UVC-sijalke LED

Revija logo rutronik - UVC-sijalke LEDBoj z virusi že dolgo ni bil tako aktualen kot v teh koronskih časih. Kemični postopki razkuževanja imajo zaradi možnega razvoja odpornosti le pogojno učinkovitost proti mikroorganizmom, kot so virusi in bakterije – to pa ne velja za UV-svetlobo. Zato je UV-sevanje učinkovita metoda za razkuževanje in sterilizacijo vode, zraka ter površin. Pri tem so posebno priročne UV-sijalke LED.

 

Smrt klicam!

13 0 172x300 - UVC-sijalke LEDZa razkuževanje zaščitnih oblačil medicinskega osebja v kliniki Huoshenshan v kitajskem mestu Wuhan in s tem preprečevanje širjenja virusa SARS-CoV-2 zunaj klinike so najprej postavili razkuževalni šotor z UVC-sijalkami LED. V prostoru z mehkimi stenami in merami 1,5 x 0,75 x 2 m so odbojne površine stropa, sten ter tal opremili z UVC-sijalkami proizvajalca Bolb iz ZDA. V 30 sekundah neprekinjenega obsevanja zagotavljajo UVC-sijalke LED stalno svetilnost 200 μW/cm2 in s tem dozo sevanja 6 mJ/cm2. Njihova valovna dolžina od 265 do 280 nm uničuje nosilce genetske informacije in tako zagotovi, da se virus ne more več širiti ter okužiti celic.

 

Umetni viri UV-sevanja

Ultravijolično svetlobo smo dolgo proizvajali z živosrebrov viri sevanja, na primer z nizko- in srednjetlačnimi sijalkami na živosrebrne (Hg) hlape. Te s praznjenjem v plinu proizvajajo UV-svetlobo v spektru od 185 do 405 nm. UV-svetlobo lahko poleg tega proizvajamo s hladnimi katodnimi UV-cevmi (UV-CCL ali UV-sijalke) v spektru od 185 do 405 nm, ki delujejo s tlenjem.

UV-sijalke LED oddajajo UV-sevanje v spektru od 227 do 405 nm z elektroluminiscenco. Zlasti pri UVC-sijalkah LED so najbolj intenzivne valovne dolžine tiste, ki imajo najmočnejši razkuževalni učinek, od 260 do 270 nm. Slika 1 kaže na primer kriptosporidije, zajedavce, ki se v glavnem širijo z onesnaženo pitno vodo. Drugi patogeni, kot so bakterije in virusi, imajo zelo podobne značilnosti.

13 1 300x154 - UVC-sijalke LED

Slika 1: Valovne dolžine UVC-sijalk LED imajo največ moči tam, kjer so kriptosporidije – tako kot druge bakterije in virusi – nanje najbolj občutljive. (Vir slike: Stanley)

Sijalke LED prepričajo tudi s stabilnim spektrom moči pri dani temperaturi in skoraj neomejenim številom preklopnih ciklov, zaradi česar so idealne za mobilne rešitve, ki morajo takoj zagotoviti celotno svetlobno moč.

 

Podrobno o različnih orožjih, ki so nam na voljo

UV-sevanje je človeškemu očesu nevidno v celotnem območju valovnih dolžin od 100 do 400 nm. Glede na frekvenčno območje ga delimo na UVA-, UVB- in UVC-sevanje. Te različne vrste sevanja učinkujejo na živa bitja različno.

Tehnologija LED omogoča dokaj prosto izbiranje valovne dolžine. UVA-sijalke LED z valovno dolžino od 315 do 400 nm imajo večjo globino prodiranja v biološka tkiva s sipanjem, kot je človeška koža, v primerjavi z UVB- in UVC-sevanjem. UVA-sijalke LED se uporabljajo v zobozdravstvu in za kozmetiko, na primer za sončenje ali nohte. UVA-sijalke LED se uporabljajo tudi v industriji za strjevanje smol, lepil in lakov.

Z valovno dolžino od 280 do 315 nm ima svetloba UVB-sijalk LED sorazmerno majhno globino prodiranja v biološka tkiva s sipanjem. Se pa močneje sipa. UVB-sevanje spodbuja tvorbo vitamina D v človeškem telesu. UVB-sijalke LED zato najdemo predvsem v medicini za fototerapijo in dermatološka zdravljenja.

 

Brez obrambe pred UVC-sevanjem

Visokoenergijska svetloba UVC-sijalk LED se še močneje sipa v bioloških tkivih. Z valovno dolžino od 100 do 280 nm sevanje ne prodira globoko v tkivo, kljub temu pa lahko opeče nezaščiteno kožo. Noben kopenski organizem ni razvil obrambnih mehanizmov proti UVC-sevanju, saj ozonska plast v zemeljskem ozračju vpije naravno UVC-sevanje iz sončne svetlobe. Enako velja za viruse in bakterije. Zaradi te ranljivosti je obsevanje z umetno UVC-svetlobo še posebej učinkovita metoda za sterilizacijo in razkuževanje.

 

UVC-sijalke LED v praksi

Ker se vsaka klica na UVC-sevanje odziva drugače, mora intenzivnost obsevanja temeljiti na želenem razmerju zmanjšanja oziroma uničenja mikroorganizmov. Jakost UV-sevanja je pri tem obratno sorazmerna kvadratu razdalje. To pomeni: Če se razdalja do vira sevanja poveča, UV-sevanje zelo hitro izgubi svojo učinkovitost. Predmet, ki ga razkužujete, mora biti zato čim bliže viru sevanja.

Virusi, tudi SARS-CoV-2, se pogosto širijo po zraku. To pomeni, da je smiselna uporaba UVC-sijalk LED v sistemih za pripravo zraka oz. v klimatskih napravah. Poleg potrebnega deleža zmanjšanja je treba tukaj upoštevati tudi pretok in geometrijo pretoka zraka.

Za uničevanje klic se je kot posebno učinkovita izkazala UV-svetloba z valovno dolžino 254 nm. Vendar pa lahko pri neposredni uporabi predstavlja nevarnost za zdravje kože in oči. Drugače je z globoko UVC-svetlobo (od 207 do 222 nm), ki prav tako dokaj zanesljivo uničuje patogene v zraku, vendar pa ne poškoduje izpostavljenega človeškega tkiva.

 

Razkuževanje površin

Drugi virusi in bakterije se prenašajo po površinah, taki so na primer virusi gripe, norovirusi, rotavirusi, streptokoki ter salmonela. Za sterilizacijo večjih površin so primerne na primer UVC-sijalke LED nizke moči PU35CL1.0 podjetja Lextar z močjo od 2 do 4 mW in porabo 20 mA. Poleg tega se uporabljajo tudi za pasteriziranje pijač, protimikrobno pakiranje živil in razkuževanje zobnih ščetk.

 Za vgradnjo v majhnih prostorih je podjetje Bolb predstavilo kompaktno UVC-sijalko LED srednje moči S3535-DR100-W272-P40 velikosti 3,5 x 3,5 x 0,9 mm. Njena optična moč 40 mW pri samo 100 mA enosmernega toka pomeni, da ima najnižjo porabo energije na svetu in se s tem tudi najmanj segreva.

V segmentu velikih moči ponuja podjetje Bolb UVC-sijalko LED S6060-DR250-W272-P100 najmočnejšo komponento z optično močjo 100 mW pri 250 mA.

UVC-sijalke iz podjetja Bolb so še posebej primerne za pripravo pitne vode oziroma razkuževanje vode, na primer v bazenih ali mobilnih hišicah, pa tudi za načine uporabe z višjimi zahtevami za jakost obsevanja (W/m2), na primer v industrijskih filtrirnih sistemih, razkuževalnikih zraka, medicinskih razkuževalnikih in sesalnikih.

 

Merila pri izbiranju UV-sijalk LED

Pomembno merilo pri izbiranju UV-sijalk LED je njihov odpiralni kot, odvisno od načina uporabe so potrebni različni sevalni koti. UVC-sijalke LED iz podjetja Bolb imajo odpiralni kot 150°, ki ga lahko po potrebi spremenimo z lečami Ledil. Ker se s tem zmanjša obsevana površina, se poveča jakost obsevanja na kvadratni meter; potreben čas izpostavljenosti se pri enaki moči skrajša. Z različnimi UV-lečami z združljivimi objektivi je tako mogoče jakost svetlobe preprosto prilagoditi za različne namene. V podjetju Ledil za svoje UV-leče uporabljajo posebno kakovost silikona, ki še posebej dobro prenaša valovne dolžine UVC in aluminijaste odsevnike, ki imajo odlično odbojnost pri vseh valovnih dolžinah UV ter so zato posebno primerni za razkuževanje.

Druga merila za izbiro UV-sijalk LED so posebni UV-standardi v posameznih državah, njihova odbojnost na različnih materialih (slika 3), obvladovanje toplote, gonilniki, poraba energije in zakon o razdalji ali oddaljenosti, ki opisuje, koliko se jakost sevanja zmanjša z naraščanjem oddaljenosti od vira svetlobe.

13 3 300x194 - UVC-sijalke LED

Slika 3: Vsak material drugače odbija UV-sevanje. To je treba upoštevati pri načrtovanju

Številne od teh meril izpolnjuje površinska svetilka Blazar iz podjetja Bolb. UVC-enota s 25 sijalkami LED (5 x 5) in odbojnikom za kot 55° dosega efektivno moč 2 W s porabo le 1,25 A.

 V razvoju so tudi UV-sijalke za več valovnih dolžin hkrati. Pri izvedbah z dvojno valovno dolžino je na primer pokrito UVA- in UVC-sevanje. To pomeni, da je to skoraj popolnoma vsestransko orožje v boju proti virusom, bakterijam in drugim patogenom.

 

Usmerjen boj proti patogenom

UVC-sijalke LED so bile prvotno zasnovane za učinkovanje proti klicam, odpornim proti zdravilom, kot je proti meticilinu odporen stafilokok (MRSA). Trenutno poteka preizkušanje, v kolikšni meri so UVC-sijalke LED primerne za boj proti virusom. Virusi se lahko reproducirajo samo v gostitelju. Celico napadejo tako, da jo »preprogramirajo« z lastno ribonukleinsko kislino (RNK). Zato proizvaja nove viruse, ki okužijo druge celice, pri tem pa se sama uniči. Visokoenergijsko kratkovalovno UVC-sevanje vpija RNK virusa. Genetske informacije se pri tem uničijo. Posledično se virus ne more več širiti in ne more okužiti drugih celic. ]

 

Avtor: Alain Bruno Kamwa, vodja prodaje izdelkov za optoelektroniko pri podjetju Rutronik