紫外線LEDが科学的景観を照らします

非レーザー光源：紫外線LEDが科学的景観を照らします

スペクトル分布、電力レベル、および規制の問題が異なるため、UV LEDは、消毒、クロマトグラフィー、および蛍光イメージングのアプリケーション向けの水銀アークランプに挑戦します。

紫外線（UV）発光ダイオード（LED） 近年、UV硬化アプリケーションでの最初の使用を超えて、現在の水銀含有UVアークランプに挑戦できる照明レベルに到達するまでに進歩しました。ライフサイエンス市場は今、飢えています 消毒、クロマトグラフィー、蛍光イメージング、およびその他の新しいアプリケーション用のUV光源.

スペクトル分布、電力レベル、規制の問題、およびその他のパラメータの違いにより、UVLEDがUV水銀アークランプに完全に取って代わるかどうかという質問への答えは簡単ではありません。

LED対ランプ

UV LEDは、半導体回路の正（p型または陽極）側から負（n型または陰極）側に電流が流れると光を生成し、pn接合を形成するソリッドステートデバイスです。各UVLEDは、電圧が印加されたときに正にドープされた半導体正孔が負の電子と結合する接合部で狭い帯域幅の光を放出します。

あるいは、従来のUV水銀アークランプは、イオン化された水銀ガス内の電気アークを使用して原子を励起し、原子を励起して崩壊させ、光子を放出します。マイクロ波ランプは、マイクロ波放射を介してガスを励起します。また、キセノンランプはキセノンガス（水銀なし）を使用しますが、連続波（CW）放射ではなく、「フラッシュ」モードでのみ動作します。

適切に設計されている場合、UV LED半導体光源は20,000時間以上の動作時間を持続しますが、従来のUVランプの寿命は約9000時間であり、LED光源の寿命の半分未満です。

太陽は、UV放射の全スペクトルの光源であり、通常、UV-A（315〜400 nm）、UV-B（280〜315 nm）、およびUV-C（200〜280 nm）の光に細分されます。通常、UV LEDは、特定の波長±10nmを中心とする狭いスペクトル出力を持っています。

従来のUVアプリケーション

UVスペクトル全体の多くのアプリケーションは、従来のランプまたはUV LED光源のいずれかを使用します（図1を参照）。 UV LEDの普及率と使用率が最も高いのは接着剤硬化アプリケーションですが、技術の進化に伴い、消毒、クロマトグラフィー、蛍光イメージングなどのアプリケーションが出現し続けています。信頼性、寿命、瞬時のオンオフ、およびより低い動作温度の利点を備えたUV LEDソリューションは、多くのアプリケーションで水銀ランプに取って代わることに成功しています。

たとえば、産業用UV硬化アプリケーションの場合、ほとんどの材料会社は、UV LEDの狭い波長をサポートするために、インク、コーティング、および接着剤を変更しています。ただし、表面硬化は課題でした。幸いなことに、深紫外線（UV-C）LEDの放射照度と出力は時間の経過とともに向上し続け、最も困難な表面硬化でも従来の水銀ランプに取って代わるUVLEDの能力が向上します。

除染と消毒

UV LEDは生体分子や微生物を不活性化（不活性化）するのにどれほど効果的ですか？答えは、UV光源のスペクトル強度と線量にあります。たとえば、UV-Cライトは、その有効性から「殺菌UV」として知られています。 除染 および 消毒 （図2を参照）。特定の波長は生体分子内のさまざまな結合に影響を与えますが、ヌクレオチドとタンパク質の両方を深紫外線によって修飾することができます。要するに、微生物と生物学的材料の両方が適切な線量の光で不活化される可能性があります。

高輝度UVLEDテクノロジーは、ランプと比較して比類のないレベルの深紫外線放射照度を提供し、短波長を必要とする除染および消毒アプリケーションの機能を向上させます。

汚染物質を数分で完全に不活化できる高放射照度UVLED技術は、現在、DNAやRNAなどの生体分子や微生物を不活化するために研究所や製造施設で使用されています。

上気道や粘膜に有害なRNaseAのような硬い標的は、適切な波長と強度のUV光で完全に不活化することができます。特定の分子結合をターゲットにすることにより、UV LEDテクノロジーは、水銀ランプなどのブロードバンドソースよりも低い総消費電力で優れた効果を発揮します。実験室の汚染物質の完全な不活化は、5分未満で従来の方法の数分の1のコストでUVLEDによって達成できます。

酵素不活化のための高放射照度UVLEDライトエンジンの使用に関するPhoseon（Hillsboro、OR）の研究は、放射照度（強度）と放射フルエンス（用量）の両方がRNase A酵素の急速な不活化に寄与することを示しています（図3を参照） 。

275 nmの紫外線は、ジスルフィド結合の近位にある芳香族アミノ酸への影響を介してRNaseAに作用すると考えられています。 365 nmの波長は、RNaseA反応ポケットを不安定化する目的でリジン側鎖をターゲットとしています。これらの2つの波長は相乗的に相互作用して、どちらかが単独でできるよりも速く、より完全にRNaseAを不活性化します。この研究は、表面上のRNaseの新規で、高速で、便利な不可逆的不活性化法として、高強度UVLED照射の使用をサポートしています。

クロマトグラフィーと分光法

重水素ランプとUVLED光源の両方を、クロマトグラフィーおよび分析機器の検出システムとして使用できます。ソリッドステートLEDベースのUV検出器は、重水素ランプよりも高い感度および/またはダイナミックレンジ、低ノイズ、およびより低温で制御可能な動作を提供し、大幅に安定しています。それらはミリ秒単位で完全な明るさまで点灯しますが、従来の光学検出システムは、光源として使用されるアークランプのためにかさばり、起動が遅くなります。ユーザーにとっての恩恵として、固体光源は10,000時間以上持続しますが、重水素ランプはわずか2000時間です。

自家蛍光イメージング

バレット食道は、下部食道の上皮細胞が小腸の上皮細胞に似るように形態を変化させる前癌状態です。初期の新生物は、従来の白色光内視鏡検査を使用して検出するのが難しい場合があります。実際、バレット食道のスクリーニングには、現在、時間のかかる生検と病理学が必要です。

バレットの形態のリアルタイムイメージングシステムへの移行において、Phoseonは275および365nmのUVLEDを使用して組織の自家蛍光を励起しました。ブタの食道および十二指腸組織の裏打ちは、特徴的なバレットのより腸の裏打ち表現型への移行で明らかな変化の最初のステップモデルとして使用されました。自家蛍光の波長と強度の違いを簡単に確認できる画像を、Apple iPhoneCMOSカメラを使用してキャプチャして分析しました。

UV LEDで照射された内腔組織の単純なRGB画像分析は、食道組織と十二指腸組織を区別するためのベースラインを提供できます。自家蛍光組織の識別は365nmの励起のみで可能ですが、275nmの照明を追加すると結果が劇的に向上します。

タグ： クロマトグラフィーと分光法 | 自家蛍光イメージング | ライフサイエンス用UVLED | 非レーザー光源 | 除染と消毒
カテゴリ： 除染と消毒 | 自家蛍光イメージング | クロマトグラフィーと分光法