Dood ziektekiemen met UVC-leds!
De menselijke strijd tegen virussen is al lang aan de gang. Chemische desinfectiemiddelen zijn alleen beperkt in hun vermogen om te doden omdat micro-organismen, zoals virussen en bacteriën, resistentie kunnen ontwikkelen. Ultraviolet (UV) licht is een effectievere methode om water, lucht en oppervlakken te desinfecteren en te steriliseren, waardoor het een effectiever wapen is tegen het coronavirus.
Om de beschermende kleding van medisch personeel in het Wuhan Huoshenshan Hospital te desinfecteren om verspreiding van het nieuwe coronavirus naar buiten te voorkomen, is ter plaatse een desinfectietent met UVC-leds gebouwd, een gloednieuwe desinfectiemethode. In een ruimte met een oppervlakte van 1,5 mx 0,75 m x 2 m is een meer-laagse kunstvezelmuur geïnstalleerd en zijn de reflecterende oppervlakken van het plafond, de muur en de vloer uitgerust met UVC-stralers van de Amerikaanse leverancier Bolb. Tijdens het 30 seconden durende desinfectieproces doseerde de UVC LED op 6mJ/cm2 en was de helderheid altijd 200μW/cm2. De 265 tot 280 nm golflengte van licht vernietigt genetische informatie, waardoor de verspreiding van het virus wordt afgesneden of wordt voorkomen dat het andere cellen infecteert.
Kunstmatige UV-bron
Op kwik-gebaseerde stralingsbronnen worden al lang gebruikt om UV-licht te genereren, zoals gas met behulp van lage-druk- en midden-drukkwiklampen-damplampen (Hg), die produceren licht in het 185 tot 405 nm spectrum door gasontlading UV-licht. Gloeiontlading kan ook worden gebruikt om ultraviolet licht in het spectrale bereik van 185 tot 405 nm te genereren door middel van ultraviolette koude kathodebuizen (UV-CCL of UV-lampen).
UV-LED's zenden via elektroluminescentie UV-stralen uit in het spectrale bereik van 227 tot 405 nm. Wanneer UVC-LED's worden gebruikt, zijn de golflengten bijzonder kort (tussen 260 en 270 nm) om het sterkste kiemdodende effect te bieden. Figuur 1 illustreert het voorbeeld van Cryptosporidium, een parasiet die bijzonder gevoelig is voor overdracht in ongezuiverd drinkwater. Andere pathogenen, bacteriën en virussen vertonen zeer vergelijkbare kenmerken.
LED's bieden ook een uitstekende stabiele spectrale output onder specifieke temperatuuromstandigheden met een vrijwel onbeperkt aantal schakelcycli, waardoor ze ideaal zijn voor mobiele oplossingen die een volledige lichtopbrengst zonder vertraging vereisen.
meerdere wapens
Ultraviolet licht heeft een golflengtebereik van 100 tot 400 nm en is onzichtbaar voor het blote oog. Hun frequenties zijn onderverdeeld in UVA-, UVB- en UVC-banden, en verschillende banden hebben verschillende effecten op organismen.
Met LED's kunnen we vrijwel beslissen welke golflengte we moeten kiezen. Vergeleken met UVB- en UVC-stralen, hebben UVA-LED's met golflengten van 315 tot 400 nm een sterkere penetratie in verspreide biologische weefsels zoals de menselijke huid. UVA-LED's kunnen worden gebruikt in gebieden zoals tandheelkunde en cosmetica, zoals zonnestudio's en nagelstudio's. In de industrie worden UVA-leds gebruikt om harsen, lijmen en verven uit te harden.
UVB LED-stralen hebben golflengten van 280 tot 315 nm en hebben een relatief zwakke penetratie van verspreid biologisch weefsel, maar ze zijn meer diffuus. UVB-stralen bevorderen de vorming van vitamine D in het lichaam, daarom worden UVB-leds vooral gebruikt bij fototherapie en dermatologische behandelingen.
Geen bescherming tegen UVC-stralen
Hoog-energetisch licht van UVC-LED's wordt steeds meer verspreid in biologisch weefsel. Deze stralen, met een golflengte van 100 tot 280 nm, dringen niet bijzonder diep door in het weefsel, maar kunnen de onbeschermde huid verbranden. Aangezien de ozonlaag in de atmosfeer van de aarde de natuurlijke UVC-straling van zonlicht absorbeert, heeft niets op aarde een verdedigingsmechanisme tegen UVC-stralen opgebouwd, net als virussen en bacteriën. Deze kwetsbaarheid maakt kunstmatige UVC-bestraling tot een bijzonder effectieve methode van sterilisatie en desinfectie.
Figuur 1: Cryptosporidium en andere bacteriën en virussen zijn het meest gevoelig voor UVC-LED-stralen, dus de golflengten van UVC-LED's zijn het meest effectief. Bron: Stanley
UVC-leds in de praktijk
Elk micro-organisme reageert anders op UVC-straling, daarom moet de intensiteit van de straling worden aangepast aan de gewenste mate van uitsterven, dat wil zeggen het aantal micro-organismen dat wordt gedood. De intensiteit van UV-straling is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand, wat betekent dat UV-straling snel zijn effectiviteit verliest naarmate de afstand tot de stralingsbron groter wordt. Daarom moeten objecten die moeten worden gesteriliseerd zo dicht mogelijk bij de emitter.
Virussen, waaronder het nieuwe coronavirus, zijn vaak in de lucht, daarom worden UVC-leds aanbevolen voor gebruik in airconditioningsystemen. Naast de gewenste uitdovingssnelheid moet ook rekening worden gehouden met de luchtstroom en de luchtstroomgeometrie.
Van ultraviolet licht met een golflengte van 254 nm is aangetoond dat het bijzonder effectief is in het doden van micro-organismen, hoewel het bij direct gebruik schadelijk kan zijn voor de huid en ogen. Aan de andere kant kan "ver-ultraviolet" licht (207 tot 222 nm) ook de meeste ziekteverwekkers in de lucht inactiveren zonder blootgesteld menselijk weefsel te beschadigen.
Desinfecteer oppervlakken
Andere virussen en bacteriën kunnen zich ook via oppervlakken verspreiden, waaronder griep, norovirus, rotavirus, streptokokken en salmonella. Als grotere oppervlakken moeten worden gereinigd, zou Lextar's laagvermogen PU35CL1.0 UVC LED een geschikt product zijn met een output van 2-4mW en 20mA; het kan ook worden gebruikt voor het pasteuriseren van dranken, voor het verpakken van antibacteriële voedingsmiddelen en het ontsmetten van tandenborstels.
Voor kleinere installaties introduceert Bolb de compacte mid{{0}}power S3535-DR100-W272-P40 UVC-leds met afmetingen van 3,5 x 3,5 x 0,9 mm3. Met een gelijkstroomverbruik van 40 mW en een stroomsterkte van slechts 100 mA onderscheidt hij zich met het laagste stroomverbruik en de laagste warmteafgifte ter wereld.
In het high power segment introduceerde Bolb de S6060-DR250-W272-P100 UVC LED, het krachtigste onderdeel met een gelijkstroomverbruik van 100mW bij 250mA.
De UVC-leds van Bolb zijn met name geschikt voor drinkwaterbehandeling en waterdesinfectie in zwembaden of campers, maar ook voor toepassingen met strengere eisen aan de stralingsintensiteit (W/m2), zoals industriële filtersystemen, luchtreinigers, medische desinfectiekasten en stofzuigers.
Afbeelding 2: High Output - Bolb's High Power UVC LED's hebben een stroomverbruik van 100mW bij 250mA (met en zonder montage)
Selectiecriteria voor UV-LED's
Een belangrijk selectiecriterium voor UV-LED's is de stralingshoek, die in sommige toepassingen vereist is. Bolb's UVC LED's hebben een stralingshoek van 150 graden en kunnen indien nodig verder worden gefocust met Ledil's lenzen. Doordat hierdoor het te bestralen oppervlak wordt verkleind, neemt ook de stralingsenergie per vierkante meter toe, waardoor bij dezelfde energie-output minder belichtingstijd nodig is. Verschillende UV-lenzen met compatibel glas maken een eenvoudige aanpassing van de stralingsoutput voor verschillende doeleinden mogelijk. Voor de UV-lenzen gebruikt Ledil een speciale kwaliteit siliconen die specifiek compatibel is met UVC-golflengten, evenals aluminium spiegels met een hoge reflectiviteit voor alle UV-golflengten, vooral voor desinfectietoepassingen.
Andere selectiecriteria voor UV-LED's zijn onder meer nationale UV-normen, reflectiviteit van verschillende materialen (Figuur 3), thermisch beheer, stuurprogramma's, stroomverbruik en de omgekeerde kwadratenwet, die bepalen hoe de straalintensiteit afneemt naarmate deze zich van de bron verwijdert.
Afbeelding 3: Verschillende materialen hebben verschillende niveaus van UV-reflectie waarmee rekening moet worden gehouden tijdens de ontwerpfase.
Bolb's Blazar-oppervlaktestralers voldoen aan veel van deze criteria. Deze UVC-module heeft 25 LED's (5×5) en een reflector van 55 graden om een effectieve output van 2 W te bereiken terwijl het stroomverbruik slechts 1,25 A is.
Ontwikkelt momenteel Multi-UV LED-producten. Ze gebruiken dual-golflengtechips die meerdere UV-golflengten leveren, zoals UVA en UVC, waardoor ze een veelzijdig wapen zijn tegen virussen, bacteriën en andere ziekteverwekkers.
