Longueur d’onde de fonctionnement, structure typique et application dans le domaine de la désinfection et de la stérilisation de la LED DUV à base d’AlGaN. Crédit : OEA
Une nouvelle publication d’Opto-Electronic Advances traite de l’inactivation rapide des virus de l’ARN respiratoire humain par les LED DUV.
L’article explore le besoin de meilleures méthodes de désinfection pour les virus à ARN respiratoire humain, en soulignant les limites des lampes à mercure. Les LED DUV à base d’AlGaN, qui sont respectueuses de l’environnement, compactes et économes en énergie, constituent une alternative prometteuse. La recherche démontre que ces LED, en particulier la LED de 256 nm, peuvent réaliser une désinfection et une stérilisation à 100 % du SARS-CoV-2 et de l’IAV en peu de temps. Les résultats indiquent que les LED DUV constituent une méthode de désinfection des virus plus portable, plus respectueuse de l’environnement et plus efficace.
Sommaire
Nécessité d’améliorer les méthodes de désinfection
Les virus respiratoires humains à ARN, tels que le SARS-CoV-2 (le virus responsable du COVID-19) et le virus de la grippe A (IAV), se propagent rapidement dans la population humaine par transmission par voie aérienne. Ces virus sont à l’origine d’une morbidité, d’une mortalité, de pertes économiques et de pandémies considérables dans le monde entier. Il est donc essentiel de mettre au point des méthodes de désinfection plus efficaces et à large spectre pour les surfaces et l’environnement afin de réduire le risque de transmission des virus respiratoires humains à ARN.
Les méthodes traditionnelles de désinfection et leurs limites
L’irradiation par la lumière ultraviolette profonde (DUV) est une méthode efficace d’inactivation des virus, car elle endommage leurs génomes. Les lampes à mercure sont traditionnellement utilisées pour la désinfection des virus. Cependant, ces lampes présentent plusieurs inconvénients, notamment leur toxicité, leur fragilité, leur encombrement, leur courte durée de vie et la production d’ozone. En outre, la convention de Minamata sur le mercure interdit la fabrication, l’importation et l’exportation de produits contenant du mercure depuis 2020. Il est donc urgent de trouver une alternative germicide efficace et respectueuse de l’environnement.
Les LED DUV à base d’AlGaN comme alternative
Une LED DUV à base de nitrure de gallium d’aluminium (AlGaN), dont la longueur d’onde est accordable de 365 à 210 nm, constitue une alternative prometteuse aux lampes à mercure. Cette solution présente l’avantage d’être non polluante, compacte et économe en énergie. Généralement, ces LED DUV à base d’AlGaN sont cultivées de manière hétéroépitaxiale sur un modèle de nitrure d’aluminium (AlN)/saphir, car les substrats monocristallins d’AlN sont trop coûteux. La méthode d’épitaxie en phase vapeur d’hydrure (HVPE) par recuit thermique (HTA) semble la plus prometteuse pour obtenir un gabarit AlN/Saphir de haute qualité en raison de sa simplicité, de son efficacité et de sa stabilité. Cependant, il est important de gérer la forte contrainte de compression (SCS) présentée par le gabarit AlN/Saphir HTA, qui peut affecter la qualité de l’AlGaN et compliquer le processus de fabrication de l’appareil.
Méthodologie et résultats de la recherche
Les auteurs de cet article ont mené des recherches sur l’ingénierie des contraintes, la préparation des dispositifs et l’efficacité de l’inactivation des virus de l’ARN respiratoire humain à l’aide de DEL DUV à base d’AlGaN. Les chercheurs ont découvert qu’en insérant une structure de super-réseau entre le substrat SCS AlN/saphir et la couche épitaxiale AlGaN, il était possible d’atténuer efficacement le SCS. Cette intervention a permis de réduire la densité de dislocation de la couche épitaxiale d’AlGaN de plus d’un ordre de grandeur et d’obtenir une surface plane au niveau atomique, améliorant ainsi la qualité de l’interface épitaxiale des LED. L’équipe de recherche a préparé des LED DUV à base d’AlGaN avec différentes longueurs d’onde maximales et a étudié leurs effets de désinfection et de stérilisation sur divers virus respiratoires humains à ARN.
Les résultats de l’étude ont montré que toutes les LED testées pouvaient désinfecter et stériliser à 100 % le SARS-CoV-2 et l’IAV en 60 secondes à une concentration virale de 3,8×10^5 PFU/mL. En particulier, la LED de 256 nm a fait preuve d’une efficacité supérieure en matière de désinfection et de stérilisation, atteignant une inactivation de 100 % en seulement 10 secondes. En outre, cette LED a également donné d’excellents résultats à des concentrations de virus plus élevées et dans différents environnements de surface d’attachement du virus. Ces résultats suggèrent que les LED DUV pourraient désinfecter les virus de manière plus portable, plus respectueuse de l’environnement, plus large et plus efficace.
Référence : « Rapid inactivation of human respiratory RNA viruses by deep ultraviolet irradiation from light-emitting diodes on a high-temperature-annealed AlN/Sapphire template » par Ke Jiang, Simeng Liang, Xiaojuan Sun, Jianwei Ben, Liang Qu, Shanli Zhang, Yang Chen, Yucheng Zheng, Ke Lan, Dabing Li et Ke Xu, 15 juin 2023, Opto-Electronic Advances.
DOI : 10.29026/oea.2023.230004
Le groupe de recherche de Li Dabing et Sun Xiaojuan du State Key Laboratory of Luminescence and Applications, Changchun Institute of Optics, Precision Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, est principalement engagé dans la recherche de matériaux semi-conducteurs à nitrure à large bande interdite et de leurs dispositifs optoélectroniques, impliquant la physique des matériaux et des dispositifs, le contrôle des défauts et du dopage, la croissance par épitaxie de la structure, la préparation et l’application des dispositifs LED et photodétecteurs.
Le groupe de recherche se concentre sur le domaine des semi-conducteurs nitrures à large bande interdite depuis plus de 10 ans. Actuellement, le groupe de recherche compte plus de 10 employés à temps plein et plus de 20 étudiants en maîtrise et en doctorat. Le groupe de recherche a obtenu de nombreux résultats innovants dans la préparation de matériaux AlN de haute qualité, la mécanique de l’évolution des défauts du nitrure, le dopage de type p du nitrure à bande interdite ultra large et les dispositifs optoélectroniques de haute performance.
Ces dernières années, le groupe de recherche a publié plus de 100 articles relatifs aux travaux susmentionnés dans des revues telles que Adv. Mater., Light Sci. Appl., déposé plus de 80 brevets d’invention nationaux et étrangers, présidé plus de 10 projets tels que les programmes Outstanding Young Scholars, Excellent Young Scholars et Key R&D du ministère de la science et de la technologie de la National Science Foundation, et remporté le premier prix en sciences naturelles de la province de Jilin.