قتل الجراثيم مع المصابيح UVC!
النضال البشري ضد الفيروسات مستمر منذ فترة طويلة. المطهرات الكيميائية محدودة فقط في قدرتها على القتل لأن الكائنات الحية الدقيقة ، مثل الفيروسات والبكتيريا ، يمكن أن تطور مقاومة. الأشعة فوق البنفسجية (UV) هي طريقة أكثر فعالية لتطهير وتعقيم المياه والهواء والأسطح ، مما يجعلها سلاحا أكثر فعالية ضد فيروس كورونا.
من أجل تطهير الملابس الواقية للطاقم الطبي في مستشفى ووهان هوشنشان لمنع انتشار فيروس كورونا الجديد إلى الخارج ، تم بناء خيمة تطهير مزودة بمصابيح LED UVC محليا ، وهي طريقة تطهير جديدة تماما. في غرفة بمساحة 1.5 م × 0.75 م × 2 م ، يتم تثبيت جدار من الألياف الاصطناعية متعدد الطبقات ، وتم تجهيز الأسطح العاكسة للسقف والجدار والأرضية ببواعث UVC من المورد الأمريكي Bolb. خلال عملية التطهير التي تستغرق 30 ثانية ، تم إعطاء جرعة UVC LED عند 6mJ / cm2 وكان السطوع دائما 200μW / cm2. يدمر الطول الموجي للضوء 265 إلى 280 نانومتر المعلومات الجينية ، وبالتالي يقطع انتشار الفيروس أو يمنعه من إصابة الخلايا الأخرى.
مصدر الأشعة فوق البنفسجية الاصطناعية
وتستخدم مصادر الإشعاع القائمة على الزئبق منذ فترة طويلة لتوليد ضوء الأشعة فوق البنفسجية، مثل الغاز الذي يستخدم مصابيح بخار الزئبق ذات الضغط المنخفض والمتوسط الضغط، التي تنتج ضوءا في الطيف الذي يتراوح بين 185 و405 نانومتر عن طريق تفريغ الغاز من الأشعة فوق البنفسجية. يمكن أيضا استخدام تفريغ التوهج لتوليد ضوء فوق بنفسجي في النطاق الطيفي من 185 إلى 405 نانومتر عن طريق أنابيب الكاثود الباردة فوق البنفسجية (مصابيح UV-CCL أو UV).
تنبعث مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية من الأشعة فوق البنفسجية في النطاق الطيفي من 227 إلى 405 نانومتر من خلال التلألؤ الكهربائي. عند استخدام مصابيح UVC LED ، تكون الأطوال الموجية قصيرة بشكل خاص (بين 260 و 270 نانومتر) لتوفير أقوى تأثير مبيد للجراثيم. يوضح الشكل 1 مثال Cryptosporidium ، وهو طفيلي عرضة بشكل خاص للانتقال في مياه الشرب غير النقية. تظهر مسببات الأمراض الأخرى والبكتيريا والفيروسات خصائص متشابهة للغاية.
توفر مصابيح LED أيضا مخرجات طيفية مستقرة ممتازة في ظل ظروف درجة حرارة محددة مع عدد غير محدود تقريبا من دورات التبديل ، مما يجعلها مثالية للحلول المحمولة التي تتطلب إخراج الضوء بالكامل دون تأخير.
أسلحة متعددة
يبلغ مدى الطول الموجي للضوء فوق البنفسجي من 100 إلى 400 نانومتر وهو غير مرئي للعين المجردة. تنقسم تردداتها إلى نطاقات UVA و UVB و UVC ، ولها تأثيرات مختلفة على الكائنات الحية.
تسمح لنا مصابيح LED بتحديد الطول الموجي الذي نختاره إلى حد كبير. بالمقارنة مع الأشعة فوق البنفسجية UVB و UVC ، فإن مصابيح UVA LED ذات الأطوال الموجية من 315 إلى 400nm لها اختراق أقوى في الأنسجة البيولوجية المشتتة مثل جلد الإنسان. يمكن استخدام مصابيح UVA LED في مجالات مثل طب الأسنان ومستحضرات التجميل ، مثل استوديوهات الدباغة واستوديوهات الأظافر. في الصناعة ، يتم استخدام مصابيح UVA LED لعلاج الراتنجات والمواد اللاصقة والدهانات.
الأشعة فوق البنفسجية ب LED لها أطوال موجية من 280 إلى 315 نانومتر ولها اختراق ضعيف نسبيا للأنسجة البيولوجية المشتتة ، لكنها أكثر انتشارا. الأشعة فوق البنفسجية ب تعزز تكوين فيتامين (د) في الجسم ، وهذا هو السبب في أن مصابيح UVB LED تستخدم بشكل رئيسي في العلاج الضوئي والعلاجات الجلدية.
لا حماية ضد الأشعة فوق البنفسجية UVC
ينتشر الضوء عالي الطاقة من مصابيح UVC LED بشكل متزايد في الأنسجة البيولوجية. هذه الأشعة ، التي لها أطوال موجية تتراوح من 100 إلى 280 نانومتر ، لا تخترق الأنسجة بعمق خاص ، ولكنها يمكن أن تحرق الجلد غير المحمي. نظرا لأن طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض تمتص أشعة الشمس فوق البنفسجية الطبيعية ، فلا شيء على الأرض قد بنى آلية دفاعية ضد الأشعة فوق البنفسجية UVC ، ولا الفيروسات والبكتيريا. هذا الضعف يجعل تشعيع ضوء UVC الاصطناعي طريقة فعالة بشكل خاص للتعقيم والتطهير.
الشكل 1: الكريبتوسبوريديوم والبكتيريا والفيروسات الأخرى هي الأكثر حساسية لأشعة UVC LED ، وبالتالي فإن الأطوال الموجية لمصابيح UVC LED هي الأكثر فعالية. المصدر: ستانلي
مصابيح UVC LED في الممارسة العملية
تستجيب كل كائن حي دقيق بشكل مختلف لأشعة UVC ، ولهذا السبب يجب تكييف شدة الإشعاع مع معدل الانقراض المطلوب ، وهو عدد الكائنات الحية الدقيقة التي قتلت. تتناسب شدة الأشعة فوق البنفسجية عكسيا مع مربع المسافة ، مما يعني أن الأشعة فوق البنفسجية تفقد فعاليتها بسرعة مع زيادة المسافة من مصدر الإشعاع ، وهذا هو السبب في أن الأشياء التي تحتاج إلى تعقيم يجب أن تكون أقرب ما يمكن إلى الباعث.
غالبا ما تكون الفيروسات ، بما في ذلك فيروس كورونا الجديد ، محمولة جوا ، لذلك يوصى باستخدام مصابيح LED UVC للاستخدام في أنظمة تكييف الهواء. بالإضافة إلى معدل الانقراض المطلوب ، يجب أيضا مراعاة تدفق الهواء وهندسة تدفق الهواء.
وقد ثبت أن الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي 254nm فعالة بشكل خاص في قتل الكائنات الحية الدقيقة ، على الرغم من أنها يمكن أن تكون ضارة بالجلد والعينين عند تطبيقها مباشرة. من ناحية أخرى ، يمكن للضوء "فوق البنفسجي البعيد" (207 إلى 222 نانومتر) أيضا تعطيل معظم مسببات الأمراض المحمولة جوا على نطاق واسع دون الإضرار بالأنسجة البشرية المكشوفة.
تطهير الأسطح
يمكن أن تنتشر الفيروسات والبكتيريا الأخرى أيضا عبر الأسطح ، بما في ذلك الأنفلونزا والنوروفيروس وفيروس الروتا والمكورات العقدية والسالمونيلا. إذا كان سيتم تطهير الأسطح الأكبر حجما ، فإن مصباح PU35CL1.0 UVC LED منخفض الطاقة من Lextar سيكون منتجا مناسبا بخرج 2-4mW و 20mA ؛ ويمكن أيضا أن تستخدم لبسترة المشروبات، لتغليف المواد الغذائية المضادة للبكتيريا، وتعقيم فرشاة الأسنان.
بالنسبة للتركيبات الأصغر حجما، تقدم Bolb مصابيح LED صغيرة الحجم متوسطة الطاقة S3535-DR100-W272-P40 UVC بقياس 3.5 × 3.5 × 0.9 مم3. مع استهلاك طاقة DC يبلغ 40mW وتيار يبلغ 100mA فقط ، فإنه يبرز بأقل استهلاك للطاقة وأقل إنتاج للحرارة في العالم.
في قطاع الطاقة العالية ، قدم Bolb S6060-DR250-W272-P100 UVC LED ، وهو أقوى مكون مع استهلاك طاقة DC يبلغ 100mW عند 250mA.
تعد مصابيح UVC LED من Bolb مناسبة بشكل خاص لمعالجة مياه الشرب وتطهير المياه في حمامات السباحة أو RVs ، بالإضافة إلى التطبيقات التي تنطوي على متطلبات أكثر صرامة لشدة الإشعاع (W / m2) ، مثل أنظمة الترشيح الصناعية وأجهزة تنقية الهواء وصناديق التطهير الطبي والمكنسة الكهربائية.
الشكل 2: خرج مرتفع - تتمتع مصابيح LED UVC عالية الطاقة من Bolb باستهلاك طاقة يبلغ 100 ميجاوات عند 250 مللي أمبير (مع وبدون تركيب)
معايير اختيار مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية
معيار الاختيار الرئيسي لمصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية هو زاوية الشعاع ، وهو أمر مطلوب في بعض التطبيقات. تتميز مصابيح UVC LED من Bolb بزاوية شعاع تبلغ 150 درجة ويمكن التركيز عليها بشكل أكبر باستخدام عدسات Ledil حسب الحاجة. نظرا لأن هذا يقلل من تشعيع السطح ، فإنه يزيد أيضا من الطاقة المشعة لكل متر مربع ، مما يعني أن هناك حاجة إلى وقت تعرض أقل عند تطبيق نفس إنتاج الطاقة. تتيح عدسات الأشعة فوق البنفسجية المختلفة المزودة بزجاج متوافق سهولة ضبط خرج الإشعاع لأغراض مختلفة. بالنسبة لعدسات الأشعة فوق البنفسجية، تستخدم Ledil درجة خاصة من السيليكون متوافقة بشكل خاص مع الأطوال الموجية UVC، بالإضافة إلى مرايا الألومنيوم ذات الانعكاسية العالية لجميع الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية، خاصة لتطبيقات التطهير.
تشمل معايير الاختيار الأخرى لمصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية المعايير الوطنية للأشعة فوق البنفسجية ، وانعكاسية المواد المختلفة (الشكل 3) ، والإدارة الحرارية ، والسائقين ، واستهلاك الطاقة ، وقانون التربيع العكسي ، الذي يحدد كيفية تناقص شدة الشعاع أثناء ابتعاده عن المصدر.
الشكل 3: المواد المختلفة لها مستويات مختلفة من انعكاس الأشعة فوق البنفسجية التي يجب مراعاتها خلال مرحلة التصميم.
تفي بواعث سطح Bolb's Blazar بالعديد من هذه المعايير. تحتوي وحدة UVC هذه على 25 مصباح LED (5×5) وعاكس 55 درجة لتحقيق إخراج فعال بقدرة 2 واط بينما يبلغ استهلاك الطاقة 1.25 أمبير فقط.
تقوم حاليا بتطوير منتجات LED متعددة الأشعة فوق البنفسجية. يستخدمون رقائق مزدوجة الطول الموجي توفر أطوال موجية متعددة للأشعة فوق البنفسجية ، مثل UVA و UVC ، مما يجعلها سلاحا متعدد الاستخدامات ضد الفيروسات والبكتيريا ومسببات الأمراض الأخرى.
