UV-LEDs erkennen und desinfizieren

Intensive, kühle und langlebige UV-LEDs übertreffen UV-Lampen und können Bildgebungsanwendungen aufhellen

Von GEN News

Biomolekulare Verunreinigungen mögen kein Scheinwerferlicht, besonders wenn es sich um einen ultravioletten (UV) Scheinwerfer handelt. Biomolekulare Verunreinigungen müssen also das intensive Blendlicht von Dekontaminationssystemen hassen, die UV-Licht emittierende Dioden (LEDs) verwenden. Eines dieser Systeme hat kürzlich gezeigt, dass es RNase A irreversibel inaktivieren kann - eine weit verbreitete Verunreinigung in RNA-Sequenzierungs- und Analyselabors.

Dekontaminationssysteme sind nicht die einzigen Systeme, die die Vorteile der UV-LED-Technologie nutzen. Durch die Integration der UV-LED-Technologie verbessern Chromatographie-/Spektroskopiegeräte ihre Detektionsfähigkeiten, und Sterilisationssysteme erhöhen ihre keimtötende Wirkung.

Alle diese UV-LED-Systeme sind von Phoseon Technology erhältlich, einem Unternehmen, das einen starken Hintergrund bei Festkörper-Halbleitergeräten hat. Vor nicht allzu langer Zeit waren die UV-LEDs von Phoseon noch auf industrielle Aushärtungsprozesse beschränkt. Jetzt dringen diese UV-LEDs in die Biowissenschaften vor, ersetzen relativ ineffiziente UV-Lampen und machen den Einsatz von aggressiven Chemikalien und langfristigen Wärmebehandlungen überflüssig. Die UV-LEDs des Unternehmens ermutigen sogar UV-Visionäre, ehrgeizigere Anwendungen zu erwarten.

UV-Licht im UV-C-Frequenzband, oder "tiefes UV", hatte schon immer die Fähigkeit, Fluoreszenz in biologischem Material zu induzieren. Aber jetzt, wo UV-C-Licht dank der UV-LED-Technologie so viel effektiver eingesetzt werden kann, werden die einst unpraktischen Anwendungen realistischer. So ist zum Beispiel die markierungsfreie Fluoreszenzbildgebung, bei der Moleküle in Geweben angeregt, nachgewiesen und möglicherweise verändert werden, eine baldige Möglichkeit in der biowissenschaftlichen Forschung. Auch diagnostische Anwendungen sind attraktive Möglichkeiten, auch wenn es etwas länger dauern wird, sie zu realisieren.

Mit der Phoseon UV-LED-Technologie inaktivierten die Forscher das allgegenwärtige Kontaminationsmittel RNase A und boten damit eine Alternative zur chemischen oder thermischen Dekontamination.

Eine glänzende Idee

Im Jahr 2002 begann Phoseon mit der Lieferung von UV-LEDs, die für die industrielle Aushärtung der Vernetzung von Polymerketten in Klebstoffen und Beschichtungen optimiert waren. Dann beschloss Phoseon, seine Kerntechnologie zu nutzen, um die Leistung, Stabilität und Kontrolle, die sie in der industriellen Anwendung auszeichnet, in die Lebenswissenschaften zu bringen. Der scheinbare Vorstoß in die Biowissenschaften, der offiziell 2017 begann, war eigentlich der Höhepunkt von Vorbereitungs- und Analysearbeiten, die bis ins Jahr 2011 zurückreichten.

Obwohl die industrielle Härtung und die Biowissenschaften sehr unterschiedlich sind, können beide vom Fortschritt in der UV-Technologie profitieren. Traditionelle UV-Technologien basieren auf Xenon-, Halogen-, Quecksilber- oder Deuterium-Lichtquellen. Diese Quellen sind relativ langsam für die Dekontamination und erzeugen übermäßige Wärme.

"Die UV-Lampen sprühen Funken, und ihre Leistung lässt mit der Zeit nach", sagt Chad Taggard, Vice President und General Manager der Life-Sciences-Sparte von Phoseon. "Außerdem benötigen sie eine hohe Spannung."

Viele der Einschränkungen von UV-Lampen können durch UV-LEDs überwunden werden, die auf Festkörperelektronik aufgebaut sind und langfristige Konsistenz bieten. "Die Intensität ist von Minute zu Minute und von Jahr zu Jahr die gleiche", bemerkt Jay Pasquantonio, der Strategiedirektor von Phoseon. "Sie ist auch Jahre später noch die gleiche wie am ersten Tag. Das ist wichtig, wenn man über die Wiederholbarkeit von Prozessen nachdenkt. Wir können mehr Leistung in Bezug auf die UV-Intensität bieten als jeder andere, zusammen mit Kontrolle und Stabilität."

Insbesondere, so sagt er, bietet die Halbleiter-Lichtmatrix (SLM™)-Technologie von Phoseon:

• Inaktivierung von Molekülen (einschließlich Enzymen) und Mikroorganismen, die bisher nur durch Chemikalien oder große Hitze inaktiviert werden konnten.
• Niedrigere Betriebstemperaturen (bis zu 40°C im Vergleich zu 200°C bei konkurrierenden Technologien).
• Sofortige Inbetriebnahme.
• Eine Lebensdauer von mehr als 10.000 Stunden.

"Die UV-LED-Desinfektion ist viel schneller als andere Methoden", erklärt Pasquantonio und weist darauf hin, dass einige Gegenstände innerhalb weniger Minuten desinfiziert werden können, während die gleiche Desinfektion mit anderen Technologien 30 Minuten oder länger dauern würde. "Wenn wir den Arbeitsablauf im Labor produktiver gestalten können, ist das ein Gewinn für unsere Kunden."

Zusätzlich erweitern durchstimmbare Wellenlängen die Möglichkeiten. Zum Beispiel decken die KeyView-Festkörperdetektoren von Phoseon für die Chromatographie Wellenlängen von 210 bis 800 nm ab, während neue, tiefe UV-Technologien Wellenlängen von 215 nm und 220 nm für die Protein- und Elementaranalyse ermöglichen.

Da die Dekontaminationstechnologie von Phoseon in nur wenigen Minuten arbeitet und keine Rückstände hinterlässt, sparen die Forscher viel Zeit und Geld.

Innovation in UV-Geschwindigkeit

Phoseon hat eine Kultur der kontinuierlichen Innovation entwickelt. Das Unternehmen ermutigt seine Wissenschaftler, Ingenieure und Manager, unablässige Veränderungen anzunehmen und die Bedürfnisse der Kunden nach besseren und schnelleren Produkten zu antizipieren.

"Wir neigen dazu, schneller zu sein als unsere Kunden", bemerkt Taggard. "Wir haben eine disruptive Technologie, und wir bewegen uns schnell, um Lösungen auf den Markt zu bringen. Wir wollen immer schneller werden."

Phoseon, ungeduldig mit der scheinbaren "Lähmung durch Analyse" des Marktes, beschloss, sein KeyPro-Dekontaminationssystem im vergangenen März auf den Markt zu bringen, weit vor dem Zeitplan. (KeyPro ermöglicht es RNA-Forschern und Laborleitern, Geräte nach der Zugabe von Reagenzien und kurz vor der Zugabe von Proben zu dekontaminieren.)

"Ehrlich gesagt, sind wir in der Regel schneller als interne Entwicklungsteams", erklärt Taggard. "Das bedeutet, dass wir mehr sein können als nur ein Lieferant. Wir können eine Erweiterung des F&E-Teams des Kunden sein. Wenn ein Kunde sich auf dieses Modell einlässt, können wir ihm helfen, ein Produkt schneller auf den Markt zu bringen. Bei KeyPro wussten wir, dass wir das Projekt schnell abschließen und es sowohl Unternehmen als auch Endanwendern zur Verfügung stellen können, also sagten wir: 'Lasst es uns tun!'"

Mit dem KeyPro-Dekontaminationssystem kann der Anwender die Geräte erst kurz vor der Zugabe der Probe dekontaminieren und so die Möglichkeit einer Kontamination reduzieren.

Es ist Phoseon Inside

Obwohl der KeyPro und eine Handvoll anderer Lösungen für Endanwender konzipiert sind, werden die meisten Lichtquellen von Phoseon als Subsysteme an OEMs in aller Welt verkauft. "Die Entwicklung verfolgt einen zweigleisigen Ansatz", erklärt Taggard. Die Ingenieure und Wissenschaftler des Unternehmens konzentrieren sich auf die Erforschung der physikalischen, chemischen und biologischen Wechselwirkungen des Lichts und konzentrieren sich dabei ganz auf LEDs. Das Ziel ist es, die vorgefassten Grenzen von Leistung, Stabilität, Empfindlichkeit und Miniaturisierung kontinuierlich zu überschreiten und den Nutzen der UV-LED als Lichtquelle zu erhöhen.

Wenn Phoseon mit einem Kunden zusammenarbeitet, arbeiten die Mitarbeiter von Phoseon eng mit ihren Kollegen beim Kunden zusammen. "Wir synchronisieren unser System mit dem System des OEMs, führen Experimente durch, um Wirksamkeitsdaten zu erhalten, und lassen unsere Ingenieure eng mit den Ingenieuren des OEMs zusammenarbeiten", erklärt Taggard. Später stellt Phoseon sicher, dass es die Informationen hat, die das Marketingteam des OEMs benötigt.

Phoseon erhält auch Input von den Endanwendern. "Es gibt eine Menge Dinge, die eine UV-LED tun kann", bemerkt Taggard. "Es wird zu einem Schwungrad dessen, was möglich ist", wenn Kunden sich für die Erweiterung von Anwendungen für eine Lösung interessieren und dann immer mehr tun.

Ein Beispiel für eine expandierende UV-LED-Anwendung ist die Sterilisation. In den Vereinigten Staaten sind die meisten chirurgischen Instrumente Einweginstrumente, aber in Europa wird von Einweginstrumenten abgeraten. Wenn Instrumente wiederverwendet werden, müssen die Aufbereitungstechnologien gründlich sein, ohne die Funktion der Instrumente zu beeinträchtigen. Die Ultraviolett-Desinfektion ist eine Aufbereitungstechnologie, die eine kürzere Durchlaufzeit bietet als chemische und thermische Methoden.

Die UV-C-Technologie ist ein weiteres Beispiel. UV-C kann nicht nur effektiv desinfizieren, sondern auch biologische Moleküle erkennen und verändern. Diese Autofluoreszenz-Fähigkeit macht es nützlich für hochspezialisierte Bildgebung. Letztendlich kann es für die Diagnostik am Krankenbett verwendet werden, um Krankheitszustände zu identifizieren.

"Unsere Ziele sind ziemlich einfach", sagt Taggard. "Wir wachsen sehr schnell, und wir wollen, dass das so bleibt." Die größte Herausforderung in dieser Hinsicht ist, wie bei jeder disruptiven Technologie, die Überwindung der Trägheit des Marktes. Während potenzielle Kunden und deren Endanwender die Vorteile dieses Ansatzes für die Desinfektion, Sterilisation, Dekontamination und Chromatographie anerkennen, dauert es seine Zeit, bis die OEMs die UV-LED-Technologie in ihre Produkte integrieren. Letztendlich wird sich diese Herausforderung auf die Diagnostik ausweiten.

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