Zabijaj zarazki za pomocą diod UVC!
Walka ludzi z wirusami trwa już od dawna. Chemiczne środki dezynfekujące mają ograniczoną zdolność zabijania, ponieważ mikroorganizmy, takie jak wirusy i bakterie, mogą wytworzyć oporność. Światło ultrafioletowe (UV) to skuteczniejsza metoda dezynfekcji i sterylizacji wody, powietrza i powierzchni, dzięki czemu jest skuteczniejszą bronią przeciwko koronawirusowi.
W celu dezynfekcji odzieży ochronnej personelu medycznego w szpitalu Wuhan Huoshenshan, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się nowego koronawirusa na zewnątrz, lokalnie zbudowano namiot dezynfekcyjny z diodami UVC, co jest zupełnie nową metodą dezynfekcji. W pomieszczeniu o powierzchni 1,5m x 0,75m x 2m montowana jest wielowarstwowa - ściana z włókien syntetycznych, a powierzchnie odbijające sufitu, ściany i podłogi wyposażone są w emitery UVC firmy amerykański dostawca Bolb. Podczas 30-sekundowego procesu dezynfekcji LED UVC dawkował 6mJ/cm2, a jasność zawsze wynosiła 200μW/cm2. Światło o długości od 265 do 280 nm niszczy informację genetyczną, odcinając w ten sposób rozprzestrzenianie się wirusa lub zapobiegając infekowaniu innych komórek.
Sztuczne źródło UV
Źródła promieniowania oparte na rtęci- są od dawna wykorzystywane do generowania światła UV, takiego jak gaz przy użyciu nisko-ciśnieniowych i średnio-ciśnieniowych-lamp rtęciowych-parowych (Hg), które wytwarzają światło w widmie od 185 do 405 nm za pomocą wyładowania gazowego UV. Wyładowanie jarzeniowe może być również wykorzystywane do generowania światła ultrafioletowego w zakresie spektralnym od 185 do 405 nm za pomocą ultrafioletowych lamp z zimną katodą (lampy UV-CCL lub UV).
Diody LED UV emitują promienie UV w zakresie spektralnym od 227 do 405 nm poprzez elektroluminescencję. Gdy stosowane są diody UVC, długości fal są szczególnie krótkie (między 260 a 270 nm), aby zapewnić najsilniejszy efekt bakteriobójczy. Rysunek 1 ilustruje przykład Cryptosporidium, pasożyta, który jest szczególnie podatny na przenoszenie w nieoczyszczonej wodzie pitnej. Inne patogeny, bakterie i wirusy wykazują bardzo podobne cechy.
Diody LED zapewniają również doskonałą stabilną moc widmową w określonych warunkach temperaturowych z praktycznie nieograniczoną liczbą cykli przełączania, co czyni je idealnymi do rozwiązań mobilnych, które wymagają pełnego strumienia świetlnego bez opóźnień.
Wiele broni
Światło ultrafioletowe ma zakres długości fal od 100 do 400 nm i jest niewidoczne gołym okiem. Ich częstotliwości są podzielone na pasma UVA, UVB i UVC, a różne pasma mają różny wpływ na organizmy.
Diody LED pozwalają nam w dużym stopniu decydować, jaką długość fali wybrać. W porównaniu z promieniami UVB i UVC, diody UVA o długości fali od 315 do 400 nm mają silniejszą penetrację w rozproszonych tkankach biologicznych, takich jak ludzka skóra. Diody UVA mogą być stosowane w takich obszarach jak stomatologia i kosmetyka, takich jak studia opalania i studia pielęgnacji paznokci. W przemyśle diody UVA stosuje się do utwardzania żywic, klejów i farb.
Promienie UVB LED mają długość fali od 280 do 315 nm i mają stosunkowo słabą penetrację rozproszonej tkanki biologicznej, ale są bardziej rozproszone. Promienie UVB sprzyjają tworzeniu się witaminy D w organizmie, dlatego diody UVB stosowane są głównie w fototerapii i zabiegach dermatologicznych.
Brak ochrony przed promieniami UVC
Światło o wysokiej-energii pochodzące z diod UVC jest coraz bardziej rozpraszane w tkance biologicznej. Promienie te, o długości fali od 100 do 280 nm, nie penetrują szczególnie głęboko tkanek, ale mogą poparzyć nieosłoniętą skórę. Ponieważ warstwa ozonowa w atmosferze Ziemi pochłania naturalne promieniowanie UVC ze światła słonecznego, nic na Ziemi nie zbudowało mechanizmu obronnego przed promieniami UVC, podobnie jak wirusy i bakterie. Ta podatność sprawia, że sztuczne naświetlanie światłem UVC jest szczególnie skuteczną metodą sterylizacji i dezynfekcji.
Rysunek 1: Cryptosporidium oraz inne bakterie i wirusy są najbardziej wrażliwe na promienie UVC LED, więc długości fal UVC LED są najbardziej efektywne. Źródło: Stanley
Diody UVC w praktyce
Każdy drobnoustrój inaczej reaguje na promieniowanie UVC, dlatego natężenie promieniowania należy dostosować do pożądanego tempa ekstynkcji, czyli liczby zabitych drobnoustrojów. Natężenie promieniowania UV jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości, co oznacza, że wraz ze wzrostem odległości od źródła promieniowania promieniowanie UV szybko traci swoją skuteczność, dlatego przedmioty, które wymagają sterylizacji, powinny znajdować się jak najbliżej emiter.
Wirusy, w tym nowy koronawirus, często unoszą się w powietrzu, dlatego do stosowania w systemach klimatyzacyjnych zaleca się stosowanie diod UVC. Oprócz pożądanego współczynnika ekstynkcji należy również wziąć pod uwagę przepływ powietrza i geometrię przepływu powietrza.
Wykazano, że światło ultrafioletowe o długości fali 254 nm jest szczególnie skuteczne w zabijaniu mikroorganizmów, chociaż może być szkodliwe dla skóry i oczu, gdy jest stosowane bezpośrednio. Z drugiej strony, światło „daleko-ultrafioletowe” (od 207 do 222 nm) może również ogólnie dezaktywować większość patogenów przenoszonych drogą powietrzną bez uszkadzania odsłoniętej tkanki ludzkiej.
Dezynfekuj powierzchnie
Inne wirusy i bakterie mogą również rozprzestrzeniać się przez powierzchnie, w tym grypa, norowirus, rotawirus, paciorkowiec i salmonella. Jeśli trzeba zdezynfekować większe powierzchnie, odpowiednim produktem będzie dioda LED UVC o niskiej mocy PU35CL1.0 firmy Lextar o mocy wyjściowej 2-4mW i 20mA; może być również używany do pasteryzacji napojów, pakowania żywności antybakteryjnej i dezynfekcji szczoteczek do zębów.
W przypadku instalacji na mniejszą skalę firma Bolb wprowadza kompaktowe diody LED UVC S3535-DR100-W272-P40 średniej{{0}} średniej mocy o wymiarach 3,5 x 3,5 x 0,9 mm3. Przy poborze prądu stałego na poziomie 40mW i prądzie zaledwie 100mA wyróżnia się najniższym na świecie poborem mocy i najniższą mocą grzewczą.
W segmencie wysokiej mocy firma Bolb wprowadziła S6060-DR250-W272-P100 UVC LED, najmocniejszy komponent o poborze prądu stałego 100mW przy 250mA.
Diody UVC firmy Bolb są szczególnie odpowiednie do uzdatniania wody pitnej i dezynfekcji wody w basenach lub pojazdach kempingowych, a także do zastosowań wymagających bardziej rygorystycznych wymagań dotyczących intensywności promieniowania (W/m2), takich jak przemysłowe systemy filtracji, oczyszczacze powietrza, skrzynki do dezynfekcji medycznej i odkurzacze.
Rysunek 2: Wysokowydajne diody LED - High Power UVC firmy Bolb mają pobór mocy 100 mW przy 250 mA (z montażem i bez)
Kryteria doboru diod LED UV
Kluczowym kryterium wyboru diod LED UV jest kąt wiązki, który jest wymagany w niektórych zastosowaniach. Diody LED UVC firmy Bolb mają kąt wiązki wynoszący 150 stopni i mogą być dalej ogniskowane za pomocą soczewek Ledil w razie potrzeby. Ponieważ zmniejsza to naświetlaną powierzchnię, zwiększa również energię promieniowania na metr kwadratowy, co oznacza, że przy zastosowaniu tej samej mocy wyjściowej wymagany jest krótszy czas ekspozycji. Różne soczewki UV z kompatybilnym szkłem umożliwiają łatwą regulację natężenia promieniowania do różnych celów. W przypadku soczewek UV Ledil stosuje specjalny rodzaj silikonu, który jest szczególnie kompatybilny z długościami fal UVC, a także aluminiowe lustra o wysokim współczynniku odbicia dla wszystkich długości fal UV, szczególnie do zastosowań dezynfekcyjnych.
Inne kryteria wyboru diod LED UV obejmują krajowe normy UV, współczynnik odbicia różnych materiałów (rysunek 3), zarządzanie temperaturą, sterowniki, zużycie energii oraz prawo odwrotnego kwadratu, które określa, w jaki sposób natężenie wiązki zmniejsza się w miarę oddalania się od źródła.
Rysunek 3: Różne materiały mają różne poziomy odbicia UV, które należy wziąć pod uwagę na etapie projektowania.
Emitery powierzchniowe Blazar firmy Bolb spełniają wiele z tych kryteriów. Ten moduł UVC ma 25 diod LED (5×5) i odbłyśnik 55 stopni, aby osiągnąć efektywną moc wyjściową 2 W, a pobór prądu wynosi tylko 1,25 A.
Obecnie opracowuję produkty Multi-UV LED. Wykorzystują chipy o podwójnej-długości fal, które dostarczają wiele długości fal UV, takich jak UVA i UVC, dzięki czemu są wszechstronną bronią przeciwko wirusom, bakteriom i innym patogenom.
