Нелазерные источники света: Ультрафиолетовые светодиоды освещают научный ландшафт

С различиями в спектральном распределении, уровень мощности, и нормативные вопросы, УФ-светодиоды бросают вызов ртутным дуговым лампам в плане дезинфекции, хроматография, и приложения для флуоресцентной визуализации.

Ультрафиолетовый (УФ) светодиоды (светодиоды) В последние годы они продвинулись дальше своего первоначального использования в приложениях УФ-отверждения и достигли уровня освещенности, который позволяет им бросить вызов существующим ртутьсодержащим УФ-дуговым лампам.. Рынок медико-биологических наук сейчас испытывает потребность в источниках ультрафиолетового света для дезинфекции., хроматография, флуоресцентная визуализация, и другие новые приложения.

С различиями в спектральном распределении, уровень мощности, нормативные вопросы, и другие параметры, Ответ на вопрос, заменят ли УФ-светодиоды когда-нибудь полностью ртутно-дуговые УФ-лампы, ответить непросто..

Светодиоды против. лампы

УФ-светодиоды — это полупроводниковые устройства, которые излучают свет, когда электрический ток течет от положительного полюса. (p-тип или анод) сторона полупроводниковой цепи к отрицательному (n-типа или катода) сторона, создание p-n перехода. Каждый УФ-светодиод излучает узкую полосу света в месте соединения, где положительно легированные полупроводниковые дырки соединяются с отрицательными электронами при подаче напряжения..

Альтернативно, традиционные УФ-ртутные дуговые лампы используют электрическую дугу внутри ионизированного ртутного газа для возбуждения атомов, которые затем распадаются., испускающие фотоны. Микроволновые лампы возбуждают газ посредством микроволнового излучения.. И хотя ксеноновые лампы используют газ ксенон (нет ртути), они могут работать только в режиме «вспышки», а не в непрерывном режиме (CW) выбросы.

Если спроектировано правильно, Полупроводниковые источники УФ-светодиодов служат дольше 20,000 часы рабочего времени, тогда как срок службы традиционных УФ-ламп составляет около 9000 часов — менее половины срока службы светодиодных источников.

Солнце является источником всего спектра УФ-излучения., который обычно подразделяют на УФ-А (315–400 нм), УФ-Б (280–315 нм), и УФ-С (200–280 нм) свет. Обычно, УФ-светодиоды имеют узкий спектральный выходной сигнал, сосредоточенный вокруг определенной длины волны., ±10 нм.

Традиционные УФ-приложения

Во многих приложениях УФ-спектра используются либо традиционные лампы, либо источники УФ-светодиодов. (см. рис.. 1). Наибольшее проникновение и использование УФ-светодиодов наблюдается при отверждении клея, однако, такие приложения, как дезинфекция, хроматография, и флуоресцентная визуализация продолжают появляться по мере развития технологий.. С преимуществами в надежности, продолжительность жизни, мгновенное включение-выключение, и более низкая рабочая температура, УФ-светодиоды успешно заменяют ртутные лампы во многих сферах применения..

Для промышленного применения УФ-отверждения, например, большинство компаний, производящих материалы, модифицировали чернила, покрытия, и клеи для поддержки узких длин волн ультрафиолетовых светодиодов.. Однако, отверждение поверхности было сложной задачей. К счастью, глубокий УФ (УФ-С) Излучение и мощность светодиодов продолжают улучшаться с течением времени, повышение способности УФ-светодиодов заменять традиционные ртутные лампы даже при самых сложных обработках поверхности.

Обеззараживание и дезинфекция

Насколько эффективны УФ-светодиоды для инактивации (сделать неактивным) биомолекулы и микроорганизмы? Ответ кроется в спектральной интенсивности и дозировке источника УФ-излучения.. Например, УФ-С свет известен как «бактерицидный УФ» из-за его эффективности в обеззараживание и дезинфекция (см. рис.. 2). Хотя определенные длины волн влияют на разные связи внутри биологических молекул., как нуклеотиды, так и белки могут быть модифицированы глубоким УФ-светом.. Суммируя, как микроорганизмы, так и биологические материалы могут быть инактивированы правильной дозой света..

Технология высокоинтенсивных УФ-светодиодов обеспечивает непревзойденный уровень глубокого УФ-излучения по сравнению с обычными лампами., предлагая улучшенные возможности для применений дезактивации и дезинфекции, требующих коротких волн..

Обеспечение полной инактивации загрязнений за считанные минуты, Технология УФ-светодиодов с высоким излучением в настоящее время используется исследовательскими лабораториями и производственными предприятиями для инактивации биологических молекул, таких как ДНК и РНК., а также микроорганизмы.

Твердые мишени, такие как РНКаза А, вредные для верхних дыхательных путей и слизистых оболочек, можно полностью инактивировать с помощью УФ-излучения правильной длины волны и интенсивности.. Нацеливаясь на определенные молекулярные связи, Технология УФ-светодиодов демонстрирует большую эффективность при более низком общем энергопотреблении, чем широкополосные источники, такие как ртутные лампы.. Полная инактивация лабораторных загрязнителей может быть достигнута с помощью УФ-светодиодов менее чем за пять минут и за небольшую часть стоимости традиционных методов..

Исследования с помощью Phoseon (Хиллсборо, ИЛИ) об использовании УФ-светодиодов с высокой интенсивностью излучения для инактивации ферментов показывают, что как (интенсивность) и лучистая плотность (доза) способствуют быстрой инактивации фермента РНКазы А (см. рис.. 3).

Ультрафиолетовый свет в 275 Считается, что нм действует на РНКазу А посредством воздействия на ароматические аминокислоты, расположенные проксимальнее дисульфидных связей.. The 365 Длина волны нм направлена ​​на боковую цепь лизина с целью дестабилизации реакционного кармана РНКазы А.. Эти две длины волн взаимодействуют синергетически, инактивируя РНКазу А быстрее и полнее, чем каждая из них может по отдельности.. Исследование поддерживает использование высокоинтенсивного УФ-светодиодного облучения в качестве новой технологии., быстрый, и удобный метод необратимой инактивации РНКаз на поверхностях..

Хроматография и спектроскопия

Как дейтериевые лампы, так и источники УФ-светодиодов можно использовать в качестве систем детектирования для хроматографических и аналитических приборов.. Твердотельные УФ-детекторы на основе светодиодов обеспечивают более высокую чувствительность и/или динамический диапазон., низкий уровень шума, и круче, более контролируемая работа, чем дейтериевые лампы, и значительно более стабильны. Они включаются за миллисекунды на полную яркость, тогда как традиционные системы оптического обнаружения громоздки и медленны в запуске, благодаря дуговым лампам, используемым в качестве источников света. В качестве блага для пользователей, твердотельные источники света служат дольше 10,000 или более часов, по сравнению только с 2000 часы для дейтериевых ламп.

Автофлуоресцентная визуализация

Пищевод Барретта — предраковое состояние, при котором эпителиальные клетки нижнего отдела пищевода меняют морфологию, напоминая эпителиальные клетки тонкой кишки.. Раннюю неоплазию бывает трудно обнаружить с помощью традиционной эндоскопии в белом свете., скрининг пищевода Барретта в настоящее время требует трудоемкой биопсии и патологии.

На пути к системе визуализации в реальном времени для морфологии Барретта, использованный фотосон 275 и 365 нм УФ-светодиоды для возбуждения автофлуоресценции тканей. Слизистая оболочка пищевода и двенадцатиперстной кишки свиньи использовалась в качестве модели первого шага для выявления изменений, наблюдаемых при характерном переходе Барретта к фенотипу более кишечной слизистой оболочки.. Изображения, показывающие легко видимые различия в длине волны и интенсивности автофлуоресценции, были сняты с помощью CMOS-камеры Apple iPhone и проанализированы..

Простой анализ RGB-изображений ткани просвета, освещенной УФ-светодиодом, может обеспечить основу для различения тканей пищевода и двенадцатиперстной кишки.. Хотя автофлуоресцентная дискриминация тканей возможна с помощью 365 только нм возбуждение, результаты значительно улучшаются, когда 275 добавлена ​​нм подсветка.

Теги: УФ-светодиод для медико-биологических наук | Нелазерные источники света | Обеззараживание & дезинфекция | Хроматография & спектроскопия | Автофлуоресцентная визуализация
Категории: Обеззараживание & дезинфекция | Автофлуоресцентная визуализация | Хроматография & спектроскопия