深紫外LED集成光源获新进展，轻松消杀新冠？

2022-07-12 14:16

近日，广东省松山湖材料实验室第三代半导体团队和北京大学王新强教授团队合作，采用COB集成技术设计开发了275nm、265nm及255nm三种波长的瓦级输出功率的深紫外LED集成光源，其最高输出功率达到1．88W。

深紫外LED集成光源的（a）光输出功率与电流关系曲线，插图为其实物图；（b）电压与电流关系曲线；（c）电光转换效率与电流关系曲线；（d）归一化光谱。

由于深紫外LED集成光源极高的输出功率，其展示了优异的杀菌效果。在表面杀菌场景，1秒内即实现了对距离5cm处的金黄色葡萄球菌、大肠杆菌及白色念珠菌等多种代表性致病菌的99．9％以上的杀灭。在空气杀菌场景，通过将其与L型铝制风管（带有鼓风风扇）结合制备而成的空气杀菌模组，30分钟内实现了对20m³空间内空气中的白色葡萄球菌超过97％的杀灭，其相关论文已发布在2022年第7期半导体学报。

↓↓ 论文链接（来源：半导体学报） ↓↓

http：／／www．jos．ac．cn／en／article／doi／10．1088／16744926／43／7／072301

深紫外LED集成光源获新进展，轻松消杀新冠？

深紫外LED集成光源的表面杀菌效果图（a）金黄色葡萄球菌，杀菌前；（b）大肠杆菌，杀菌前；（c）白色念珠菌，杀菌前；（d）金黄色葡萄球菌，杀菌后；（e）大肠杆菌，杀菌后；（f）白色念珠菌，杀菌后。

关于紫外光消杀

紫外光是电磁波谱中10～400nm波长辐射的总称，其中又根据不同的波段应用于不同的领域，波段为400－315nm的紫外光为UVA，其可应用于诱虫、矿石鉴定、舞台装饰、验钞等场景；波段为315－280nm的紫外光为UVB，其可应用于紫外线保健灯、植物生长灯等；波段为280－190nm的紫外光为UVC，其可用于医院、食品厂、化妆品厂、水处理设备等场所。紫外线的穿透性会随着波长的增大而加强，日常消毒所使用的是280－190nm波段的UVC紫外光，这一的波段的紫外光可以将微生物的核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）破坏，达到杀灭效果，所以在生物和医学领域的紫外消毒也都是采用这一波段的UVC紫外光。

关于紫外光消杀新冠病毒的研究

要进行表面消毒，使用紫外光（UV）照射就好，但是要专门灭活导致COVID－19的病毒SARS－CoV－2，使用哪种波长最好？多少辐射量才足够呢？

解决这些问题需要科学家克服两个主要障碍。首先，他们需要将病毒与环境中的外来物质完全分离。其次，他们需要一次用单波长的紫外线照亮病毒，在测试之间对实验设置进行最小的更改。

最近美国国家标准与技术研究所（NIST）和美国国土安全部（DHS）科学与技术局实验室－－国家生物防御分析与对策中心（NBACC）之间克服障碍开展了此项关于寻找消灭新型冠状病毒的最佳紫外光的合作研究，并进行了一系列的测试工作。

合作者描述了他们用于在安全实验室中一次将单波长光投射到COVID－19病毒样本上的新型系统。该实验室被归类为生物安全3级（BSL－3），旨在研究吸入时可能致命的微生物。他们的实验测试了更多波长的紫外线和可见光，而不是迄今为止导致COVID－19的任何其他病毒研究。

深紫外LED集成光源获新进展，轻松消杀新冠？

设置的照片。左图：包含激光到光纤耦合系统的盒子内部的特写。中心：BSL－3门外走廊上的激光系统。右图：BSL－3内部实验装置的特写镜头，包括容纳SARS－CoV－2样本的腔室。图片来源：NIST

所以SARS－CoV－2型的最佳消杀波长是多少呢？测试结果证明新型冠状病毒并没有什么特殊的，在被消杀方面与其他病毒（例如引起流感的病毒）一样容易受到相同波长的紫外线的影响。最有效的波长是介于222nm和280nm之间的UVC紫外光。以上成果发表在新锐期刊《Applied Optics》上。

结语

新冠病毒的爆发蔓延引起了人们对日常消杀和卫生健康的重视。UVC波段（280－190nm）的紫外光可以将微生物的核糖核酸（简称RNA）和脱氧核糖核酸（简称DNA）破坏，达到杀灭效果。但随着2016年《水俣公约》的批准实施，2020年起将禁止生产及进出口含汞产品。自此传统的紫外汞灯将被第三代半导体材料AlGaN的深紫外LED光源逐步替换。

虽然目前国内外疫情趋于平缓，但现阶段市场上对LED紫外灯的需求还是偏高的，深紫外LED在杀菌消毒领域大规模应用是市场的必经之路。