A medida que el covid-19 continúa devastando las poblaciones en todo el orbe, los científicos y especialistas de todo el mundo se centran singularmente en encontrar formas de combatir el nuevo virus. Precisamente sobre este tema, un estimado colega, que continuamente nos comparte información, nos comparte esta vez un artículo publicado el pasado 14 de abril, en el boletín de la University of California en Santa Bárbara (UCSB), donde nos informan que investigadores de Solid State Lighting & Energy Electronics Center (SSLEEC), así como empresas asociada a este centro están desarrollando un LED ultravioleta que tienen la capacidad de descontaminar superficies, y potencialmente aire y agua, que han estado en contacto con el virus SARS-CoV-2. Veamos de qué se trata….
"Una aplicación importante es en situaciones médicas: la desinfección de equipos de protección personal, superficies, pisos, dentro de los sistemas de HVAC, etc.", dijo el investigador de materiales Christian Zollner, cuyo trabajo se centra en el desarrollo de la tecnología LED de luz ultravioleta profunda para el saneamiento y fines de purificación. Agregó que ya existe un pequeño mercado para los productos de desinfección UV-C en contextos médicos.
De hecho, últimamente se ha prestado mucha atención al poder de la luz ultravioleta para inactivar el nuevo coronavirus. Como tecnología, la desinfección con luz ultravioleta ha existido por un tiempo. Y aunque es práctico, la eficacia a gran escala contra la propagación del SARS-CoV-2 aún no se ha demostrado.
La luz ultravioleta es muy prometedora: la empresa socio de SSLEEC, Seoul Semiconductor, a principios de abril informó de una "esterilización del 99.9% del coronavirus (COVID-19) en 30 segundos" con sus productos de LED UV. Su tecnología actualmente se está adoptando para uso automotriz, en lámparas LED UV que esterilizan el interior de vehículos desocupados.
Vale la pena señalar que no todas las longitudes de onda UV son iguales. Los rayos UV-A y UV-B, los tipos que recibimos aquí en la Tierra por cortesía del Sol, tienen usos importantes, pero el raro UV-C es la luz ultravioleta elegida para purificar el aire y el agua y para inactivar microbios. Estos sólo pueden generarse a través de procesos creados por el hombre.
"La luz UV-C en el rango de 260 - 285 nm, que es la que se utiliza en las tecnologías de desinfección, también es dañina para la piel humana, por lo que por ahora se usa principalmente en aplicaciones donde no hay personas presentes en el momento de la desinfección", dijo Zollner. De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) advierte contra el uso de lámparas de desinfección ultravioleta para desinfectar las manos u otras áreas de la piel; incluso una breve exposición a la luz UV-C puede causar quemaduras y lesiones oculares.
Antes de que la pandemia por covid-19 ganara impulso mundial, los científicos de materiales en SSLEEC ya estaban trabajando en el avance de la tecnología LED UV-C. Esta área del espectro electromagnético es una frontera relativamente nueva para la iluminación de estado sólido; La luz UV-C se genera más comúnmente a través de lámparas de vapor de mercurio y, según Zollner, "se necesitan muchos avances tecnológicos para que el LED UV alcance su potencial en términos de eficiencia, costo, confiabilidad y vida útil".
En un artículo publicado en la revista ACS Photonics, los investigadores informaron un método más sofisticado para fabricar LEDs de ultravioleta profundo (UV-C) de alta calidad, lo cual implica depositar una película de aleación de semiconductores compuestos por nitruro de aluminio y galio (AlGaN) en un sustrato de carburo de silicio (SiC): una variante del sustrato utilizado mas comúnmente, el zafiro
Según Zollner, el uso de carburo de silicio como sustrato permite un crecimiento más eficiente y rentable del material semiconductor UV-C de alta calidad que el zafiro. Esto, explicó, se debe a la proximidad de las estructuras atómicas de los materiales.
"Como regla general, cuanto más estructuralmente similar (en términos de estructura de cristal atómico) el sustrato y la película son entre sí, más fácil es lograr una alta calidad del material", dijo. Cuanto mejor sea la calidad, mejor será la eficiencia y el rendimiento del LED. El zafiro es estructuralmente diferente, y la producción de material sin defectos y desalineaciones a menudo requiere pasos adicionales complicados. El carburo de silicio no es una combinación perfecta, dijo Zollner, pero permite una alta calidad sin la necesidad de métodos adicionales que son costosos.
Además, el carburo de silicio es mucho menos costoso que el sustrato de nitruro de aluminio "ideal", lo que lo hace más amigable con la producción en masa, según Zollner.
La desinfección de agua portátil y de acción rápida fue una de las principales aplicaciones que los investigadores tenían en mente al desarrollar su tecnología LED UV-C; la durabilidad, confiabilidad y factor de forma pequeño de los diodos cambiarían las reglas del juego en áreas menos desarrolladas del mundo donde no hay agua limpia disponible.
La aparición de la pandemia de covid-19 ha agregado otra dimensión. A medida que el mundo corre para encontrar vacunas, terapias y curas para la enfermedad, la desinfección, la descontaminación y el aislamiento son las pocas armas que tenemos para defendernos, y las soluciones deberán implementarse en todo el mundo. Además de UV-C para fines de saneamiento del agua, la luz UV-C podría integrarse en sistemas que se encienden cuando no hay nadie presente, dijo Zollner.
"Esto proporcionaría una manera conveniente, de bajo costo, libre de químicos y para desinfectar espacios públicos, minoristas, personales y médicos", dijo.
Por el momento, sin embargo, es un juego de paciencia, ya que Zollner y sus colegas esperan la pandemia. La investigación en la UC Santa Bárbara se ha ralentizado para minimizar los esquemas de sana distancia y el contacto de persona a persona.
"Nuestros próximos pasos, una vez que se reanuden las actividades de investigación en UCSB, es continuar nuestro trabajo para mejorar nuestra plataforma AlGaN / SiC para producir los emisores de luz UV-C más eficientes del mundo", dijo.
Otros colaboradores de la investigación incluyen Burhan K. SaifAddin (autor principal), Shuji Nakamura, Steven P. DenBaars, James S. Speck, Abdullah S. Almogbel, Bastien Bonef, Michael Iza y Feng Wu, todos de SSLEEC y / o el Departamento de Materiales en la UCSB.
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