UV -ljus inaktiverar bakterier i dricksvatten. Tills nu, desinfektionsprocessen förlitar sig på kvicksilverånga lampor, som avger ljus i UV -spektrumet. Dock, kvicksilver är en tungmetall som påverkar människors hälsa och miljön. Fraunhoferforskare undersöker ett grönare och mer effektivt alternativ, som använder UV -lysdioder för att förstöra bakteriellt DNA. Tekniken är också lämplig för att desinficera bryggvatten och för att desinficera locken för öl på flaska, läsk, och mineralvatten under påfyllningsprocessen.

Sommartid är ölträdgårdstid. För att säkerställa rent vatten för öl av hög kvalitet, bryggeriföretag installerar ofta ultravioletta (UV) system uppströms sin bryggutrustning, i syfte att hålla dricksvattnet fritt från bakterier. UV -ljus används eftersom det är mycket effektivt för att döda bakterier, virus och bakterier. Deras genetiska material (DNA) förstörs av UV -strålarna. Bryggvattnet desinficeras genom att pumpa det genom rostfria rör i vilka UV -lampor har monterats. UV -ljus med en våglängd på 265 nanometer är särskilt lämpligt för denna uppgift. Tills nu, detta UV-ljus har genererats med hjälp av kvicksilverånga lampor, som avger ljus vid 254 nanometer. Dock, kvicksilver är en tungmetall som skadar miljön. Forskare vid avdelningen Advanced System Technology (AST) vid Fraunhofer Institute for Optronics, Systemteknologi och bildutnyttjande IOSB i Ilmenau, i samarbete med projektpartnern PURION GmbH, vill byta ut de konventionella lamporna som innehåller kvicksilver mot ultravioletta ljusdioder (UV-lysdioder). Baserat i den tyska staden Zella-Mehlis, företaget tillverkar UV -desinfektionssystem för rening av vatten. Tekniken används i vattenkylare, till exempel, men också för att behålla dryckesbehållare som fat, flaskor och burkar fria från bakterier.

Cellskadande UV-C lysdioder

"Konventionella kvicksilverånga-lampor avger ljus vid 254 nanometer. Eftersom detta ligger under den optimala våglängden på 265 nanometer, desinfektionsprestandan är inte optimal, "säger Thomas Westerhoff, forskare vid Fraunhofer IOSB-AST. Ytterligare nackdelar med dessa lampor är deras långa uppvärmningsfaser, deras korta livslängd och det faktum att de inte kan distribueras flexibelt på grund av sin skrymmande design. "Av dessa anledningar, vi föredrar UV -lysdioder, som avger vid en maximal våglängd på 265 nanometer. Av särskilt intresse är UV-C lysdioder, eftersom deras strålning förstör DNA av patogenerna mycket mer effektivt. UV -strålarna genererar resonanser i DNA:s nukleinsyror och bryter molekylernas bindningar. Detta förändrar cellkärnorna hos mikroorganismerna på ett sätt som gör celldelning omöjlig. Följaktligen, patogenerna kan inte längre föröka sig. "

Flexibel design av mycket stabil, kvicksilverfria UV-strålningskällor

I motsats till de problematiska kvicksilverånga lamporna, UV-lysdioder kräver ingen uppvärmningsfas-de når full effekt direkt. Dessutom, de erbjuder hög mekanisk stabilitet, är inte giftiga och kan drivas med låg spänning. En annan fördel är att lysdioder är strålkastare. På grund av deras strålningsmönster, de erbjuder ett brett utbud av designmöjligheter. Westerhoff och hans team på Fraunhofer IOSB-AST ansvarar för utformningen av LED-modulerna, svara på frågor som:"Hur måste geometrier struktureras?", "Vad är den optimala layouten för matriserna för ett visst användningsfall?", "Hur många lysdioder behövs?" och "Hur ska punktkällor med olika våglängder ordnas på modulen?"

Efter många praktiska tester, forskarna kan nu använda UV -lysdioderna direkt i vatten utan att behöva ett rör för att omsluta dem. Således eliminerar de reflektioner för att ytterligare öka prestandautbytet för strålningskällorna. För industripartnern PURION GmbH, experterna på Fraunhofer IOSB-AST har utvecklat en speciell modul som kan desinficera insidan av öllock under produktionsprocessen innan flaskorna fylls med öl. Detta säkerställer att inga bakterier kommer in i flaskorna under produktionsprocessen. "Vi kan bestråla lockets inre yta med en UV-effekt på fyra watt. Att göra det med kvicksilverånga lampor på en så liten yta är nästan omöjligt, säger ingenjören.

Den nya tekniken är mycket mångsidig, och tack vare sin lilla storlek och höga strålningsintensitet kan UV-C-lysdioderna också användas i medicinsk utrustning, för att sterilisera vätskor, ytor och svåråtkomliga områden på ett målinriktat sätt. Endoskop och ultraljudsonder, till exempel, kan effektivt desinficeras med specialkonfigurerade LED -arrangemang trots de komplexa strålningsgeometrier. Fraunhofer IOSB-AST erbjuder också sin expertis till intresserade kunder inom medicinsk teknik inom design av LED-baserade UV-C-strålningskällor och simulering och optimering av bestrålningsfältet.