Nedavno su istraživački tim Li Dabinga i Sun Xiaojuana sa Instituta za optiku, finu mehaniku i fiziku u Čangčunu, Kineske akademije nauka i Xu Kejev istraživački tim Državne ključne laboratorije za virusologiju Univerziteta Wuhan izveli inženjering stresa, pripremu uređaja i priprema uređaja epitaksijalnih ultraljubičastih LED dioda na bazi AlGaN na podlogama AlN/safir šablona sa jakim naprezanjem, kao i istraživanje efikasnosti saniranja humanih respiratornih RNA virusa. Pripremljene su duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN-a sa različitim vršnim talasnim dužinama od 256 nm, 265 nm i 278 nm, koje su imale odličan dezinfekcioni efekat na humane respiratorne RNA viruse.
Pozadina:
Ljudski respiratorni RNA virusi, kao što su SARS-CoV-2 i gripa A (IAV), uzrokuju značajan morbiditet, smrtnost, ekonomske gubitke i pandemijske bolesti širom svijeta. Stoga postoji potreba da se razviju efikasnije metode širokog spektra dezinfekcije površina i okoliša kako bi se smanjio rizik od prijenosa humanog respiratornog RNA virusa.
Duboko ultraljubičasto svjetlo je efikasan način da se inaktiviraju virusi narušavanjem njihovih genoma. Živine lampe se obično koriste za dezinfekciju virusa, ali imaju nedostatke toksičnosti, lomljivosti, glomaznosti, kratkog vijeka trajanja i stvaranja ozona. Prema Minamata konvenciji, proizvodnja, uvoz i izvoz proizvoda koji sadrže živu zabranjeni su od 2020. Postoji hitna potreba za ekološki prihvatljivim i efikasnim proizvodom za dezinfekciju. AlGaN duboke UV LED diode mogu se podesiti od 365 nm do 210 nm i alternativa su sterilizaciji živine lampe zbog svoje nezagađenosti, male veličine i uštede energije, kao što je prikazano na slici 1.
Studije su pokazale da duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN mogu efikasno inaktivirati bakterije kao što su Escherichia coli, Staphylococcus aureus i Candida albicans, a različite bakterije imaju različitu osjetljivost na različite valne dužine. Talasna dužina ispod 260 nm ima dobar inaktivacijski učinak na bakterije. Međutim, istraživanje o sanitarnom učinku LED dioda na bazi AlGaN na SAR-CoV-2 i IAV obično je fokusirano na 265~365 nm i ima integrirani izvor svjetlosti i nisku koncentraciju virusa. Mora se preciznije procijeniti inaktivacija SARS-CoV-2 i IAV-a prenosivijim dubinskim UV LED diodama na bazi AlGaN kraće talasne dužine.
Duboke UV LED diode na bazi AlGaN su tipično heteroepitaksijalne na AlN/safir šablonima. U protekle dvije decenije, visokokvalitetni AlN/safir šabloni su dobiveni raznim metodama, među kojima je metoda žarenja na visokim temperaturama možda najperspektivnija industrijska primjena zbog svoje jednostavnosti, efikasnosti i stabilnosti. Međutim, visokotemperaturni vruće žareni AlN/safir šabloni obično pokazuju jaka tlačna naprezanja, koja mogu značajno utjecati na kvalitetu gornjeg AlGaN-a.
S jedne strane, snažno tlačno naprezanje može izazvati obrazac rasta SK, što rezultira trodimenzionalnom strukturom otoka koja proizvodi dislokacije niti visoke gustoće i hrapave površine. S druge strane, jako tlačno naprezanje može uzrokovati efekat vuče, što rezultira nehomogenim sastavom i niskom efikasnošću dopinga. Osim toga, jaka tlačna naprezanja će vjerovatno degradirati uređaj tokom procesa proizvodnje. Stoga je relaksacija jakog tlačnog naprezanja neophodna za epitaksijalne uređaje na AlN/safir šablonu jakog tlačnog naprezanja.
Izdvajamo istraživanje:
Kao odgovor na gore navedene probleme, istraživački tim Li Dabinga i Sun Xiaojuana sa Instituta za optiku, finu mehaniku i fiziku u Čangčunu, Kineske akademije nauka i Xu Kejev istraživački tim Državne ključne laboratorije za virusologiju Univerziteta Wuhan izveli su stres. inženjering, priprema uređaja i priprema uređaja epitaksijalnih dubokih ultraljubičastih LED dioda na bazi AlGaN na supstratima AlN/safirnih šablona jakih naprezanja, kao i istraživanje efikasnosti uređaja u dezinfekciji humanih respiratornih RNA virusa.
Utvrđeno je da se umetanjem superrešetkaste strukture između podloge AlN/safir sa jakim naprezanjem i epitaksijalnog sloja AlGaN, snažno tlačno naprezanje supstrata na epitaksijalnom sloju može efikasno ublažiti, a gustina dislokacija epitaksijalnog sloja AlGaN je smanjena za više od reda veličine u poređenju sa direktnom epitaksijalnom metodom, a površina ima spljoštenje na atomskom nivou, što može značajno poboljšati kvalitet interfejsa epitaksijalne LED diode.
Na osnovu ove metode, istraživački tim je proizveo duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN-a sa različitim vršnim talasnim dužinama od 256 nm, 265 nm i 278 nm, što odgovara optičkim snagama od 6,8 mW, 9,6 mW i 12,5 mW na 100 mA.
Istovremeno, istraživački tim je proučavao dezinfekcijski učinak različitih talasnih dužina na humane respiratorne RNA viruse SARS-CoV-2, IAV i humani virus parainfluence (HPIV) pri istoj gustini optičke snage (0. 8 mW/cm2). Rezultati su pokazali da sve LED diode valne dužine saniraju 100% SARS-CoV-2 i IAV u roku od 60 sekundi pri koncentraciji virusa od 3,8×105 PFU/mL. Među njima, LED diode od 256 nm mogu sanirati 100% SARS-CoV-2 i IAV za 10 sekundi, pokazujući veću efikasnost dezinfekcije od dugovalnih LED dioda.
Osim toga, pri višim koncentracijama virusa i različitim površinama za pričvršćivanje virusa, 256 nm-LED također su pokazale odlične efekte dezinfekcije. Ovi rezultati će pomoći dubokim UV LED diodama da dezinfikuju viruse na prenosiviji, ekološki prihvatljiviji, širokog spektra i efikasniji način.
Slika 1 Radna talasna dužina i struktura duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN i njena primena u oblasti dezinfekcije
Rad se zasniva na temi "Brza inaktivacija humanih respiratornih RNA virusa dubokim ultraljubičastim zračenjem dioda koje emituju svjetlost na visokotemperaturno žarenom AlN/Sapphire šablonu" Ovaj naslov je objavljen u Opto-Electronic Advances, broj 9, 2023. .
