El virus Corona o la pandemia de Covid-19 que está asolando el mundo al momento de escribir este artículo nos muestra que la tecnología, más que nunca, puede hacer una gran contribución no solo al tratamiento de los enfermos sino también a ser responsable de una nueva ola de equipos de prevención, limpieza, esterilización e incluso mejorando el entorno en el que vivimos, brindando alivio a los pacientes afectados por otras enfermedades. Las nuevas aplicaciones que implican el uso de rayos ultravioleta o UV deberían ampliar su rango de acción, abriendo posibilidades increíbles para los makers ansiosos por crear un nuevo producto. Vea en este artículo cómo el ultravioleta está directamente relacionado con la salud y el medio ambiente y las sugerencias de diseño utilizando los componentes disponibles de Mouser Electronics.
Las propiedades ionizantes de la radiación ultravioleta ya han sido objeto de investigadores y diseñadores que la aprovechan de diferentes maneras, o incluso advierten sobre su presencia.
En exceso, cuando afecta nuestra piel puede causar mutaciones genéticas en las células que conducen a una reproducción incontrolada. En el medio ambiente, puede causar desorientación de los insectos que afectan el equilibrio ecológico y se pueden usar en equipos domésticos y de laboratorio en procesos de fotooxidación y esterilización (*).
Radiación ultravioleta
Para comprender cómo podemos aprovechar la radiación ultravioleta en aplicaciones prácticas, necesitamos conocer su naturaleza, es decir, saber exactamente de qué se trata. Tenemos algunos artículos adicionales en el sitio que el lector puede consultar, pero adoptaremos un enfoque diferente aquí para comprender mejor sus aplicaciones biológicas.
La radiación ultravioleta, o la luz ultravioleta es una forma de radiación electromagnética, es decir, al igual que la luz, consiste en ondas electromagnéticas con cierta frecuencia y longitud de onda.
Por lo tanto, podemos ubicarlo con precisión en el espectro de ondas electromagnéticas que incluye luz visible y radiación infrarroja, como se muestra en la figura 1.
Tenga en cuenta que debajo del rango visible, la radiación infrarroja es de menor frecuenia, y por encima del violeta en el rango visible, tenemos radiación ultravioleta, y una frecuencia más alta y una longitud de onda más corta.
La radiación electromagnética se puede describir como pequeños "paquetes de energía", en el caso de la luz llamados fotones, que transportan una cantidad fija de energía. Estos paquetes se denominan "quántum" (plural quanta) y su energía depende de su frecuencia.
Cuanto mayor es la frecuencia y, por lo tanto, cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la cantidad de energía que transportan estas partículas.
Esto significa que los fotones de radiación ultravioleta transportan mucha más energía que los fotones de luz ordinaria e infrarroja. De hecho, dividimos el espectro ultravioleta en 3 bandas, con diferentes energías y, por lo tanto, diferentes penetraciones.
- Ultravioleta A - UVA
- Ultravioleta B - UVB
- Ultravioleta C - UVC
El que tiene el mayor potencial energético y, por lo tanto, la mayor penetración es el UVC.
Pero ¿qué significa esto para los organismos vivos (y no vivos)?
Potencial ionizante
Cuando un fotón de radiación ultravioleta golpea un átomo, puede hacer que el átomo lo absorba desde el salto de un electrón a un mayor nivel de energía, como se muestra en la figura 2.
Finalmente, el átomo puede devolver esta energía emitiendo un nuevo fotón. Por ejemplo, si el electrón vuelve a un nivel inferior, pero no al original, en un primer salto, la energía emitida puede caer en un rango inferior del espectro, como se muestra en la figura 3.
Sin embargo, puede suceder que la energía del fotón sea suficiente para extraer el electrón y así ionizar el átomo.
Si el átomo es parte de una molécula más grande, por ejemplo, una molécula orgánica, esto puede hacer que la molécula se rompa. Entonces tenemos su destrucción.
Esto es lo que sucede cuando la radiación ultravioleta de mayor energía (UVC) alcanza un polímero. Este tipo de material tiene moléculas formadas por largas cadenas de átomos. Si se rompen, el material pierde sus propiedades. Puede ser áspero, quebradizo, cambiar de color, etc.
En el caso de un virus, por ejemplo, la radiación ultravioleta puede alterar las moléculas que forman las proteínas de su capa externa y con eso muere.
En otros tipos de microorganismos, ocurre lo mismo. La radiación rompe moléculas vitales, causando su muerte.
Fuentes ultravioleta
Una fuente natural de radiación ultravioleta es el sol. Por esta razón, no se recomienda tomar el sol durante los períodos en que es más intenso. Sin embargo, necesitamos radiación solar para que ayude en la síntesis de vitamina D. Actuando sobre las sustancias en nuestro cuerpo, con su potencial ionizante ayuda en las reacciones que lo forman.
Artificialmente, una forma de obtener radiación ultravioleta es a través de lámparas especiales, como fluorescentes ultravioleta, en los circuitos como se muestra en la figura 4.
Tenga en cuenta que no es una simple lámpara de "luz negra" que emite el ultravioleta A (UVA) menos penetrante, sino más bien una lámpara del tipo utilizado en los borradores de memoria EPROM (UVC), mucho más penetrante.
En el artículo ART994, por ejemplo, describimos un control de potencia para un dispositivo de fotooxidación utilizado en el Instituto Oceanográfico de la Universidad de São Paulo, que ayudamos a desarrollar en 1998. (figura 5)
Este dispositivo produce radiación en el rango de 250 nm (UVC).
La tercera fuente, que ahora está disponible para los proyectos más diversos, gracias al desarrollo de tecnologías de semiconductores, es la que utiliza LED.
LED ultravioleta
La tecnología LED actual permite desarrollar dispositivos que dependen de la emisión de radiación ultravioleta con facilidad.
Podemos abarcar desde aplicaciones pequeñas, portátiles y alimentadas por batería, como esterilizadores para herramientas quirúrgicas o alimentos, alimentados por batería, hasta aplicaciones más grandes.
En la epidemia del Virus Corona, por ejemplo, los investigadores de la USP (Universidad de São Paulo en São Carlos – Brasil) desarrollaron una escobilla de goma ultravioleta que, además de ejercer su función básica de limpieza, también se esteriliza mediante la aplicación de radiación ultravioleta. (figura 6)
Para los desarrolladores de aplicaciones que utilizan LED ultravioleta, es necesario tener en cuenta el tipo de radiación que se utilizará (UVA, UVB o UVC), la intensidad y los posibles efectos secundarios. Esta radiación no debe afectar los ojos de las personas.
Por lo tanto, no solo se debe considerar el desarrollo técnico, sino también la base científica que requiere la consulta de documentación o personal especializado.
LEDs comerciales
Numerosos fabricantes de LED ultravioleta ponen a disposición sus componentes a través de Mouser Electronics. Fabricantes como Vishay, Wurth, OSRAM, Lumileds, Luminus Devices proporcionan LED que cubren las tres bandas del ultravioleta.
Tome algunos ejemplos de LED UV que pueden usarse en nuevos proyectos.
Nota: Ingrese LED UV en la búsqueda de Mouser para acceder a una gran cantidad de tipos de todos los fabricantes.
VLMU35CM-280 -120 - Vishay
Hoja de datos en: https://br.mouser.com/datasheet/2/427/vlmu35cmxx-280-120-1767424.pdf
Estos LED ultravioleta para longitudes de onda de 265 a 285 nm (UVC) de Vishay, disponibles en Mouser, tienen su aplicación indicada para áreas médicas como detección de gérmenes, ADN, etc.
La potencia de emisión es de 15 mW con una corriente de 100 mA.
WL-SUMW - LED ultravioleta de alta potencia - Wurth
Más información: https://br.mouser.com/new/wurth-elektronik/wurth-high-power-uv-led/
Estos LED emiten radiación ultravioleta en el rango A, a longitudes de onda de 385 nm, 395 nm y 405 nm. El flujo luminoso es de entre 850 mW y 1.1 W según el tipo.