Убейте микробы с помощью УФ-светодиодов!
Борьба человечества с вирусами ведется давно. Химические дезинфицирующие средства имеют ограниченную способность убивать только потому, что микроорганизмы, такие как вирусы и бактерии, могут вырабатывать резистентность. Ультрафиолетовый (УФ) свет является более эффективным методом дезинфекции и стерилизации воды, воздуха и поверхностей, что делает его более эффективным оружием против коронавируса.
Чтобы продезинфицировать защитную одежду медицинского персонала в больнице Ухань Хуошэньшань, чтобы предотвратить распространение нового коронавируса наружу, на месте была построена дезинфицирующая палатка с УФ-светодиодами, что является совершенно новым методом дезинфекции. В помещении площадью 1,5 м x 0,75 м x 2 м установлена многослойная стена из синтетического волокна, а отражающие поверхности потолка, стены и пола оборудованы УФ-излучателями от американский поставщик Bolb. Во время 30-секундного процесса дезинфекции УФ-светодиод дозировался до 6 мДж/см2, а яркость всегда составляла 200 мкВт/см2. Длина волны света от 265 до 280 нм разрушает генетическую информацию, тем самым останавливая распространение вируса или предотвращая его заражение других клеток.
Искусственный источник УФ
Ртутные-источники излучения уже давно используются для получения УФ-излучения, например, газ с использованием ртутных{-(Hg) ламп низкого-и среднего{2}}давления, которые излучают свет в диапазоне от 185 до 405 нм с помощью газоразрядного УФ-излучения. Тлеющий разряд также можно использовать для генерации ультрафиолетового света в спектральном диапазоне от 185 до 405 нм с помощью ультрафиолетовых ламп с холодным катодом (УФ{8}}CCL или УФ-ламп).
УФ-светодиоды излучают УФ-лучи в спектральном диапазоне от 227 до 405 нм посредством электролюминесценции. Когда используются светодиоды UVC, длина волны особенно короткая (между 260 и 270 нм), чтобы обеспечить самый сильный бактерицидный эффект. Рисунок 1 иллюстрирует пример Cryptosporidium, паразита, который особенно восприимчив к передаче через неочищенную питьевую воду. Другие патогены, бактерии и вирусы обладают очень похожими характеристиками.
Светодиоды также обеспечивают превосходный стабильный спектральный выход при определенных температурных условиях с практически неограниченным количеством циклов переключения, что делает их идеальными для мобильных решений, требующих полной светоотдачи без задержки.
Несколько видов оружия
Ультрафиолетовый свет имеет длину волны от 100 до 400 нм и невидим невооруженным глазом. Их частоты делятся на полосы UVA, UVB и UVC, и разные полосы по-разному влияют на организмы.
Светодиоды позволяют нам в значительной степени решить, какую длину волны выбрать. По сравнению с лучами UVB и UVC, светодиоды UVA с длиной волны от 315 до 400 нм имеют более сильное проникновение в диспергированные биологические ткани, такие как кожа человека. Светодиоды UVA можно использовать в таких областях, как стоматология и косметика, например, в студиях загара и маникюрных салонах. В промышленности светодиоды UVA используются для отверждения смол, клеев и красок.
Лучи светодиодов UVB имеют длину волны от 280 до 315 нм и имеют относительно слабое проникновение в диспергированные биологические ткани, но они более рассеяны. Лучи UVB способствуют образованию витамина D в организме, поэтому светодиоды UVB в основном используются в фототерапии и дерматологическом лечении.
Нет защиты от UVC-лучей
Высокоэнергетический-свет от УФ-светодиодов все больше рассеивается в биологических тканях. Эти лучи с длиной волны от 100 до 280 нм не проникают особенно глубоко в ткани, но могут обжечь незащищенную кожу. Поскольку озоновый слой в атмосфере Земли поглощает естественное УФ-излучение солнечного света, ничто на Земле не создало защитного механизма от УФ-излучения, равно как и вирусы и бактерии. Эта уязвимость делает искусственное облучение ультрафиолетовым светом особенно эффективным методом стерилизации и дезинфекции.
Рисунок 1: Cryptosporidium и другие бактерии и вирусы наиболее чувствительны к УФ-излучению светодиодов, поэтому длина волны УФ-светодиодов наиболее эффективна. Источник: Стэнли
Светодиоды UVC на практике
Каждый микроорганизм по-разному реагирует на УФ-излучение, поэтому интенсивность излучения должна быть адаптирована к желаемой скорости исчезновения, которая представляет собой количество убитых микроорганизмов. Интенсивность УФ-излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния, а это означает, что УФ-излучение быстро теряет свою эффективность по мере увеличения расстояния от источника излучения, поэтому объекты, подлежащие стерилизации, должны находиться как можно ближе к эмиттер.
Вирусы, в том числе новый коронавирус, часто передаются по воздуху, поэтому светодиоды UVC рекомендуются для использования в системах кондиционирования воздуха. В дополнение к желаемой скорости угасания необходимо также учитывать воздушный поток и геометрию воздушного потока.
Было показано, что ультрафиолетовый свет с длиной волны 254 нм особенно эффективен для уничтожения микроорганизмов, хотя при прямом воздействии он может нанести вред коже и глазам. С другой стороны, «дальний-ультрафиолетовый свет (от 207 до 222 нм) также может инактивировать большинство переносимых по воздуху патогенов, не повреждая открытые ткани человека.
Дезинфицировать поверхности
Другие вирусы и бактерии также могут распространяться через поверхности, включая грипп, норовирус, ротавирус, стрептококк и сальмонеллу. Если необходимо продезинфицировать большие поверхности, подходящим продуктом Lextar PU35CL1.0 UVC LED будет мощность 2–4 мВт и 20 мА; его также можно использовать для пастеризации напитков, упаковки антибактериальных продуктов и дезинфекции зубных щеток.
Для небольших установок компания Bolb представляет компактные УФ-светодиоды средней{{0}}мощности S3535-DR100-W272-P40 размером 3,5 x 3,5 x 0,9 мм3. При потребляемой мощности постоянного тока 40 мВт и токе всего 100 мА он отличается самым низким энергопотреблением и наименьшим тепловыделением в мире.
В сегменте высокой мощности компания Bolb представила светодиод S6060-DR250-W272-P100 UVC, самый мощный компонент с потребляемой мощностью постоянного тока 100 мВт при 250 мА.
УФ-светодиоды Bolb особенно подходят для обработки питьевой воды и дезинфекции воды в плавательных бассейнах или жилых автофургонах, а также для применений, требующих более строгих требований к интенсивности излучения (Вт/м2), таких как промышленные системы фильтрации, очистители воздуха, медицинские дезинфекционные боксы и пылесосы.
Рис. 2. Высокая мощность - Светодиоды Bolb High Power UVC имеют потребляемую мощность 100 мВт при токе 250 мА (с монтажом и без него).
Критерии выбора УФ-светодиодов
Ключевым критерием выбора УФ-светодиодов является угол луча, который требуется в некоторых случаях. Светодиоды Bolb UVC имеют угол луча 150 градусов и при необходимости могут быть дополнительно сфокусированы с помощью линз Ledil. Поскольку это уменьшает облучаемую поверхность, это также увеличивает энергию излучения на квадратный метр, а это означает, что требуется меньше времени воздействия при подаче той же выходной мощности. Различные УФ-линзы с совместимым стеклом позволяют легко регулировать мощность излучения для различных целей. Для УФ-линз Ledil использует специальный сорт силикона, который специально совместим с длинами волн УФ-излучения, а также алюминиевые зеркала с высокой отражательной способностью для всех длин волн УФ-излучения, особенно для дезинфекции.
Другие критерии выбора УФ-светодиодов включают национальные стандарты УФ-излучения, отражательную способность различных материалов (рис. 3), управление температурным режимом, драйверы, энергопотребление и закон обратных квадратов, которые определяют, как уменьшается интенсивность луча по мере удаления от источника.
Рисунок 3: Различные материалы имеют разные уровни отражения УФ-излучения, которые необходимо учитывать на этапе проектирования.
Поверхностные излучатели Bolb Blazar соответствуют многим из этих критериев. Этот УФ-модуль имеет 25 светодиодов (5×5) и отражатель под углом 55 градусов, что обеспечивает эффективную выходную мощность 2 Вт при потребляемой мощности всего 1,25 А.
В настоящее время разрабатывается мульти-ультрафиолетовый светодиод. В них используются чипы с двойной-длиной волны, которые излучают несколько длин волн УФ-излучения, например УФ-А и УФ-С, что делает их универсальным оружием против вирусов, бактерий и других патогенов.
