Πρόσφατα, η ερευνητική ομάδα του Li Dabing και του Sun Xiaojuan του Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και η ερευνητική ομάδα του Xu Ke του State Key Laboratory of Virology του Πανεπιστημίου Wuhan πραγματοποίησαν μηχανική πίεσης, προετοιμασία συσκευών και Προετοιμασία συσκευής των επιταξιακών λυχνιών LED βαθιάς υπεριώδους με βάση το AlGaN σε υποστρώματα προτύπου AlN/ζαφείρι με ισχυρή συμπίεση, καθώς και η έρευνα για την αποτελεσματικότητα εξυγίανσης των ιών του ανθρώπινου αναπνευστικού RNA. Παρασκευάστηκαν βαθιές υπεριώδεις λυχνίες LED με βάση το AlGaN με διαφορετικά μήκη κύματος κορυφής 256 nm, 265 nm και 278 nm, τα οποία είχαν εξαιρετική απολυμαντική δράση στους ιούς του ανθρώπινου αναπνευστικού RNA.
Ιστορικό:
Οι ιοί του ανθρώπινου αναπνευστικού RNA, όπως ο SARS-CoV-2 και η γρίπη A (IAV), προκαλούν σημαντική νοσηρότητα, θνησιμότητα, οικονομική απώλεια και πανδημική νόσο παγκοσμίως. Ως εκ τούτου, υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθούν πιο αποτελεσματικές και ευρέως φάσματος μέθοδοι απολύμανσης επιφανειών και περιβάλλοντος για τη μείωση του κινδύνου μετάδοσης του ανθρώπινου αναπνευστικού ιού RNA.
Το βαθύ υπεριώδες φως είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για την αδρανοποίηση των ιών διαταράσσοντας το γονιδίωμά τους. Οι λαμπτήρες υδραργύρου χρησιμοποιούνται συνήθως για την απολύμανση των ιών, αλλά έχουν τα μειονεκτήματα της τοξικότητας, της ευθραυστότητας, του όγκου, της μικρής διάρκειας ζωής και της δημιουργίας όζοντος. Σύμφωνα με τη Σύμβαση Minamata, η παραγωγή, η εισαγωγή και η εξαγωγή προϊόντων που περιέχουν υδράργυρο απαγορεύονται από το 2020. Υπάρχει επείγουσα ανάγκη για ένα φιλικό προς το περιβάλλον και αποτελεσματικό προϊόν απολύμανσης. Τα LED βαθιάς υπεριώδους ακτινοβολίας AlGaN μπορούν να ρυθμιστούν από 365 nm έως 210 nm και αποτελούν εναλλακτική λύση στην αποστείρωση λαμπτήρων υδραργύρου λόγω της μη ρύπανσης, του μικρού μεγέθους και της εξοικονόμησης ενέργειας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Μελέτες έχουν δείξει ότι τα βαθιά υπεριώδη LED που βασίζονται στο AlGaN μπορούν να αδρανοποιήσουν αποτελεσματικά βακτήρια όπως το Escherichia coli, ο Staphylococcus aureus και η Candida albicans και διαφορετικά βακτήρια έχουν διαφορετική ευαισθησία σε διαφορετικά μήκη κύματος. Το μήκος κύματος κάτω από 260 nm έχει καλή επίδραση αδρανοποίησης στα βακτήρια. Ωστόσο, η έρευνα σχετικά με την απολυμαντική επίδραση των LED με βάση το AlGaN στο SAR-CoV-2 και στο IAV συνήθως επικεντρώνεται στα 265~365 nm και έχει μια ενσωματωμένη λειτουργία πηγής φωτός και χαμηλή συγκέντρωση ιού. Η απενεργοποίηση του SARS-CoV-2 και του IAV από πιο φορητά, μικρότερου μήκους κύματος LED βαθιάς υπεριώδους ακτινοβολίας που βασίζονται στο AlGaN πρέπει να εκτιμηθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια.
Τα LED βαθιάς υπεριώδους ακτινοβολίας που βασίζονται σε AlGaN είναι συνήθως ετεροεπιταξιακά σε πρότυπα AlN/ζαφείρι. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, πρότυπα AlN/ζαφείρι υψηλής ποιότητας έχουν ληφθεί μέσω ποικίλων μεθόδων, μεταξύ των οποίων η μέθοδος ανόπτησης σε υψηλή θερμοκρασία είναι ίσως η πιο πολλά υποσχόμενη βιομηχανική εφαρμογή λόγω της απλότητας, της αποτελεσματικότητας και της σταθερότητάς της. Ωστόσο, τα πρότυπα AlN/ζαφείρι με ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας συνήθως παρουσιάζουν ισχυρές θλιπτικές τάσεις, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την ποιότητα του ανώτερου AlGaN.
Από τη μία πλευρά, η ισχυρή θλιπτική τάση μπορεί να προκαλέσει το μοτίβο ανάπτυξης του SK, με αποτέλεσμα μια τρισδιάστατη δομή νησίδας που παράγει εξαρθρώσεις νημάτων υψηλής πυκνότητας και τραχιές επιφάνειες. Από την άλλη πλευρά, η ισχυρή θλιπτική τάση μπορεί να προκαλέσει αποτέλεσμα έλξης, με αποτέλεσμα ανομοιογενή σύνθεση και χαμηλή απόδοση ντόπινγκ. Επιπλέον, ισχυρές συμπιεστικές τάσεις είναι πιθανό να υποβαθμίσουν τη συσκευή κατά τη διαδικασία κατασκευής. Επομένως, η χαλάρωση της ισχυρής θλιπτικής τάσης είναι απαραίτητη για επιταξιακές συσκευές στο πρότυπο ισχυρής θλιπτικής τάσης AlN/ζαφείρι.
Σημαντικά σημεία της έρευνας:
Ως απάντηση στα παραπάνω προβλήματα, η ερευνητική ομάδα του Li Dabing και του Sun Xiaojuan του Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και η ερευνητική ομάδα του Xu Ke του State Key Laboratory of Virology του Πανεπιστημίου Wuhan πραγματοποίησαν άγχος. μηχανική, προετοιμασία συσκευών και προετοιμασία συσκευών επιταξιακών LED βαθιάς υπεριώδους με βάση το AlGaN σε υποστρώματα προτύπου AlN/ζαφείρι με ισχυρή συμπίεση, καθώς και την έρευνα σχετικά με την αποτελεσματικότητα των συσκευών στην απολύμανση των ιών του ανθρώπινου αναπνευστικού RNA.
Βρέθηκε ότι με την εισαγωγή μιας δομής υπερπλέγματος μεταξύ του υποστρώματος AlN/ζαφείρι με ισχυρή θλίψη και του επιταξιακού στρώματος AlGaN, η ισχυρή θλιπτική τάση του υποστρώματος στο επιταξιακό στρώμα μπορεί να μετριαστεί αποτελεσματικά και η πυκνότητα εξάρθρωσης του επιταξιακού στρώματος AlGaN είναι μειωμένη κατά περισσότερο από μια τάξη μεγέθους σε σύγκριση με την άμεση επιταξιακή μέθοδο και η επιφάνεια έχει ισοπέδωση ατομικού επιπέδου, η οποία μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την ποιότητα διεπαφής του επιταξιακού LED.
Με βάση αυτή τη μέθοδο, η ερευνητική ομάδα κατασκεύασε βαθιές υπεριώδεις λυχνίες LED με βάση το AlGaN με διαφορετικά μήκη κύματος κορυφής 256 nm, 265 nm και 278 nm, που αντιστοιχούν σε οπτικές ισχύς 6,8 mW, 9,6 mW και 12,5 mW στα 100 mA.
Ταυτόχρονα, η ερευνητική ομάδα μελέτησε την απολυμαντική επίδραση διαφορετικών μηκών κύματος στους ιούς ανθρώπινου αναπνευστικού RNA SARS-CoV-2, IAV και ιού ανθρώπινης παραγρίππης (HPIV) στην ίδια πυκνότητα οπτικής ισχύος (0). 8 mW/cm2). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όλα τα LED μήκους κύματος απολυμαίνουν 100% SARS-CoV-2 και IAV μέσα σε 60 δευτερόλεπτα σε συγκέντρωση ιού 3,8×105 PFU/mL. Μεταξύ αυτών, οι 256 nm-LED μπορούν να απολυμάνουν 100% SARS-CoV-2 και IAV σε 10 δευτερόλεπτα, παρουσιάζοντας υψηλότερη αποτελεσματικότητα απολύμανσης από τα LED μεγάλου μήκους κύματος.
Επιπλέον, σε υψηλότερες συγκεντρώσεις ιού και διαφορετικές επιφάνειες προσκόλλησης ιού, τα LED 256 nm παρουσίασαν επίσης εξαιρετικά απολυμαντικά αποτελέσματα. Αυτά τα αποτελέσματα θα βοηθήσουν τα βαθιά UV LED να απολυμάνουν τους ιούς με πιο φορητό, φιλικό προς το περιβάλλον, ευρέως φάσματος και αποτελεσματικότερο τρόπο.
Εικ.1 Μήκος κύματος εργασίας και δομή του βαθιού υπεριώδους LED με βάση το AlGaN και η εφαρμογή του στον τομέα της απολύμανσης
Η εργασία βασίζεται στο θέμα "Ταχεία αδρανοποίηση των ιών του ανθρώπινου αναπνευστικού RNA από βαθιά υπεριώδη ακτινοβολία από διόδους εκπομπής φωτός σε ένα πρότυπο AlN/Sapphire με ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας" Αυτός ο τίτλος δημοσιεύτηκε στο Opto-Electronic Advances, Τεύχος 9, 2023 .
