UV-C มีประสิทธิภาพมากกว่าสารฆ่าเชื้อ การฉายรังสี UV-C สามารถเพียง 10 นาที เทียบเท่าการใช้สารเคมีถึง 40 นาที แล้วเทคโนโลยี LED จะช่วยนำการฆ่าเชื้อด้วย UV-C มาใช้ในตลาดขนาดใหญ่ได้อย่างไร
โดย Andrew Fawcett ผู้จัดการผลิตภัณฑ์อาวุโส element14
การแพร่ระบาดของ Covid-19 แสดงให้เห็นถึงความสำคัญในการป้องกันการแพร่เชื้อด้วยทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ นอกจากการแพร่กระจายละอองลอยขนาดขนาดเล็กในอากาศแล้ว พื้นผิวสัมผัสก็ส่งผลอย่างมากต่ออัตราการติดเชื้อไวรัส SARS-CoV-2 เช่นเดียวกันกับเชื้อไวรัสตัวอื่น เช่น เชื้อไข้หวัดใหญ่ เพื่อรับมือกับการแพร่ระบาดนี้และจำกัดภัยคุกคามจากเชื้อไวรัสที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต การขจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวจึงเป็นเรื่องสำคัญในอุตสาหกรรม การแพทย์ ขนส่งสาธารณะ และสภาพแวดล้อมทางการค้า แสง UV-C กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการขจัดสิ่งปนเปื้อน
ด้วยการแผ่ขยายความยาวคลื่นตั้งแต่ 200 ถึง 280 nm UV-C เป็นส่วนที่มีพลังงานมากที่สุดของรังสีอัลตราไวโอเลตของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ความสามารถของแสง UV-C ในการกำจัดเชื้อไวรัสเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 แสง UV-C มีประสิทธิภาพอย่างมากในการทำลายพันธะเคมีที่สำคัญใน DNA และ RNA ของอนุภาคเชื้อไวรัส กระบวนการนี้จะทำให้ไวรัสอยู่ในสภาวะที่ไม่เป็นอันตราย อย่างไรก็ตาม UV-C ยังส่งผลกับ DNA ในร่างกายของเราอีกด้วย จึงเป็นข้อจำกัดของการใช้รังสี UV-C ในการฆ่าเชื้อไปจนถึงสถานการณ์ที่แสงอาจตกค้างอยู่ภายใน ตัวอย่างเช่นห้องฆ่าเชื้อและห้องทำความสะอาดที่มีอยู่ในเครื่องปรับอากาศ
ข้อเสียอีกอย่างหนึ่งของ UV-C คือราคาและความพร้อมใช้งานของแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับท่อจ่ายสารปรอท ท่อนี้ไม่เพียงแค่มีราคาแพงแต่ยังก่อมลพิษอันตรายอีกด้วย สิ่งนี้จึงเป็นข้อจำกัดทางเทคนิคที่เหมาะสำหรับการใช้งานกับพื้นที่ขนาดเล็กที่ต้องการขจัดสิ่งปนเปื้อนเท่านั้น
AI ที่ขับเคลื่อนด้วยเซนเซอร์ในหุ่นยนต์รองรับการแผ่รังสี UV-C
ด้วยความต้องการที่จะควบคุมการแพร่กระจายของเชื้อไวรัส SARS-CoV-2 จึงมุ่งความสนใจไปว่าจะทำอย่างไรให้สามารถใช้งานในพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้นได้ เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นทำให้การใช้งานมีความปลอดภัยมากขึ้น คุ้มราคามากขึ้น และทำให้การฉายรังสี UV-C สามารถใช้งานได้กว้างขวางยิ่งขึ้น การเปลี่ยนแปลงสำคัญอย่างหนึ่งคือปัญญาประดิษฐ์ขับเคลื่อนด้วยเซนเซอร์ที่สามารถกำหนดได้ว่าจะใช้ UV-C ได้อย่างปลอดภัยเมื่อใด ตัวอย่างเช่น การใช้ UV-C ในการทำความสะอาดปุ่มควบคุมในลิฟต์ แหล่งกำเนิดแสงสามารถตั้งค่าให้ทำงานเฉพาะตอนที่ลิฟต์ไม่มีคนใช้งาน เพื่อทำให้มั่นใจว่าปุ่มกดจะพร้อมใช้งานสำหรับผู้ใช้คนถัดไป
การเปลี่ยนแปลงอีกอย่างหนึ่งคือความสามารถในการใช้หุ่นยนต์ในการควบคุมการใช้งาน UV-C ซึ่งช่วยลดข้อเสียหลักของการฆ่าเชื้อด้วยแสง: ผลกระทบของเงา แสงสามารถฆ่าเชื้อได้เฉพาะส่วนที่มันส่องไปถึง ซึ่งทำให้เกิดความยากลำบากในการฆ่าเชื้อในห้องที่มีเตียงและอุปกรณ์ทางการแพทย์อยู่เพราะแสงจะถูกบดบังด้วยวัตถุเหล่านั้น หุ่นยนต์สามารถวิเคราะห์รูปร่างและคำนวนเส้นทางเพื่อให้ครอบคลุมพื้นที่มากที่สุดและจัดการกับปัญหาจากผลกระทบของเงาได้ แม้ว่าโปรเจกต์ในช่วงแรกอย่างการทดลองฆ่าเชื้อรถบัสในเซี่ยงไฮ้ที่วางแหล่งกำเนิดแสงด้วยมือและติดรังสีไว้ในพื้นที่ที่กำหนดรอบ ๆ ภายนอกของรถบัส การใช้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ทำให้มั่นใจได้ว่าแสงจะส่องได้ครอบคลุมทั่วทุกพื้นผิวที่มักจะถูกเงาบดบังด้วยแสงที่ติดไว้ในจุดที่กำหนด เช่น ด้านหลังที่นั่ง ในกรณีเดียวกัน หุ่นยนต์เคลื่อนที่ช่วยทำให้มั่นใจว่า UV-C จะแผ่ขยายไปอย่างทั่วถึงภายในโรงพยาบาลขณะที่บริเวณการรักษาไม่มีคน การใช้งาน UV-C มีประสิทธิภาพมากกว่าการทำความสะอาดด้วยสารฆ่าเชื้อ แม้จะเป็นในกรณีที่ครอบคลุมแบบพื้นฐานก็ตาม การฉายรังสี UV-C สามารถทำได้ในเวลาเพียง 10 นาที เทียบกับการใช้สารเคมีที่ใช้เวลาถึง 40 นาที
ปัจจัยสำคัญคือราคาและความพร้อมใช้งาน
ในทางกลับกัน เทคโนโลยี LED ก็แก้ปัญหาของความพร้อมใช้งานของแหล่งกำเนิดแสงเพื่อให้คุ้มราคาที่สุด LED สามารถสร้างแสง UV มาได้นานมากแล้ว LED เป็นส่วนประกอบสำคัญของผลิตภัณฑ์ด้านระบบแสงสว่างมากมายที่ใช้สารเรืองแสงสีขาวในการเปลี่ยน UV ที่สร้างโดยอาร์เรย์ LED ด้วยวัสดุแกลเลียมไนไตรด์เพื่อให้เป็นแสงที่ใช้งานได้ แต่อย่างไรก็ตามด้วยความยาวคลื่นที่สั้นกว่าของ UV-C ต้องใช้วัสดุรูปแบบใหม่ที่ทำงานร่วมกับแกลเลียมไนไตรด์
LED UV-C ทุกวันนี้ใช้อะลูมิเนียมแกลเลียมไนไตรด์ (AlGaN) แทนที่จะใช้อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (InGaN) ที่ใช้ใน LED สีน้ำเงินและสีเขียว มีความคล้ายคลึงกันมากเพียงพอที่จะใช้กระบวนการเอพิแทกซีที่คล้ายกัน ซึ่งหมายความว่าทั้งแกลเลียมไนไตรด์ ซิลิคอนหรือซิลิคอนคาร์บอนเวเฟอร์ก็สามารถใช้งานได้ ความแตกต่างที่สำคัญคือความต้องการให้เวเฟอร์สามารถรองรับอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ระหว่างกระบวนการ ต้องใช้อุณหภูมิสูงถึง 1400°C เพื่อฝากคริสตัล AlGaN คุณภาพสูงไปที่เอพิแทกซี
ผลิตภัณฑ์ UV-C ความเข้มสูงเพื่อการขจัดสิ่งปนเปื้อน
ผู้ผลิตได้แก้ปัญหาในการผลิตและกำลังจะปล่อยผลิตภัณฑ์สู่ตลาดด้วยแหล่งพลังงาน UV-C ประสิทธิภาพสูงที่ใช้เทคโนโลยี LED Osram Opto Semiconductors เปิดตัวผลิตภัณฑ์ LED UV-C สองตัวที่มีความยาวคลื่น 275 nm SU CULBN1.VC มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานต่ำ เหมาะสำหรับการใช้งานแบบพกพาหรืออุปกรณ์ภายในบ้าน ด้วยฟลักซ์เอาต์พุตการส่องสว่างที่ 4.7 mW และความเข้มครึ่งหนึ่งที่ 120° ความเข้มครึ่งหนึ่งและเอาต์พุตการส่องสว่างที่เหมือนกันสูงถึง 42 mW ทำให้ SU CULDN1.VC เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการ UV-C ระดับสูงที่ครอบคลุมพื้นที่กว้าง เช่น การทำความสะอาดรถยนต์ หรือ การใช้งานในอากาศและน้ำในพื้นที่ขนาดใหญ่
ปัจจัยสำคัญในการออกแบบผลิตภัณฑ์ทั้งสองของ Osram คือการใช้แพ็กเกจเดี่ยวขนาดเล็ก การใช้แพ็กเกจเดี่ยวทำให้ผลิตภัณฑ์รองรับการออกแบบอุปกรณ์ในตลาดเป้าหมายที่แตกต่างกันเพื่อให้ครอบคลุมไปถึงอุปกรณ์เชิงกลเดี่ยว การใช้แพ็กเกจเซรามิกทำให้มีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและมีความต้านทานความร้อน
ด้วยความเข้มครึ่งหนึ่งที่ 60° และฟลักซ์เอาต์พุตที่ 3.5 mW VLMU35CL2.-275-120 ที่ผลิตโดย Vishay Semiconductors เหมาะสำหรับการใช้งาน UV-C ในตำแหน่งเป้าหมาย สมาชิก CB2 และ CT2 ของสายผลิตภัณฑ์ได้เพิ่มฟลักซ์เอาต์พุตเป็น 10 mW และ 19 mW ตามลำดับ สำหรับระบบที่ต้องการใช้งานรังสีความเข้มสูงที่มีช่วงความยาวคลื่น 270 nm ถึง 285 nm ผลิตภัณฑ์ของ Vishay เหมาะสำหรับการใช้งานด้านอุตสาหกรรมที่ต้องการเพิ่มช่วงอุณหภูมิ ซึ่งทำงานได้ตั้งแต่ -40°C จนถึง +80°C
โซลูชัน LED อัจฉริยะ (ILS) ได้พัฒนาผลิตภัณฑ์มากมายด้วยเทคโนโลยี LED ของ TSLC สำหรับระบบที่ต้องการการผสมผสานของฟลักซ์เอาต์พุต ความยาวคลื่น และมุมการส่องสว่าง ผลิตภัณฑ์ตระกูล N3535 และ N5050 มีช่วงความยาวคลื่น UV-C ให้เลือกทั้ง 260-270 nm และ 270-290 nm และเพิ่มเติมอีก 300-320 nm สิ่งนี้ทำให้การปรับค่าเอาต์พุตได้ละเอียดเพื่อใช้งานกับเชื้อโรคเป้าหมายที่ต่างกัน
ออปติกและการวัดขนาดเป็นเรื่องสำคัญในการออกแบบ UV-C
แก้วทั่วไปไม่โปร่งแสงแต่ทั้งควอตซ์และซิลิโคนยอมให้แสง UV-C ผ่านได้ ซิลิโคนทั่วไปที่ใช้ใน LED สามารถลดประสิทธิภาพในการฉายรังสี UV-C ได้ แต่ซัพพลายเออร์ได้พัฒนาสูตรใหม่ที่ทำให้สามารถใช้งานซิลิโคนได้ การออกแบบบรรจุภัณฑ์ทั่วไปจะเป็นการใช้กระจกควอตซ์และเลนส์โฟกัสซิลิโคนควบคู่กัน เพื่อช่วยในการออกแบบพื้นที่ระบบฉายรังสี ILS จึงเสนอออปติก LEDiL VIOLET โดยมีซิลิโคน 12 เลนส์เรียงกันซึ่งช่วยให้การบรรจุภัณฑ์ตามสัญญาของแหล่งกำเนิดแสง UV-C หลายแห่งได้ง่ายขึ้นและมีมุมกระจายแสง 3 มุม คือ 14, 20 และ 60 องศาเพื่อความยืดหยุ่นในการออกแบบ
เนื่องจากความยาวคลื่นที่ไม่สามารถมองเห็นได้และมีอันตรายต่อสุขภาพพอ ๆ กับที่อันตรายต่อเชื้อไวรัส จึงต้องมีข้อกำหนดสำคัญในการควบคุมการปล่อยรังสี UV-C อย่างปลอดภัยในช่วงการออกแบบ เครื่องวัดแสงและเครื่องเก็บข้อมูล SDL470 UVA/UVC ผลิตโดย Extech Instruments มีวิธีการในการบันทึกข้อมูลระยะยาวของประสิทธิภาพการทำงานของแหล่งกำเนิดแสง UV เครื่องเก็บข้อมูลมีโพรบทั้ง UV-A และ UV-C ที่ 254 nm ซึ่งปกติแล้วจะถูกสร้างขึ้นในระดับที่ต่ำกว่าโดยผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อโรคมีค่าสูงสุดปกติที่ 270 nm ค่าความละเอียดสามารถปรับได้ตั้งแต่ 1 ถึง 3600 วินาที เพื่อสับเปลี่ยนระหว่างการบันทึกระยะยาวและความละเอียดแบบชั่วคราว
การฆ่าเชื้อด้วย UV-C โดยใช้เทคโนโลยี LED เป็นการขับเคลื่อนให้เกิดการใช้งานใหม่ ๆ ในตลาดวงกว้าง อย่างไรก็ตามการสนับสนุนการออกแบบถือเป็นเรื่องสำคัญ ผู้จัดจำหน่ายทางเทคนิคที่มีประสบการณ์อย่าง element14 สามารถให้คำแนะนำและการสนับสนุนอย่างมืออาชีพได้ เพื่อช่วยวิศกรในการเลือกใช้ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมกับการใช้งานมากที่สุด วิศวกรออบแบบควรพิจารณาซัพพลายเออร์ชั้นนำในตลาดที่บุกเบิกการพัฒนาเทคโนโลยี UV-C เพื่อช่วยหาทางแก้ปัญหาสำหรับโปรเจกต์ต่อไป การผสมผสานที่ประสบความสำเร็จของ AI ที่ขับเคลื่อนด้วยเซนเซอร์ในหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติด้วยนวัตกรรมชั้นนำในตลาดด้านเทคโนโลยี LED ที่ส่งผลต่อประโยชน์ด้านสุขภาพด้วย UV-C ให้เข้าถึงสังคมได้มากขึ้น
บทสรุป
การแพร่ระบาดของ Covid-19 แสดงให้เห็นถึงความสำคัญในการป้องกันการแพร่เชื้อด้วยทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ เพื่อรับมือกับการแพร่ระบาดนี้และจำกัดภัยคุกคามจากเชื้อไวรัสที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต การขจัดสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิวจึงเป็นเรื่องสำคัญในอุตสาหกรรม การแพทย์ ขนส่งสาธารณะ และสภาพแวดล้อมทางการค้า แสง UV-C กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการขจัดสิ่งปนเปื้อน
บทความนี้แสดงภาพรวมของเทคโนโลยี UV-C และการใช้งานตัวอย่างกาอนที่จะพูดถึงรายละเอียดของผลิตภัณฑ์หลักที่ผู้ผลิตนำเสนอในที่นี้ ซึ่งรวมถึง Osram Opto Semiconductors Vishay Semiconductors และ Intelligent LED Solutions
