感染

紫外线LED高效地清除物体表面上以及可能消除空气和水中的冠状病毒

作者:佚名 来源:生物谷 日期:2020-04-21
导读

         新型冠状病毒SARS-CoV-2(之前称为2019-nCoV)导致2019年冠状病毒病(COVID-19),如今正在全球肆虐。全世界都特别关注寻找与这种新型冠状病毒作斗争的方法。这其中包括美国加州大学圣巴巴拉分校固态照明与能源电子中心(SSLEEC)和成员公司。那里的研究人员正在开发紫外线发光二极管(LED)以便能够去除物体表面---潜在的空气和水---因接触SARS-CoV-2而受到的污染。

关键字:  紫外线 | LED | 空气 | 水 | 冠状病毒 

        新型冠状病毒SARS-CoV-2(之前称为2019-nCoV)导致2019年冠状病毒病(COVID-19),如今正在全球肆虐。全世界都特别关注寻找与这种新型冠状病毒作斗争的方法。这其中包括美国加州大学圣巴巴拉分校固态照明与能源电子中心(SSLEEC)和成员公司。那里的研究人员正在开发紫外线发光二极管(LED)以便能够去除物体表面---潜在的空气---因接触SARS-CoV-2而受到的污染。

        加州大学圣巴巴拉分校材料博士研究员Christian Zollner说,“一种主要应用是在医疗领域---对HVAC系统内的个人防护设备、表面和地板等进行消毒。”他的工作重点是推进用于公共卫生和净化的深紫外线LED技术。他补充说,在医疗领域,UV-C消毒产品的市场已经很小。

        确实,人们开始关注紫外线对这种新型冠状病毒的灭活作用。作为一项技术,紫外线消毒已经存在了一段时间。尽管具有实用性,但尚未显示出大规模阻止SARS-CoV-2传播的效果。紫外线具有很多前景:SSLEEC成员公司首尔半导体公司在4月初报告,他们的紫外线LED产品“在30秒内对SARS-CoV-2进行99.9%的消毒处理”。他们的技术目前正被应用于汽车中,用于紫外线LED灯中对未使用的车辆内部进行消毒。

        值得注意的是,并不是所有的紫外线波长都是一样的。紫外线A(UV-A)和紫外线B(UV-B)具有重要的用途,在地球上它们大多是从太阳光线中获得的,但是紫外线C(UV-C)较为罕见,是用于净化空气和水以及灭活微生物的首选紫外线。UV-C只能通过人工过程产生。

        Zollner说,“与当前消毒技术最相关的260~285nm范围内的UV-C也对人体皮肤有害,因此,它目前主要用于在没人的环境中进行消毒。”实际上,世界卫生组织(WHO)警告不要使用紫外线消毒灯对手或皮肤的其他区域进行消毒,即使短暂暴露于UV-C光线也可能导致灼伤和眼睛伤害。

        在COVID-19疫情在全球爆发之前,来自SSLEEC的材料科学家们已在研究UV-C LED技术。电磁频谱的这一领域是固态照明的一个相对较新的前沿领域。Zollner认为,UV-C通常是通过汞蒸气灯产生的,“要使得UV LED在效率、成本、可靠性和使用寿命方面发挥它的潜力,还需要许多技术进步。”

        在一项新的研究中,来自SSLEEC的研究人员报告了一种更优雅地制造高品质深紫外线(UV-C)LED的方法,它涉及在碳化硅(SiC)衬底上沉积半导体合金氮化铝镓(AlGaN)膜,这不同于更广泛使用的蓝宝石衬底(sapphire substrate)。相关研究结构近期发表在ACS Photonics期刊上,论文标题为“AlGaN Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes Grown on SiC Substrates”。

        Zollner认为,与使用蓝宝石相比,使用碳化硅作为衬底可以更有效地和更经济地生长出高品质的UV-C半导体材料。他解释说,这是由于这些材料的原子结构匹配得非常紧密。

        他说,“根据一般经验,衬底和半导体膜在结构上(在原子晶体结构方面)彼此越相似,就越容易获得高质量的材料。”质量越好,LED的效率和性能就越好。蓝宝石在结构上是不同的,生产无瑕疵和没有错位的材料通常需要复杂的附加步骤。Zollner说,碳化硅并不是完美的搭配,但无需昂贵的附加步骤就可实现高质量。

        此外,根据Zollner的说法,碳化硅比“理想的”氮化铝衬底便宜得多,从而使得它更易于批量生产。

        当这些研究人员开发他们的UV-C LED技术时,便携式、速效的水消毒是他们考虑的主要应用之一;这种二极管的耐用性、可靠性和小巧的外形将会在世界上那些缺乏清洁水的欠发达地区引发变革。

        COVID-19疫情的出现增加了另一个层面的应用。随着在世界范围内寻找针对这种疾病的疫苗、药物和治愈方法,消毒、去除污染和隔离是我们保护自己的少数武器,这些解决方案将需要在全球范围内推广。Zollner说,除了用于水卫生目的的UV-C之外,UV-C还可以被整合到没有人时开启的系统中。

        他说:“这将为公共、零售、个人和医疗场所的消毒提供一种低成本的便捷的不使用化学药品的方法。”

        但是就目前而言,还需耐心等待,这是因为Zollner和他的同事们正在等待这次流行病的结束。在加州大学圣塔芭芭拉分校,为了尽量减少人与人之间的接触,这方面的研究进展放慢了。

        他说,“一旦在加州大学圣塔芭芭拉分校开展的研究活动恢复,我们的下一步就是继续改进我们的AlGaN/SiC平台,以有望生产出世界上最高效的UV-C发射器。”

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