Recentment, l'equip d'investigació de Li Dabing i Sun Xiaojuan de l'Institut d'Òptica, Mecànica Fina i Física de Changchun, Acadèmia Xinesa de Ciències i l'equip d'investigació de Xu Ke del Laboratori Estatal de Virologia de la Universitat de Wuhan van dur a terme enginyeria d'estrès, preparació de dispositius i preparació de dispositius de LED ultraviolats profunds basats en AlGaN epitaxials sobre substrats de plantilla AlN/safir d'estrès de compressió forta, així com la investigació sobre l'eficiència de desinfecció dels virus d'ARN respiratori humà. Es van preparar LED ultraviolats profunds basats en AlGaN amb diferents longituds d'ona màximes de 256 nm, 265 nm i 278 nm, que tenien un efecte desinfectant excel·lent sobre els virus d'ARN respiratori humà.
Antecedents:
Els virus d'ARN respiratori humà, com el SARS-CoV-2 i la grip A (IAV), causen morbiditat, mortalitat, pèrdues econòmiques i malalties pandèmiques importants a tot el món. Per tant, cal desenvolupar mètodes de desinfecció ambiental i de superfícies més eficients i d'ampli espectre per reduir el risc de transmissió del virus d'ARN respiratori humà.
La llum ultraviolada profunda és una manera eficaç d'inactivar els virus alterant els seus genomes. Les làmpades de mercuri s'utilitzen habitualment per desinfectar virus, però tenen els inconvenients de la toxicitat, la fragilitat, el volum, la vida útil curta i la generació d'ozó. Segons el Conveni de Minamata, la producció, importació i exportació de productes que contenen mercuri estan prohibides a partir de l'any 2020. Hi ha una necessitat urgent d'un producte desinfectant eficient i respectuós amb el medi ambient. Els LED UV profunds d'AlGaN es poden ajustar de 365 nm a 210 nm i són una alternativa a l'esterilització de làmpades de mercuri a causa de la seva no contaminació, mida petita i estalvi d'energia, tal com es mostra a la figura 1.
Els estudis han demostrat que els LED ultraviolats profunds basats en AlGaN poden inactivar eficaçment bacteris com Escherichia coli, Staphylococcus aureus i Candida albicans, i diferents bacteris tenen diferents sensibilitats a diferents longituds d'ona. La longitud d'ona per sota dels 260 nm té un bon efecte d'inactivació sobre els bacteris. Tanmateix, la investigació sobre l'efecte desinfectant dels LED basats en AlGaN en SAR-CoV-2 i IAV se centra normalment en 265 ~ 365 nm i té un mode de font de llum integrat i una concentració baixa de virus. S'ha d'estimar amb més precisió la inactivació de SARS-CoV-2 i IAV per LED UV profunds basats en AlGaN més portàtils i de longitud d'ona més curta.
Els LED UV profunds basats en AlGaN solen ser heteroepitaxials en plantilles AlN/safir. Durant les últimes dues dècades, s'han obtingut plantilles d'AlN/safir d'alta qualitat mitjançant una varietat de mètodes, entre els quals el mètode de recuit a alta temperatura és potser l'aplicació industrial més prometedora per la seva senzillesa, eficiència i estabilitat. No obstant això, les plantilles d'AlN / safir recuits en calent a alta temperatura solen presentar fortes tensions de compressió, que poden afectar significativament la qualitat de l'AlGaN superior.
D'una banda, una forta tensió de compressió pot induir el patró de creixement SK, donant lloc a una estructura d'illa tridimensional que produeix dislocacions de fil d'alta densitat i superfícies rugoses. D'altra banda, un fort estrès de compressió pot provocar un efecte de tracció, donant lloc a una composició no homogènia i una baixa eficiència de dopatge. A més, és probable que les fortes tensions de compressió degradin el dispositiu durant el procés de fabricació. Per tant, la relaxació de l'estrès de compressió forta és necessària per als dispositius epitaxials a la plantilla d'estrès de compressió forta AlN / safir.
Aspectes destacats de la investigació:
En resposta als problemes anteriors, l'equip d'investigació de Li Dabing i Sun Xiaojuan de l'Institut d'Òptica, Mecànica Fina i Física de Changchun, Acadèmia Xinesa de Ciències i l'equip d'investigació de Xu Ke del Laboratori Estatal de Virologia de la Universitat de Wuhan van dur a terme estrès. enginyeria, preparació de dispositius i preparació de dispositius de LED ultraviolats profunds basats en AlGaN epitaxials sobre substrats de plantilla AlN/safir d'estrès de compressió forta, així com la investigació sobre l'eficiència dels dispositius en la desinfecció de virus d'ARN respiratori humà.
S'ha trobat que inserint una estructura superreticular entre el substrat AlN/safir d'estrès fortament de compressió i la capa epitaxial d'AlGaN, es pot alleujar eficaçment el fort estrès de compressió del substrat a la capa epitaxial i la densitat de dislocació de la capa epitaxial d'AlGaN és reduït en més d'un ordre de magnitud en comparació amb el mètode epitaxial directe, i la superfície té un aplanament a nivell atòmic, que pot millorar significativament la qualitat de la interfície del LED epitaxial.
Basant-se en aquest mètode, l'equip d'investigació va fabricar LED ultraviolats profunds basats en AlGaN amb diferents longituds d'ona màximes de 256 nm, 265 nm i 278 nm, corresponents a potències òptiques de 6,8 mW, 9,6 mW i 12,5 mW a 100 mA.
Al mateix temps, l'equip d'investigació va estudiar l'efecte desinfectant de diferents longituds d'ona sobre els virus d'ARN respiratori humà SARS-CoV-2, IAV i virus de la parainfluenza humana (HPIV) amb la mateixa densitat de potència òptica (0. 8 mW/cm2). Els resultats van mostrar que tots els LED de longitud d'ona desinfecten el 100% SARS-CoV-2 i IAV en 60 segons a una concentració de virus de 3,8 × 105 PFU/mL. Entre ells, els LED de 256 nm poden desinfectar el 100% SARS-CoV-2 i IAV en 10 segons, mostrant una eficiència de desinfecció més alta que els LED de longitud d'ona llarga.
A més, a concentracions més altes de virus i diferents superfícies d'adhesió de virus, els LED de 256 nm també van mostrar excel·lents efectes desinfectants. Aquests resultats ajudaran els LED UV profunds a desinfectar virus d'una manera més portàtil, respectuosa amb el medi ambient, d'ampli espectre i eficient.
Fig.1 Longitud d'ona de treball i estructura del LED ultraviolat profund basat en AlGaN i la seva aplicació en el camp de la desinfecció
El treball es basa en el tema "Inactivació ràpida de virus d'ARN respiratori humà per irradiació ultraviolada profunda de díodes emissors de llum en una plantilla d'AlN/Sapphire recuit a alta temperatura" Aquest títol es va publicar a Opto-Electronic Advances, número 9, 2023. .
