Baru-baru ini, tim peneliti Li Dabing dan Sun Xiaojuan dari Institut Optik, Mekanika Halus dan Fisika Changchun, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dan tim peneliti Xu Ke dari Laboratorium Kunci Negara Virologi Universitas Wuhan melakukan rekayasa stres, persiapan perangkat dan persiapan perangkat LED ultraviolet dalam berbasis AlGaN epitaksi pada substrat templat AlN/sapphire dengan tekanan tekan yang kuat, serta penelitian tentang efisiensi sanitasi virus RNA pernapasan manusia. LED ultraviolet dalam berbasis AlGaN dengan panjang gelombang puncak berbeda 256 nm, 265 nm, dan 278 nm telah disiapkan, yang memiliki efek sanitasi yang sangat baik pada virus RNA pernapasan manusia.
Latar belakang:
Virus RNA pernapasan manusia, seperti SARS-CoV-2 dan influenza A (IAV), menyebabkan kesakitan, kematian, kerugian ekonomi, dan penyakit pandemi yang signifikan di seluruh dunia. Oleh karena itu, terdapat kebutuhan untuk mengembangkan metode desinfeksi permukaan dan lingkungan yang lebih efisien dan berspektrum luas untuk mengurangi risiko penularan virus RNA pernapasan pada manusia.
Sinar ultraviolet dalam adalah cara efektif untuk menonaktifkan virus dengan mengganggu genomnya. Lampu merkuri biasanya digunakan untuk membersihkan virus, namun memiliki kelemahan yaitu toksisitas, kerapuhan, ukuran besar, umur pendek, dan pembentukan ozon. Berdasarkan Konvensi Minamata, produksi, impor dan ekspor produk yang mengandung merkuri dilarang mulai tahun 2020. Terdapat kebutuhan mendesak akan produk sanitasi yang ramah lingkungan dan efisien. LED UV dalam AlGaN dapat disetel dari 365 nm hingga 210 nm dan merupakan alternatif untuk sterilisasi lampu merkuri karena non-polusi, ukurannya kecil, dan hemat energi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Penelitian telah menunjukkan bahwa LED ultraviolet dalam berbasis AlGaN dapat secara efektif menonaktifkan bakteri seperti Escherichia coli, Staphylococcus aureus, dan Candida albicans, dan bakteri yang berbeda memiliki sensitivitas yang berbeda terhadap panjang gelombang yang berbeda. Panjang gelombang di bawah 260 nm memiliki efek inaktivasi yang baik terhadap bakteri. Namun, penelitian tentang efek sanitasi LED berbasis AlGaN pada SAR-CoV-2 dan IAV biasanya terfokus pada 265~365 nm, dan memiliki mode sumber cahaya terintegrasi dan konsentrasi virus yang rendah. Inaktivasi SARS-CoV-2 dan IAV oleh LED UV dalam berbasis AlGaN yang lebih portabel dan memiliki panjang gelombang lebih pendek harus diperkirakan dengan lebih akurat.
LED UV dalam berbasis AlGaN biasanya heteroepitaksial pada templat AlN/safir. Selama dua dekade terakhir, templat AlN/safir berkualitas tinggi telah diperoleh melalui berbagai metode, di antaranya metode anil suhu tinggi mungkin merupakan aplikasi industri yang paling menjanjikan karena kesederhanaan, efisiensi, dan stabilitasnya. Namun, templat AlN/safir anil panas bersuhu tinggi biasanya menunjukkan tekanan tekan yang kuat, yang secara signifikan dapat mempengaruhi kualitas AlGaN bagian atas.
Di satu sisi, tegangan tekan yang kuat dapat menginduksi pola pertumbuhan SK, menghasilkan struktur pulau tiga dimensi yang menghasilkan dislokasi benang dengan kepadatan tinggi dan permukaan kasar. Di sisi lain, tegangan tekan yang kuat dapat menimbulkan efek traksi, sehingga menghasilkan komposisi yang tidak homogen dan efisiensi doping yang rendah. Selain itu, tekanan tekan yang kuat kemungkinan besar akan menurunkan kualitas perangkat selama proses pembuatan. Oleh karena itu, relaksasi tegangan tekan yang kuat diperlukan untuk perangkat epitaksi pada cetakan AlN/safir tegangan tekan yang kuat.
Sorotan Penelitian:
Menanggapi permasalahan di atas, tim peneliti Li Dabing dan Sun Xiaojuan dari Institut Optik, Mekanika Halus dan Fisika Changchun, Akademi Ilmu Pengetahuan China, dan tim peneliti Xu Ke dari Laboratorium Kunci Negara Virologi Universitas Wuhan melakukan stres. rekayasa, persiapan perangkat, dan persiapan perangkat LED ultraviolet dalam berbasis AlGaN epitaksi pada substrat templat AlN/safir dengan tegangan tekan yang kuat, serta penelitian tentang efisiensi perangkat dalam membersihkan virus RNA pernapasan manusia.
Ditemukan bahwa dengan memasukkan struktur superlattice antara tegangan tekan kuat substrat AlN/safir dan lapisan epitaksi AlGaN, tegangan tekan kuat substrat pada lapisan epitaksi dapat dikurangi secara efektif, dan kepadatan dislokasi lapisan epitaksi AlGaN adalah berkurang lebih dari satu urutan besarnya dibandingkan dengan metode epitaksi langsung, dan permukaannya memiliki perataan tingkat atom, yang secara signifikan dapat meningkatkan kualitas antarmuka LED epitaksi.
Berdasarkan metode ini, tim peneliti membuat LED ultraviolet dalam berbasis AlGaN dengan panjang gelombang puncak berbeda yaitu 256 nm, 265 nm, dan 278 nm, sesuai dengan daya optik 6,8 mW, 9,6 mW, dan 12,5 mW pada 100 mA.
Pada saat yang sama, tim peneliti mempelajari efek sanitasi dari panjang gelombang yang berbeda pada virus RNA pernapasan manusia SARS-CoV-2, IAV, dan virus parainfluenza manusia (HPIV) pada kepadatan daya optik yang sama (0. 8mW/cm2). Hasilnya menunjukkan bahwa semua panjang gelombang LED membersihkan 100% SARS-CoV-2 dan IAV dalam waktu 60 detik pada konsentrasi virus 3,8×105 PFU/mL. Diantaranya, LED 256 nm dapat membersihkan 100% SARS-CoV-2 dan IAV dalam 10 detik, menunjukkan efisiensi sanitasi yang lebih tinggi dibandingkan LED dengan panjang gelombang panjang.
Selain itu, pada konsentrasi virus yang lebih tinggi dan permukaan penempelan virus yang berbeda, LED 256 nm juga menunjukkan efek sanitasi yang sangat baik. Hasil ini akan membantu LED UV dalam untuk mendisinfeksi virus dengan cara yang lebih portabel, ramah lingkungan, berspektrum luas, dan efisien.
Gbr.1 Panjang gelombang kerja dan struktur LED ultraviolet dalam berbasis AlGaN dan penerapannya di bidang sanitasi
Karya ini didasarkan pada tema "Inaktivasi cepat virus RNA pernapasan manusia dengan iradiasi ultraviolet dalam dari dioda pemancar cahaya pada template AlN/Sapphire anil suhu tinggi" Judul ini diterbitkan di Opto-Electronic Advances, Edisi 9, 2023 .
