριστές αέρα, ιατρικά κουτιά απολύμανσης και ηλεκτρική σκούπα.
Εικόνα 2: Υψηλής απόδοσης - Τα LED υψηλής ισχύος UVC της Bolb έχουν κατανάλωση ενέργειας 100 mW στα 250 mA (με και χωρίς τοποθέτηση)
Κριτήρια επιλογής για UV LED
Ένα βασικό κριτήριο επιλογής για τα UV LED είναι η γωνία δέσμης, η οποία απαιτείται σε ορισμένες εφαρμογές. Τα UVC LED της Bolb έχουν γωνία δέσμης 150 μοιρών και μπορούν να εστιαστούν περαιτέρω χρησιμοποιώντας τους φακούς Ledil όπως απαιτείται. Επειδή αυτό μειώνει την επιφάνεια που ακτινοβολείται, αυξάνει επίσης την ενέργεια ακτινοβολίας ανά τετραγωνικό μέτρο, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτείται λιγότερος χρόνος έκθεσης όταν εφαρμόζεται η ίδια παραγωγή ενέργειας. Διαφορετικοί φακοί UV με συμβατό γυαλί επιτρέπουν την εύκολη ρύθμιση της εξόδου ακτινοβολίας για διαφορετικούς σκοπούς. Για τους φακούς UV, η Ledil χρησιμοποιεί ειδικής ποιότητας σιλικόνη που είναι ειδικά συμβατή με μήκη κύματος UVC, καθώς και καθρέφτες αλουμινίου με υψηλή ανακλαστικότητα για όλα τα μήκη κύματος UV, ειδικά για εφαρμογές απολύμανσης.
Άλλα κριτήρια επιλογής για UV LED περιλαμβάνουν τα εθνικά πρότυπα υπεριώδους ακτινοβολίας, την ανακλαστικότητα διαφορετικών υλικών (Εικόνα 3), τη θερμική διαχείριση, τα προγράμματα οδήγησης, την κατανάλωση ενέργειας και τον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου, που καθορίζουν πώς μειώνεται η ένταση της δέσμης καθώς απομακρύνεται από την πηγή.
Εικόνα 3: Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικά επίπεδα ανάκλασης υπεριώδους ακτινοβολίας που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη φάση σχεδιασμού.
Οι εκπομποί επιφάνειας Blazar της Bolb πληρούν πολλά από αυτά τα κριτήρια. Αυτή η μονάδα UVC διαθέτει 25 LED (5×5) και ανακλαστήρα 55 μοιρών για την επίτευξη αποτελεσματικής απόδοσης 2W ενώ η κατανάλωση ενέργειας είναι μόνο 1,25A.
Αυτήν τη στιγμή αναπτύσσονται προϊόντα Multi-UV LED. Χρησιμοποιούν τσιπ διπλού{1}}μήκους κύματος που παρέχουν πολλαπλά μήκη κύματος UV, όπως UVA και UVC, καθιστώντας τα ένα ευέλικτο όπλο ενάντια σε ιούς, βακτήρια και άλλα παθογόνα.
