Los LED ultravioleta iluminan el panorama científico

Fuentes de luz no láser: Los LED ultravioleta iluminan el panorama científico

Con diferencias en la distribución espectral., nivel de potencia, y cuestiones regulatorias, Los LED UV desafían a las lámparas de arco de mercurio para la desinfección, cromatografía, y aplicaciones de imágenes de fluorescencia.

Ultravioleta (ultravioleta) diodos emisores de luz (LED) han avanzado en los últimos años más allá de su uso inicial en aplicaciones de curado UV para alcanzar niveles de iluminación que les permiten desafiar a las actuales lámparas de arco UV que contienen mercurio.. El mercado de las ciencias biológicas ahora está ávido de fuentes de luz ultravioleta para la desinfección, cromatografía, imágenes de fluorescencia, y otras aplicaciones emergentes.

Con diferencias en la distribución espectral., nivel de potencia, cuestiones regulatorias, y otros parámetros, la respuesta a la pregunta de si los LED UV alguna vez reemplazarán por completo a las lámparas de arco de mercurio UV no es fácil de responder.

LED versus. lámparas

Los LED UV son dispositivos de estado sólido que producen luz cuando la corriente eléctrica fluye desde el positivo. (tipo p o ánodo) lado de un circuito semiconductor al negativo (tipo n o cátodo) lado, creando una unión p-n. Cada LED UV emite un ancho de banda estrecho de luz en la unión donde los orificios semiconductores dopados positivos se unen con los electrones negativos cuando se aplica voltaje..

Alternativamente, Las lámparas de arco de mercurio UV tradicionales utilizan un arco eléctrico dentro de un gas de mercurio ionizado para excitar átomos que luego se desintegran., emitiendo fotones. Las lámparas de microondas excitan el gas mediante emisión de microondas.. Y mientras que las lámparas de xenón utilizan gas xenón (sin mercurio), Sólo pueden funcionar en modo "flash" en lugar de onda continua. (CW) emisión.

Si está diseñado correctamente, Las fuentes de semiconductores LED UV duran más allá 20,000 horas de funcionamiento, mientras que la vida útil de las lámparas UV tradicionales es de aproximadamente 9000 horas: menos de la mitad de la vida útil de las fuentes LED.

El sol es una fuente de todo el espectro de radiación ultravioleta., que comúnmente se subdivide en UV-A (315–400 nm), UV-B (280–315 millas náuticas), y UV-C (200–280 nm) luz. Típicamente, Los LED UV tienen una salida espectral estrecha centrada alrededor de una longitud de onda específica, ±10 nm.

Aplicaciones UV tradicionales

Muchas aplicaciones en todo el espectro UV utilizan lámparas tradicionales o fuentes de luz LED UV. (ver figura. 1). La mayor penetración y uso de LED UV se da en aplicaciones de curado de adhesivos;, aplicaciones como la desinfección, cromatografía, y las imágenes de fluorescencia continúan surgiendo a medida que evoluciona la tecnología. Con ventajas en confiabilidad., vida, encendido y apagado instantáneo, y temperatura de funcionamiento más baja, Las soluciones LED UV están reemplazando con éxito a las lámparas de mercurio en numerosas aplicaciones.

Para aplicaciones industriales de curado UV, Por ejemplo, la mayoría de las empresas de materiales tienen tintas modificadas, revestimientos, y adhesivos para soportar longitudes de onda estrechas para LED UV. Sin embargo, El curado de superficies ha sido un desafío.. Afortunadamente, UV profundo (UV-C) La irradiancia y la potencia del LED continúan mejorando con el tiempo., aumentar la capacidad de los LED UV para reemplazar las lámparas de mercurio tradicionales incluso en los curados de superficies más desafiantes.

Descontaminación y desinfección

¿Qué tan efectivos son los LED UV para inactivar? (haciendo inactivo) biomoléculas y microorganismos? La respuesta está en la intensidad espectral y la dosis de la fuente UV.. Por ejemplo, La luz UV-C se conoce como “UV germicida” por su eficacia en descontaminación y desinfección (ver figura. 2). Si bien ciertas longitudes de onda afectan diferentes enlaces dentro de las moléculas biológicas, Tanto los nucleótidos como las proteínas pueden modificarse mediante luz ultravioleta profunda.. En breve, Tanto los microorganismos como los materiales biológicos pueden inactivarse con la dosis adecuada de luz..

La tecnología LED UV de alta intensidad ofrece niveles incomparables de irradiancia UV profunda en comparación con las lámparas., ofreciendo capacidades mejoradas para aplicaciones de descontaminación y desinfección que requieren longitudes de onda cortas.

Permitir la inactivación completa de contaminantes en minutos, Actualmente, los laboratorios de investigación y las instalaciones de fabricación utilizan la tecnología LED UV de alta irradiancia para inactivar moléculas biológicas como el ADN y el ARN., así como microorganismos.

Los objetivos duros como la ARNasa A, perjudicial para el sistema respiratorio superior y las membranas mucosas, pueden inactivarse por completo con la longitud de onda y la intensidad de luz ultravioleta adecuadas.. Al apuntar a enlaces moleculares específicos, La tecnología LED UV muestra una mayor eficacia con un menor consumo total de energía que las fuentes de banda ancha como las lámparas de mercurio.. La inactivación completa de los contaminantes de laboratorio se puede lograr mediante LED UV en menos de cinco minutos y a una fracción del costo de los métodos tradicionales..

Investigación de Phoseon (Hillsborough, O) sobre el uso de motores de luz LED UV de alta irradiancia para la inactivación de enzimas muestran que tanto la irradiancia (intensidad) y fluencia radiante (dosis) Contribuir a la rápida inactivación de la enzima ARNasa A. (ver figura. 3).

Luz ultravioleta en 275 Se cree que nm actúa sobre la ARNasa A mediante un efecto sobre los aminoácidos aromáticos próximos a los enlaces disulfuro.. El 365 La longitud de onda de nm se dirige a la cadena lateral de lisina con la intención de desestabilizar el bolsillo de reacción de la ARNasa A.. Estas dos longitudes de onda interactúan sinérgicamente para inactivar la RNasa A de forma más rápida y completa que cualquiera de ellas por sí sola.. La investigación respalda el uso de la irradiación LED UV de alta intensidad como una novedad, rápido, y conveniente método de inactivación irreversible para RNasas en superficies.

Cromatografía y espectroscopia.

Tanto las lámparas de deuterio como las fuentes de luz LED UV se pueden utilizar como sistemas de detección para cromatografía e instrumentos analíticos.. Los detectores UV de estado sólido basados ​​en LED ofrecen mayor sensibilidad y/o rango dinámico, menor ruido, y más fresco, Funcionamiento más controlable que las lámparas de deuterio y son significativamente más estables.. Se encienden en milisegundos hasta alcanzar el máximo brillo., Considerando que los sistemas de detección óptica convencionales son voluminosos y lentos para comenzar, debido a las lámparas de arco utilizadas como fuentes de luz. Como una bendición para los usuarios, las fuentes de luz de estado sólido duran 10,000 o más horas, comparado con solo 2000 horas para lámparas de deuterio.

Imágenes de autofluorescencia

El esófago de Barrett es una afección precancerosa en la que las células epiteliales de la parte inferior del esófago cambian su morfología para parecerse a las células epiteliales del intestino delgado.. La neoplasia temprana puede ser difícil de detectar mediante endoscopia convencional con luz blanca;, La detección del esófago de Barrett actualmente requiere biopsia y patología que requieren mucho tiempo..

En un avance hacia un sistema de imágenes en tiempo real para la morfología de Barrett, Foseon usado 275 y 365 LED UV de nm para excitar la autofluorescencia del tejido. El revestimiento de los tejidos esofágico y duodenal porcino se utilizó como modelo de primer paso para los cambios evidentes con la transición característica de Barrett a un fenotipo de revestimiento más intestinal.. Se capturaron y analizaron imágenes que muestran diferencias fácilmente visibles en la longitud de onda e intensidad autofluorescentes utilizando una cámara CMOS de Apple iPhone..

Un simple análisis de imágenes RGB del tejido de la luz iluminada con LED UV puede proporcionar una base para la discriminación tisular entre el tejido esofágico y duodenal.. Si bien la discriminación de tejidos autofluorescentes es posible con 365 nm excitación sola, Los resultados mejoran dramáticamente cuando 275 Se agrega iluminación nm.

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