Các nhà nghiên cứu đang phát triển loại đèn LED sử dụng tia cực tím (UV) có thể khử trùng bề mặt, thậm chí cả không khí, nước đã từng tiếp xúc với virus COVID-19.

(Ảnh: Shutterstock)

“Một ứng dụng chính của sản phẩm là trong các môi trường y tế, khử trùng các thiết bị bảo hộ cá nhân, bề mặt, sàn nhà, trong các hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa nhiệt độ (HVAC) v.v,” tiến sĩ Christian Zollner cho biết. Ông là nhà nghiên cứu vật liệu Christian Zollner tại Đại học California, Santa Barbara (Mỹ), chuyên phát triển công nghệ đèn LED cực tím để phục vụ cho mục đích vệ sinh và lọc sạch. Tiến sĩ Zollner cũng nói thêm rằng có một thị trường nhỏ chuyên bán các sản phẩm khử trùng tia UV-C trong môi trường y tế.

Công nghệ khử trùng bằng ánh sáng cực tím đã tồn tại được một thời gian. Tuy nhiên, trước tính hình phức tạp của đại dịch COVID-19, sức mạnh của tia cực tím đang được nhắc đến như là một giải pháp nhằm đẩy lùi virus corona gây bệnh.

Mặc dù chưa thấy hiệu quả thực tế trong việc chống lại sự lây lan của virus COVID-19 trên quy mô lớn, ánh sáng tia cực tím cho thấy rất nhiều kết quả đầy hứa hẹn: Vào đầu tháng 4 vừa qua, một nhà sản xuất có tên Seoul Semiconductor đã báo cáo rằng “các sản phẩm đèn LED sử dụng tia UV của họ có thể khử trùng 99,9% virus corona (COVID-19) trong 30 giây.” Công nghệ của hãng này hiện đang được áp dụng để khử trùng nội thất ô tô (khi không có người ở trong).

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các bước sóng UV đều giống nhau. UV-A và UV-B là những loại rất phổ biến trên Trái đất (đến từ ánh sáng Mặt trời) và có những ứng dụng quan trọng, còn tia UV-C thì hiếm thấy hơn. Đây là loại ánh sáng cực tím được dùng để làm sạch không khí, nước và khiến vi khuẩn ngừng hoạt động. Chúng chỉ có thể được tạo ra thông qua các quy trình nhân tạo.

“Tia UV-C có bước sóng khoảng 260-285nm phù hợp nhất với các công nghệ khử trùng hiện tại song vẫn hại cho da người, vì vậy hiện nay nó chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng mà không có sự hiện diện của con người tại thời điểm khử trùng,” tiến sĩ Zollner cho biết. Trên thực tế, Tổ chức Y tế Thế giới đã cảnh báo không nên sử dụng đèn khử trùng bằng tia cực tím để vệ sinh tay hoặc các khu vực khác của da. Ngay cả khi tiếp xúc trong thời gian ngắn, tia UV-C cũng có thể gây bỏng và tổn thương mắt.

Trước khi đại dịch COVID-19 bùng phát trên toàn cầu, các nhà khoa học vật liệu tại Trung tâm chiếu sáng bằng chất rắn và điện tử năng lượng (SSLEEC) thuộc Đại học California, đã phát triển công nghệ LED sử dụng tia UV-C. Trên thực tế, tia UV-C thường được tạo ra từ đèn hơi thủy ngân và “cần phải có một số tiến bộ về mặt công nghệ thì đèn LED sử dụng tia UV mới đạt được tiềm năng về hiệu quả, chi phí, độ tin cậy và tuổi thọ,” tiến sĩ Zollner cho biết.

Theo tạp chí ACS Photonics, các nhà nghiên cứu đã mô tả một phương pháp tạo đèn LED diệt khuẩn tia UV-C như sau: đặt một tấm màng hợp kim nhôm gallium nitride (AlGaN) lên chất nền cacbua silic (SiC). Cách làm này khác với cách sử dụng chất nền sapphire vốn được sử dụng rộng rãi hơn.

Theo tiến sĩ Zollner, việc sử dụng SiC làm chất nền sẽ làm tăng tính hiệu quả và tiết kiệm chi phí của vật liệu bán dẫn UV-C chất lượng cao hơn so với sử dụng sapphire.

“Theo kinh nghiệm chung, chất nền và tấm màng càng giống nhau về mặt cấu trúc (tinh thể nguyên tử), thì càng dễ đạt được vật liệu chất lượng cao,” theo tiến sĩ Zollner. Chất lượng càng tốt, thì hiệu quả và hiệu suất của đèn LED càng cao.

Sapphire có cấu trúc không giống nhau, và việc sản xuất vật liệu không có sai sót và sai lệch thường đòi hỏi các bước bổ sung phức tạp. SiC không phải là một sự kết hợp hoàn hảo, tiến sĩ Zollner cho biết, nhưng nó cho phép tạo ra sản phẩm chất lượng cao mà không cần các phương pháp bổ sung đắt đỏ.

Ngoài ra, chất nền SiC ít tốn kém hơn nhiều so với chất nền “lý tưởng” là nhôm nitride, qua đó phù hợp với việc sản xuất hàng loạt, theo tiến sĩ Zollner.

Những chiếc đèn khử trùng cầm tay là một trong những ứng dụng chính mà các nhà nghiên cứu nghĩ đến khi phát triển công nghệ LED sử dụng tia UV-C; trong đó độ bền của hai cực đèn và thiết kế nhỏ gọn của sản phẩm này có thể giúp ích đối với các khu vực kém phát triển, thiếu thốn nguồn nước trên thế giới.

>> Nhà khoa học nhận giải Nobel vì tìm ra HIV: COVID-19 đến từ phòng thí nghiệm

Trong bối cảnh thế giới chạy đua tìm các loại vắc-xin, liệu pháp, phương thuốc chống lại COVID-19, khử trùng và cách ly là một trong những cách thức để chúng ta tự bảo vệ bản thân và các giải pháp này cần phải được triển khai trên toàn thế giới. Ngoài khử trùng nước, tia UV-C có thể được tích hợp vào các hệ thống hoạt động khi không có sự xuất hiện của con người, tiến sĩ Zollner cho hay.

“Sản phẩm này có chi phí thấp, không sử dụng hóa chất và thuận tiện trong việc vệ sinh các không gian công cộng, bán lẻ, cá nhân và y tế,” tiến sĩ Zollner cho hay.

Tuy nhiên, tiến sĩ Zollner và các đồng nghiệp phải chờ cho đến khi đại dịch kết thúc. Nghiên cứu tại Đại học California đã phải tạm dừng nhằm giảm thiểu sự tiếp xúc giữa người với người.

“Một khi các hoạt động nghiên cứu được bắt đầu trở lại ở Đại học California, là tiếp tục công việc cải thiện nền tảng AlGaN/SiC của mình với hy vọng sản xuất ra các thiết bị phát tia UV-C hiệu quả nhất thế giới,” tiến sĩ Zollner cho biết.

Theo Futurity,
Phan Anh