과학적 풍경을 밝혀주는 자외선 LED

생명 과학을위한 LED 기술

비 레이저 광원 : 자외선 LED가 과학적 풍경을 밝혀줍니다.

스펙트럼 분포, 전력 수준 및 규제 문제의 차이로 인해 UV LED는 소독, 크로마토 그래피 및 형광 이미징 응용 분야에서 수은 아크 램프에 도전합니다.

자외선 (UV) 발광 다이오드 (LED) 최근 몇 년 동안 UV 경화 응용 분야에서 초기 사용을 넘어서 기존의 수은 함유 UV 아크 램프에 도전 할 수있는 조명 수준에 도달했습니다. 생명 과학 시장은 이제 소독, 크로마토 그래피, 형광 이미징 및 기타 새로운 응용 분야를위한 UV 광원.

스펙트럼 분포, 전력 수준, 규제 문제 및 기타 매개 변수의 차이로 인해 UV LED가 UV 수은 아크 램프를 완전히 대체할지 여부에 대한 대답은 쉽지 않습니다.

LED 대 램프

UV LED는 반도체 회로의 양극 (p 형 또는 양극) 측에서 음극 (n 형 또는 음극) 측으로 전류가 흐를 때 빛을 생성하여 pn 접합을 생성하는 고체 상태 장치입니다. 각 UV LED는 전압이 적용될 때 양극 도핑 된 반도체 정공이 음극 전자와 결합하는 접합부에서 좁은 대역폭의 빛을 방출합니다.

또는 기존의 UV 수은 아크 램프는 이온화 된 수은 가스 내부의 전기 아크를 사용하여 원자를 여기시킨 다음 붕괴하여 광자를 방출합니다. 마이크로파 램프는 마이크로파 방출을 통해 가스를 여기시킵니다. 크세논 램프는 크세논 가스 (수은 없음)를 사용하지만 연속파 (CW) 방출이 아닌 "플래시"모드에서만 작동 할 수 있습니다.

제대로 설계되면 UV LED 반도체 소스는 작동 시간이 20,000 시간 이상 지속되는 반면, 기존 UV 램프 수명은 LED 소스 수명의 절반도 안되는 약 9000 시간입니다.

태양은 일반적으로 UV-A (315 ~ 400nm), UV-B (280 ~ 315nm) 및 UV-C (200 ~ 280nm) 광선으로 세분되는 전체 UV 스펙트럼의 원천입니다. 일반적으로 UV LED는 특정 파장 (± 10nm)을 중심으로 좁은 스펙트럼 출력을 갖습니다.

전통적인 UV 응용

UV 스펙트럼의 많은 응용 분야에서는 기존 램프 또는 UV LED 광원을 사용합니다 (그림 1 참조). UV LED의 가장 높은 침투 및 사용은 접착제 경화 응용 분야에 있습니다. 그러나 소독, 크로마토 그래피 및 형광 이미징과 같은 응용 분야는 기술이 발전함에 따라 계속해서 등장하고 있습니다. 신뢰성, 수명, 즉각적인 온-오프 및 낮은 작동 온도의 이점을 갖춘 UV LED 솔루션은 다양한 응용 분야에서 수은 램프를 성공적으로 대체하고 있습니다.

UV LED 파장
그림 1. 자외선 광원은 200 ~ 400nm의 일련의 파장에 걸쳐 있습니다.

예를 들어, 산업용 UV 경화 응용 분야의 경우 대부분의 재료 회사는 UV LED의 좁은 파장을 지원하기 위해 잉크, 코팅 및 접착제를 수정했습니다. 그러나 표면 경화는 도전이었습니다. 다행히도 deep-UV (UV-C) LED 조도 및 전력은 시간이 지남에 따라 지속적으로 개선되어 가장 까다로운 표면 경화에서도 기존 수은 램프를 대체 할 수있는 UV LED의 능력이 향상됩니다.

오염 제거 및 소독

UV LED는 생체 분자와 미생물을 비활성화 (비활성화)하는 데 얼마나 효과적입니까? 대답은 UV 소스의 스펙트럼 강도와 선량에 있습니다. 예를 들어, UV-C 광선은 다음과 같은 효과 때문에 "살균 UV"로 알려져 있습니다. 오염 제거 소독 (그림 2 참조). 특정 파장은 생물학적 분자 내에서 서로 다른 결합에 영향을 주지만 뉴클레오티드와 단백질은 모두 자외선에 의해 변형 될 수 있습니다. 요컨대, 미생물과 생물학적 물질 모두 적절한 양의 빛으로 비활성화 될 수 있습니다.

오염 제거 및 소독을위한 UV LED
그림 2. UV LED는 특히 deep-UV 파장에 대해 오염 제거와 소독을 모두 제공 할 수 있습니다.

고강도 UV LED 기술은 램프에 비해 타의 추종을 불허하는 수준의 딥 UV 조사를 제공하여 단파장이 필요한 오염 제거 및 소독 응용 분야를위한 향상된 기능을 제공합니다.

몇 분 만에 오염 물질을 완전히 비활성화 할 수있는 고조도 UV LED 기술은 현재 연구 실험실 및 제조 시설에서 DNA 및 RNA와 같은 생물학적 분자와 미생물을 비활성화하는 데 사용되고 있습니다.

상부 호흡기 및 점막에 유해한 RNase A와 같은 딱딱한 표적은 적절한 파장과 자외선 강도로 완전히 비활성화 될 수 있습니다. 특정 분자 결합을 목표로하는 UV LED 기술은 수은 램프와 같은 광대역 소스보다 낮은 총 전력 소비로 더 큰 효능을 보여줍니다. UV LED를 사용하면 기존 방법보다 훨씬 적은 비용으로 5 분 이내에 실험실 오염 물질을 완전히 비활성화 할 수 있습니다.

효소 불 활성화를위한 고조도 UV LED 조명 엔진의 사용에 대한 Phoseon (Hillsboro, OR)의 연구에 따르면 방사 조도 (강도)와 방사 플루 언스 (선량) 모두 RNase A 효소의 빠른 불 활성화에 기여합니다 (그림 3 참조). .

RNase A의 비활성화
그림 3. 두 개의 서로 다른 UV 파장은 RNase A의 비활성화를 수행하기 위해 상승적으로 작용합니다.

275 nm의 자외선은 이황화 결합에 인접한 방향족 아미노산에 대한 영향을 통해 RNase A에 작용하는 것으로 생각됩니다. 365nm 파장은 RNase A 반응 포켓을 불안정하게 만들려는 의도로 라이신 측쇄를 목표로합니다. 이 두 파장은 시너지 효과로 상호 작용하여 RNase A를 단독으로 할 수있는 것보다 더 빠르고 완벽하게 비활성화합니다. 이 연구는 표면의 RNase에 대한 새롭고 빠르고 편리한 비가역 비활성화 방법으로 고강도 UV LED 조사를 사용하는 것을 지원합니다.

크로마토 그래피 및 분광학

중수소 램프와 UV LED 광원은 모두 크로마토 그래피 및 분석 기기의 검출 시스템으로 사용할 수 있습니다. 고체 LED 기반 UV 감지기는 중수소 램프보다 더 높은 감도 및 / 또는 동적 범위, 더 낮은 소음, 더 차갑고 제어 가능한 작동을 제공하며 훨씬 더 안정적입니다. 광원으로 사용되는 아크 램프로 인해 기존의 광학 감지 시스템은 부피가 크고 시작 속도가 느립니다. 사용자에게 혜택으로 고체 광원은 10,000 시간 이상 지속되며 중수소 램프의 경우 2000 시간에 불과합니다.

자가 형광 이미징

Barrett의 식도는 하부 식도의 상피 세포가 소장의 상피 세포와 유사하게 형태를 바꾸는 전암 상태입니다. 초기 종양은 기존의 백색광 내시경 검사를 사용하여 감지하기 어려울 수 있습니다. 실제로 Barrett 식도 검사에는 시간이 많이 걸리는 생검 및 병리학이 필요합니다.

Barrett의 형태를위한 실시간 이미징 시스템을 향한 이동에서 Phoseon은 275 및 365nm UV LED를 사용하여 조직자가 형광을 활성화했습니다. 돼지 식도 및 십이지장 조직의 내벽은 특징적인 Barrett의 장 내벽 표현형으로의 전환과 함께 명백한 변화에 대한 첫 번째 단계 모델로 사용되었습니다. 자가 형광 파장과 강도에서 쉽게 눈에 띄는 차이를 보여주는 이미지를 Apple iPhone CMOS 카메라를 사용하여 캡처하고 분석했습니다.

UV LED 조명 루멘 조직의 간단한 RGB 이미지 분석은 식도와 십이지장 조직 간의 조직 구별에 대한 기준을 제공 할 수 있습니다. 365nm 여기만으로자가 형광 조직 식별이 가능하지만 275nm 조명을 추가하면 결과가 크게 향상됩니다.

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