Ultraviolette LEDs können Coronaviren von Oberflächen beseitigen

| 15. April 2020, 9:44

SANTA BARBARA, 15. April (WNM/UC Santa Barbara) - Die Welt der Forschung konzentriert sich darauf, Wege zu finden, um das Coronavirus zu bekämpfen. Dazu gehört auch das Solid State Lighting & Energy Electronics Center (SSLEEC) der UC Santa Barbara. Dort entwickeln Forscher gemeinsam mit Partnerunternehmen ultraviolette LEDs, die Oberflächen - und möglicherweise Luft und Wasser - dekontaminieren können, die mit dem Covid-19-Virus in Kontakt gekommen sind (https://www.news.ucsb.edu/2020/019860/power-light).

„Eine Hauptanwendung ist in medizinischen Situationen - die Desinfektion von persönlicher Schutzausrüstung, Oberflächen, Böden innerhalb der HLK-Systeme usw.“, sagte der Christian Zollner, dessen Forschungsschwerpunkt auf der Weiterentwicklung von LED-Technologie für tiefes ultraviolettes Licht zur Hygiene und Reinigung liegt. Er fügte hinzu, dass es bereits einen kleinen Markt für UV-C-Desinfektionsprodukte im medizinischen Bereich gibt. 

Als Technologie gibt es die Desinfektion mit ultraviolettem Licht schon seit einiger Zeit. Während die praktische Wirksamkeit in großem Maßstab gegen die Ausbreitung von SARS-CoV-2 noch nicht nachgewiesen wurde, ist UV-Licht vielversprechend: Das SSLEEC-Mitgliedsunternehmen Seoul Semiconductor berichtete Anfang April über eine „99,9%-ige Sterilisation des Coronavirus (COVID- 19) in 30 Sekunden “mit ihren UV-LED-Produkten. Deren Technologie wird derzeit für den Einsatz in Automobilen in UV-LED-Lampen eingesetzt, die den Innenraum unbesetzter Fahrzeuge sterilisieren. 

Nicht alle UV-Wellenlängen sind gleich. UV-A und UV-B - die Arten, die wir auf der Erde dank der Sonne häufig erhalten - haben wichtige Verwendungszwecke, aber das seltene UV-C ist das ultraviolette Licht der Wahl zur Reinigung von Luft und Wasser und zur Inaktivierung von Mikroben. Diese können nur über künstliche Prozesse generiert werden. 

„UV-C-Licht im Bereich von 260 bis 285 nm, das für die aktuellen Desinfektionstechnologien am relevantesten ist, ist auch für die menschliche Haut schädlich. Daher wird es derzeit hauptsächlich in Anwendungen verwendet, in denen zum Zeitpunkt der Desinfektion niemand anwesend ist“, sagte Zollner. 

Tatsächlich warnt die Weltgesundheitsorganisation vor der Verwendung von UV-Desinfektionslampen zur Desinfektion von Händen oder anderen Hautbereichen - selbst eine kurze Einwirkung von UV-C-Licht kann zu Verbrennungen und Augenschäden führen. Bevor die COVID-19-Pandemie weltweit an Fahrt gewann, arbeiteten Materialwissenschaftler von SSLEEC bereits an der Weiterentwicklung der UV-C-LED-Technologie. 

UV-C-Licht wird häufiger über Quecksilberdampflampen erzeugt. Laut Zollner sind „viele technologische Fortschritte erforderlich, damit die UV-LED ihr Potenzial in Bezug auf Effizienz, Kosten, Zuverlässigkeit und Lebensdauer entfalten kann“.

In einem in der Zeitschrift ACS Photonics veröffentlichten Schreiben berichteten die Forscher über ein eleganteres Verfahren zur Herstellung hochwertiger UV-C-LEDs, bei dem ein Film aus der Halbleiterlegierung Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) auf einem Substrat von Siliziumkarbid (SiC) sedimentiert wird - eine Abkehr vom am weitesten verbreiteten Saphirsubstrat. 

Laut Zollner ermöglicht die Verwendung von Siliziumkarbid als Substrat ein effizienteres und kostengünstigeres Wachstum von hochwertigem UV-C-Halbleitermaterial als die Verwendung von Saphir. Dies sei darauf zurückzuführen, wie eng die atomaren Strukturen der Materialien übereinstimmen. 

„Als Faustregel gilt: Je struktureller (in Bezug auf die Atomkristallstruktur) das Substrat und der Film einander ähneln, desto einfacher ist es, eine hohe Materialqualität zu erzielen", sagte er. Je besser die Qualität, desto besser die Effizienz und Leistung der LED. Saphir ist strukturell unähnlich, und die Herstellung von Material ohne Fehler und Fehlausrichtungen erfordert häufig komplizierte zusätzliche Schritte. Siliziumkarbid passt nicht perfekt, sagte Zollner, aber es ermöglicht eine hohe Qualität, ohne dass kostspielige, zusätzliche Methoden erforderlich sind. Darüber hinaus ist Siliziumkarbid weitaus billiger als das „ideale“ Aluminiumnitridsubstrat, was es laut Zollner massenproduktionsfreundlicher macht.

Eine tragbare, schnell wirkende Wasserdesinfektion gehörte zu den Hauptanwendungen, an die die Forscher bei der Entwicklung ihrer UV-C-LED-Technologie gedacht hatten. Die Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und der kleine Formfaktor der Dioden würden in weniger entwickelten Gebieten der Welt, in denen kein sauberes Wasser verfügbar ist, eine entscheidende Rolle spielen. 

Das Auftreten der COVID-19-Pandemie hat eine weitere Dimension hinzugefügt. Während die Welt nach Impfstoffen, Therapien und Heilmitteln für die Krankheit sucht, sind Desinfektion, Dekontamination und Isolierung die wenigen Waffen, die wir verteidigen müssen, und die Lösungen müssen weltweit eingesetzt werden. 

Zusätzlich zu UV-C für Wasseraufbereitungszwecke könnte UV-C-Licht in Systeme integriert werden, die sich einschalten, wenn niemand anwesend ist, sagte Zollner. „Dies wäre eine kostengünstige, chemikalienfreie und bequeme Möglichkeit, öffentliche, Einzelhandels-, persönliche und medizinische Räume zu reinigen", sagte er.