Uccidi i germi con i LED UVC!
La lotta umana contro i virus va avanti da molto tempo. I disinfettanti chimici sono limitati nella loro capacità di uccidere perché i microrganismi, come virus e batteri, possono sviluppare resistenza. La luce ultravioletta (UV) è un metodo più efficace per disinfettare e sterilizzare acqua, aria e superfici, rendendolo un'arma più efficace contro il coronavirus.
Al fine di disinfettare gli indumenti protettivi del personale medico dell'ospedale Huoshenshan di Wuhan per prevenire la diffusione del nuovo coronavirus all'esterno, è stata costruita localmente una tenda di disinfezione con LED UVC, che è un metodo di disinfezione nuovo di zecca. In una stanza con una superficie di 1,5 m x 0,75 m x 2 m, viene installata una parete in fibra sintetica multistrato e le superfici riflettenti del soffitto, della parete e del pavimento sono dotate di emettitori UVC del fornitore americano Bolb. Durante il processo di disinfezione di 30 secondi, il LED UVC ha dosato a 6mJ/cm2 e la luminosità era sempre di 200μW/cm2. La lunghezza d'onda della luce da 265 a 280 nm distrugge l'informazione genetica, interrompendo così la diffusione del virus o impedendogli di infettare altre cellule.
Sorgente UV artificiale
Le sorgenti di radiazioni a base di mercurio sono state a lungo utilizzate per generare luce UV, come il gas utilizzando lampade a vapori di mercurio (Hg) a bassa e media pressione, che producono luce nello spettro da 185 a 405 nm mediante luce UV a scarica di gas. La scarica a bagliore può anche essere utilizzata per generare luce ultravioletta nell'intervallo spettrale da 185 a 405 nm per mezzo di tubi catodici freddi ultravioletti (lampade UV-CCL o UV).
I LED UV emettono raggi UV nell'intervallo spettrale da 227 a 405 nm attraverso l'elettroluminescenza. Quando si utilizzano LED UVC, le lunghezze d'onda sono particolarmente corte (tra 260 e 270 nm) per fornire il più forte effetto germicida. La Figura 1 illustra l'esempio di Cryptosporidium, un parassita particolarmente suscettibile alla trasmissione in acqua potabile non purificata. Altri agenti patogeni, batteri e virus presentano caratteristiche molto simili.
I LED forniscono inoltre un'eccellente uscita spettrale stabile in condizioni di temperatura specifiche con un numero praticamente illimitato di cicli di commutazione, rendendoli ideali per soluzioni mobili che richiedono un'emissione luminosa completa senza indugio.
Armi multiple
La luce ultravioletta ha una gamma di lunghezze d'onda da 100 a 400 nm ed è invisibile ad occhio nudo. Le loro frequenze sono divise in bande UVA, UVB e UVC e bande diverse hanno effetti diversi sugli organismi.
I LED ci permettono di decidere praticamente quale lunghezza d'onda scegliere. Rispetto ai raggi UVB e UVC, i LED UVA con lunghezze d'onda da 315 a 400 nm hanno una penetrazione più forte nei tessuti biologici dispersi come la pelle umana. I LED UVA possono essere utilizzati in settori come l'odontoiatria e la cosmesi, come gli studi di abbronzatura e gli studi di unghie. Nell'industria, i LED UVA vengono utilizzati per polimerizzare resine, adesivi e vernici.
I raggi LED UVB hanno lunghezze d'onda da 280 a 315 nm e hanno una penetrazione relativamente debole del tessuto biologico disperso, ma sono più diffusi. I raggi UVB promuovono la formazione di vitamina D nel corpo, motivo per cui i LED UVB sono utilizzati principalmente in fototerapia e trattamenti dermatologici.
Nessuna protezione contro i raggi UVC
La luce ad alta energia dei LED UVC è sempre più dispersa nei tessuti biologici. Questi raggi, che hanno lunghezze d'onda da 100 a 280 nm, non penetrano particolarmente profondamente nei tessuti, ma possono bruciare la pelle non protetta. Poiché lo strato di ozono nell'atmosfera terrestre assorbe la radiazione UVC naturale della luce solare, nulla sulla Terra ha costruito un meccanismo di difesa contro i raggi UVC, né virus e batteri. Questa vulnerabilità rende l'irradiazione artificiale con luce UVC un metodo particolarmente efficace di sterilizzazione e disinfezione.
Figura 1: Cryptosporidium e altri batteri e virus sono più sensibili ai raggi LED UVC, quindi le lunghezze d'onda dei LED UVC sono più efficaci. Fonte: Stanley
LED UVC in pratica
Ogni microrganismo risponde in modo diverso alle radiazioni UVC, motivo per cui l'intensità della radiazione dovrebbe essere adattata al tasso di estinzione desiderato, che è il numero di microrganismi uccisi. L'intensità della radiazione UV è inversamente proporzionale al quadrato della distanza, il che significa che la radiazione UV perde rapidamente la sua efficacia all'aumentare della distanza dalla sorgente di radiazioni, motivo per cui gli oggetti che devono essere sterilizzati dovrebbero essere il più vicino possibile all'emettitore.
I virus, incluso il nuovo coronavirus, sono spesso dispersi nell'aria, quindi i LED UVC sono raccomandati per l'uso nei sistemi di condizionamento dell'aria. Oltre al tasso di estinzione desiderato, devono essere considerati anche il flusso d'aria e la geometria del flusso d'aria.
La luce ultravioletta con una lunghezza d'onda di 254 nm ha dimostrato di essere particolarmente efficace nell'uccidere i microrganismi, sebbene possa essere dannosa per la pelle e gli occhi se applicata direttamente. D'altra parte, la luce "ultravioletta lontana" (da 207 a 222 nm) può anche inattivare ampiamente la maggior parte dei patogeni presenti nell'aria senza danneggiare il tessuto umano esposto.
Disinfettare le superfici
Altri virus e batteri possono anche diffondersi attraverso le superfici, tra cui influenza, norovirus, rotavirus, streptococco e salmonella. Se le superfici più grandi devono essere disinfettate, il LED UVC PU35CL1.0 a bassa potenza di Lextar sarebbe un prodotto adatto con una potenza di 2-4mW e 20mA; può anche essere utilizzato per pastorizzare bevande, per il confezionamento di alimenti antibatterici e igienizzare gli spazzolini da denti.
Per le installazioni su scala ridotta, Bolb introduce i LED UVC compatti di media potenza S3535-DR100-W272-P40 che misurano 3,5 x 3,5 x 0,9 mm3. Con un consumo energetico DC di 40mW e una corrente di soli 100mA, si distingue per il più basso consumo energetico e la più bassa potenza termica al mondo.
Nel segmento ad alta potenza, Bolb ha introdotto il LED UVC S6060-DR250-W272-P100, il componente più potente con un consumo energetico CC di 100 mW a 250 mA.
I LED UVC di Bolb sono particolarmente adatti per il trattamento dell'acqua potabile e la disinfezione dell'acqua in piscine o camper, nonché per applicazioni che richiedono requisiti di intensità delle radiazioni più severi (W/ m2), come sistemi di filtrazione industriale, depuratori d'aria, scatole di disinfezione medica e aspirapolvere.
Figura 2: Alta potenza - I LED UVC ad alta potenza di Bolb hanno un consumo energetico di 100 mW a 250 mA (con e senza montaggio)
Criteri di selezione per i LED UV
Un criterio di selezione chiave per i LED UV è l'angolo del fascio, che è richiesto in alcune applicazioni. I LED UVC di Bolb hanno un angolo del fascio di 150° e possono essere ulteriormente messi a fuoco utilizzando le lenti Ledil secondo necessità. Poiché ciò riduce la superficie irradiata, aumenta anche l'energia radiante per metro quadrato, il che significa che è necessario meno tempo di esposizione quando si applica la stessa produzione di energia. Diverse lenti UV con vetro compatibile consentono una facile regolazione dell'uscita di irraggiamento per scopi diversi. Per le lenti UV, Ledil utilizza uno speciale grado di silicone che è specificamente compatibile con le lunghezze d'onda UVC, nonché specchi in alluminio ad alta riflettività per tutte le lunghezze d'onda UV, in particolare per le applicazioni di disinfezione.
Altri criteri di selezione per i LED UV includono gli standard UV nazionali, la riflettività di diversi materiali (Figura 3), la gestione termica, i driver, il consumo energetico e la legge dell'inverso del quadrato, che determinano come l'intensità del fascio diminuisce mentre si allontana dalla sorgente.
Figura 3: Materiali diversi hanno diversi livelli di riflessione UV che devono essere presi in considerazione durante la fase di progettazione.
Gli emettitori di superficie Blazar di Bolb soddisfano molti di questi criteri. Questo modulo UVC ha 25 LED (5×5) e un riflettore a 55 ° per ottenere un'uscita effettiva di 2 W mentre il consumo energetico è di soli 1,25 A.
Attualmente in fase di sviluppo di prodotti Multi-UV LED. Usano chip a doppia lunghezza d'onda che forniscono più lunghezze d'onda UV, come UVA e UVC, rendendoli un'arma versatile contro virus, batteri e altri agenti patogeni.
