紫外光LED照亮科学版图

非激光光源。紫外光LED照亮科学领域

由于在光谱分布、功率水平和监管问题上的差异，紫外LED对汞弧灯的消毒、色谱和荧光成像应用提出了挑战。

紫外线（UV）发光二极管(LEDs) 近年来，它们的进步已经超越了最初在紫外线固化应用中的使用，达到了可以挑战现有含汞紫外弧光灯的照明水平。生命科学市场现在渴望得到 紫外线光源用于消毒、色谱、荧光成像等新兴应用。.

由于光谱分布、功率水平、法规问题等参数的差异，UV LED是否会完全取代紫外汞弧灯，这个问题的答案并不容易回答。

LED与灯的比较

UV LED是固态器件，当电流从半导体电路的正极（p型或阳极）侧流向负极（n型或阴极）侧，形成p-n结时，就会产生光。每个UV LED在正掺杂的半导体空穴与负电子结合的交界处发出窄带宽的光，当施加电压时。

另外，传统的紫外线汞弧灯使用电弧在电离汞气体中激发原子，然后原子衰变，发出光子。微波灯则是通过微波发射来激发气体。虽然氙灯使用氙气（不含汞），但它们只能在 "闪光 "模式下工作，而不是连续波（CW）发射。

如果工程设计得当，UV LED半导体光源的使用寿命超过20000小时，而传统UV灯的寿命约为9000小时--不到LED光源寿命的一半。

太阳是全光谱紫外线辐射的来源，通常可细分为UV-A（315-400nm）、UV-B（280-315nm）和UV-C（200-280nm）光。通常情况下，UV LED的光谱输出很窄，以特定的波长为中心，±10nm。

传统的紫外线应用

紫外光谱的许多应用都使用传统的灯或紫外LED光源（见图1）。紫外LED的渗透率和使用率最高的是胶粘剂固化应用--然而，随着技术的发展，诸如消毒、色谱和荧光成像等应用也在不断涌现。凭借可靠性、寿命、即时开关和较低的工作温度等优势，UV LED解决方案在众多应用中成功取代了汞灯。

例如，对于工业UV固化应用，大多数材料公司已经对油墨、涂料和粘合剂进行了改造，以支持UV LED的窄波长。然而，表面固化一直是一个挑战。幸运的是，随着时间的推移，深紫外(UV-C)LED的辐照度和功率不断提高，增加了UV LED取代传统汞灯的能力，即使是在最具挑战性的表面固化中。

去污和消毒

紫外LED对生物分子和微生物的灭活（使其失去活性）效果如何？答案在于紫外光源的光谱强度和剂量。例如，UV-C光因其在以下方面的效果而被称为 "杀菌紫外线"。 去污 和 消毒 见图2）。虽然某些波长会影响生物分子内的不同键，但核苷酸和蛋白质都可以被深紫外光改造。简而言之，微生物和生物材料都可以通过适当剂量的光来灭活。

与灯管相比，高强度紫外LED技术提供了无与伦比的深紫外辐照度，为需要短波长的净化和消毒应用提供了更好的能力。

高辐照度UV LED技术能够在几分钟内完全灭活污染物，目前研究实验室和生产设施正在使用该技术灭活DNA和RNA等生物分子以及微生物。

通过适当的波长和强度的紫外线，可以完全灭活RNase A等对上呼吸系统和粘膜有害的硬目标。通过瞄准特定的分子键，紫外LED技术比汞灯等宽带光源具有更高的效率和更低的总功耗。紫外LED可以在5分钟内完成实验室污染物的完全灭活，而且成本仅为传统方法的一小部分。

Phoseon(Hillsboro, OR)对使用高辐照度UV LED光引擎进行酶灭活的研究表明，辐照度(强度)和辐射通量(剂量)都有助于RNase A酶的快速灭活(见图3)。

275纳米的紫外线被认为是通过对二硫键附近的芳香族氨基酸的影响来作用于RNase A。365nm波长的紫外线是针对赖氨酸侧链的，目的是破坏RNase A反应袋的稳定。这两种波长协同作用，比单独使用其中一种波长更快、更彻底地灭活RNase A。该研究支持将高强度紫外LED照射作为一种新型、快速、便捷的表面RN酶不可逆灭活方法。

色谱学和光谱学

氘灯和紫外LED光源都可以作为色谱和分析仪器的检测系统。基于固态LED的紫外检测器比氘灯具有更高的灵敏度和/或动态范围，更低的噪音，更低的温度，更可控的操作，并且明显更稳定。它们可以在几毫秒内开启至全亮度，而传统的光学检测系统由于使用弧光灯作为光源，体积庞大，启动缓慢。作为用户的福音，固态光源的寿命可达10,000小时以上，而氘灯的寿命只有2,000小时。

自体荧光成像

巴雷特食管是一种癌前病变，食管下段上皮细胞形态发生改变，与小肠上皮细胞相似。使用传统的白光内镜很难发现早期肿瘤--实际上，目前巴雷特食管的筛查需要耗时的活检和病理检查。

在走向巴雷特氏症形态学的实时成像系统中，Phoseon使用275和365nm紫外LED激发组织自体荧光。猪食道和十二指肠组织的内膜被用作第一步模型，用于特征性巴雷特氏过渡到更多的肠道内膜表型的明显变化。使用苹果iPhone CMOS相机拍摄了显示自体荧光波长和强度容易看到的差异的图像，并进行了分析。

紫外LED照明腔组织的简单RGB图像分析可以为食管和十二指肠组织之间的组织识别提供基线。虽然自体荧光组织辨别是可能与365 nm的激发单独，结果显著改善时275 nm的照明添加。

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