In che modo la tecnologia LED può portare la disinfezione UV-C sul mercato di massa

La pandemia di Covid-19 mostra l’importanza di prevenire la trasmissione virale nel maggior numero possibile di modi. Oltre alla trasmissione per via aerea o aerosol, il contatto di superficie ha un effetto significativo sui tassi di infezione da virus SARS-CoV-2 e da molti altri, come l’influenza, che affliggono la società. Per affrontare questa pandemia e limitare la minaccia di altri virus che possono apparire in futuro, è fondamentale una decontaminazione attiva delle superfici in ambienti industriali, sanitari, commerciali e sui trasporti pubblici. La luce UV-C sta diventando uno strumento importante per la decontaminazione.

 

 

Con lunghezze d’onda comprese tra 200 e 280nm, la luce UV-C rappresenta la parte più energetica della banda ultravioletta dello spettro elettromagnetico. La capacità della luce UV-C di disattivare i virus è nota sin dall’inizio del XX secolo. La luce è molto efficace nel rompere importanti legami chimici nel DNA e nell’RNA delle particelle virali. Questo processo li disattiva rendendoli innocui. Sfortunatamente, la luce UV-C attacca anche il DNA nei nostri corpi. Ciò ha tradizionalmente limitato l’utilizzo delle radiazioni UV-C per la sterilizzazione negli ambienti in cui la luce può essere contenuta all’interno di un contenitore. Ne sono un esempio le camere di sterilizzazione e i compartimenti di pulizia all’interno delle unità di condizionamento dell’aria.

 

 

Un altro inconveniente tradizionale degli UV-C è il costo e la disponibilità di sorgenti luminose, che si basano in gran parte su tubi a vapori di mercurio. I tubi non sono solo costosi, ma presentano anche un rischio di inquinamento. Ciò ha limitato l’utilizzo della tecnica ad applicazioni in cui solo piccole aree devono essere decontaminate.

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L’intelligenza artificiale (AI) guidata dal sensore nella robotica supporta la diffusione della luce UV-C

Con la necessità di controllare la diffusione del virus SARS-CoV-2, l’attenzione si è spostata su come la luce UV-C può essere utilizzata per il trattamento di aree più grandi. I miglioramenti tecnologici hanno reso più sicuro, più economico e pratico introdurre l’irradiazione UV-C in una gamma molto più ampia di applicazioni. Un cambiamento importante è la crescente disponibilità di Intelligenza Artificiale (AI) guidata da sensori in grado di determinare quando sia sicuro utilizzare la luce UV-C. Un esempio è l’utilizzo della luce UV-C per disinfettare la pulsantiera degli ascensori. La sorgente luminosa si attiva solo quando l’ascensore è vuoto, in modo che la tastiera sia pronta per l’utente successivo.

 

 

 

Un altro cambiamento è la possibilità di utilizzare la robotica per controllare l’applicazione di luce UV-C, che a sua volta aiuta a ridurre uno svantaggio chiave della sterilizzazione basata sulla luce: l’impatto dell’ombra. La luce può solo sterilizzare le superfici che colpisce, il che può rendere difficile sterilizzare completamente una stanza con letti e attrezzature mediche presenti, perché si ostruiscono a vicenda. I robot possono analizzare forme e calcolare traiettorie che potranno ottimizzare la copertura dell’area e contrastare l’impatto dell’ombra. I primi progetti, come quello riguardante la disinfezione degli autobus a Shanghai, hanno utilizzato sorgenti luminose posizionate manualmente e dispositivi fissi montati su una struttura coperta posizionata attorno al veicolo; l’utilizzo di robot mobili facilita ora la copertura di superfici che sarebbero normalmente coperte da ombre a causa dell’illuminazione fissa, come gli schienali dei sedili. Allo stesso modo, i robot mobili potrebbero garantire che i raggi UV-C si diffondano uniformemente all’interno di un ambiente ospedaliero mentre un reparto di terapia è vuoto. Anche con la copertura di base, il trattamento con UV-C ha dimostrato di essere più efficiente rispetto alla pulizia manuale con disinfettante. L’irradiazione di UV-C può essere effettuata in meno di 10 minuti rispetto ai 40 minuti per il trattamento chimico.

Il costo e la disponibilità sono fattori chiave

La tecnologia LED, a sua volta, affronta il problema della disponibilità di sorgenti luminose a costi contenuti. I LED sono stati a lungo in grado di produrre luce UV. Il LED è un componente importante di molti prodotti per l’illuminazione, in cui viene utilizzato un fosforo bianco per convertire i raggi UV generati da una serie di LED, basati su materiali di nitruro di gallio, in luce visibile utilizzabile. Tuttavia, le lunghezze d’onda più corte nella banda UV-C richiedono nuove forme di materiale che incorporano nitruro di gallio.

 

 

I LED UV-C di oggi utilizzano nitruro di gallio alluminio (AlGaN) piuttosto che il nitruro di gallio indio (InGaN), utilizzato nei LED blu e verdi. C’è sufficiente comunanza tra di loro per utilizzare processi epitassici simili, il che significa che possono essere utilizzati sia wafer al nitruro di gallio che al silicio o al carburo di silicio. La differenza fondamentale è la necessità che i wafer siano in grado di gestire temperature più elevate durante la lavorazione. Temperature fino a 1400°C sono necessarie per depositare cristalli di AIGaN di alta qualità attraverso l’epitassia.

Prodotti UV-C ad alta intensità per la decontaminazione

I produttori hanno risolto i problemi di produzione e ora stanno arrivando sul mercato con sorgenti UV-C ad elevata efficienza basate sulla tecnologia LED. Osram Opto Semiconductors ha lanciato una coppia di LED UV-C con una lunghezza d’onda di picco di 275nm. L’SU CULBN1.VC è ottimizzato per l’utilizzo a bassa potenza, adatto per applicazioni portatili o apparecchiature domestiche, con un flusso radiante di uscita di 4,7mW e un angolo da 120° di mezza intensità. Con lo stesso angolo di mezza intensità e una potenza di emissione fino a 42mW, l’SU CULDN1.VC soddisfa le applicazioni che necessitano di livelli elevati di copertura UV-C su una vasta area, come la pulizia dei veicoli o il trattamento di aria e acqua su larga scala.

Un fattore chiave nella progettazione dei due prodotti Osram è l’utilizzo di un unico pacchetto compatto. Utilizzando un pacchetto singolo, i prodotti supportano la progettazione di gamme di apparecchiature che consentono di coprire diversi mercati di destinazione con un unico contenitore meccanico. L’utilizzo di un pacchetto ceramico offre una lunga durata operativa e resistenza termica.

 

 

Il VLMU35CL2.-275-120 prodotto da Vishay Semiconductors si adatta a progetti che richiedono applicazioni mirate di UV-C con un angolo di mezza intensità di 60° e un flusso di uscita di 3.5mW. I componenti CB2 e CT2 della linea di prodotti aumentano il flusso di uscita rispettivamente fino a 10mW e 19mW, per i sistemi che devono produrre una radiazione di intensità maggiore nella gamma di lunghezze d’onda da 270nm a 285nm. I prodotti della gamma Vishay sono adatti ad applicazioni industriali che necessitano di un intervallo di temperature esteso, con la capacità di operare da -40°C fino a +80°C.

Per sistemi che necessitano di combinazioni specifiche di flusso di uscita, lunghezza d’onda e angolo di illuminazione, Intelligent LED Solutions (ILS) ha sviluppato una vasta selezione di prodotti basati sulla tecnologia LED di TSLC. Le famiglie N3535 e N5050 consentono la selezione delle lunghezze d’onda nei range 260-270nm e 270-290nm UV-C, oltre ai 300-320nm. Ciò permette di mettere a punto l’uscita per colpire diversi agenti patogeni.

L’ottica e la misurazione sono fondamentali nella progettazione UV-C

Il vetro convenzionale non è trasparente, ma sia il quarzo che il silicone permetteranno ai raggi UV-C di passare. Il silicone convenzionale impiegato in altri LED può degradarsi sotto intensa irradiazione UV-C, ma i fornitori hanno sviluppato nuove formulazioni che permettono al silicone di sopravvivere. Un design comune del pacchetto prevede l’accoppiamento di un vetro al quarzo con una lente di messa a fuoco in silicone. Per facilitare la progettazione dei sistemi di irradiazione dell’area, ILS offre il LEDiL VIOLET Optic. Esso consiste in una serie di 12 lenti in silicone per consentire il facile accoppiamento di sorgenti di luce UV-C multiple ed è disponibile in 3 angoli di fascio di 14, 20 e 60 gradi, per consentire un’ulteriore flessibilità di progettazione.

 

 

Con una lunghezza d’onda che è al di fuori della portata visibile ed è pericolosa per la salute come lo è per i virus, la capacità di monitorare le emissioni UV-C in modo sicuro durante la progettazione è un requisito vitale. Il misuratore di luminosità e datalogger SDL470 UVA/UVC prodotto da Extech Instruments fornisce i mezzi per registrare per lunghi periodi le prestazioni delle sorgenti luminose UV. Il datalogger ha sonde per UV-A e UV-C a 254nm, un valore tipicamente generato a livelli più bassi dai prodotti di sterilizzazione che normalmente raggiungono un picco a circa 270nm. La frequenza di campionamento può essere regolata da uno a 3600 secondi, per consentire un compromesso tra la capacità di registrazione a lungo termine e la risoluzione temporale.

La disinfezione UV-C, con l’aiuto della tecnologia LED, sta guidando la creazione di molte nuove applicazioni per una vasta gamma di mercati, tuttavia il supporto tecnico alla progettazione sarà fondamentale. Distributori tecnici esperti come Farnell possono fornire consulenza e supporto professionale, per aiutare gli ingegneri a identificare i prodotti più adatti alle loro applicazioni. I progettisti dovrebbero prendere in considerazione fornitori leader di mercato all’avanguardia nello sviluppo della tecnologia UV-C, per trovare soluzioni per il loro prossimo progetto. La combinazione di successo di AI guidata da sensori nella robotica e nell’automazione, con innovazioni leader di mercato nella tecnologia LED, ha il potenziale per rendere i vantaggi per la salute dei raggi UV-C più accessibili alla società.

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