مختبر P3 التابع لمركز مكافحة الأمراض والوقاية منها في مقاطعة جيانغسو يتحقق من أن شريحة UVC تعطل فيروس SARS-CoV-2 خلال ثوانٍ

مشاركة دراستين:

مختبر P3 التابع لمركز مكافحة الأمراض والوقاية منها يتحقق من شريحة UVC في ثوانٍ، ويعطل فيروس SARS-CoV-2

تم مؤخراً العلم بأن رقائق LED للأشعة فوق البنفسجية C (UVC) التي توفرها شركة Zhixin Semiconductor (Hangzhou) Co., Ltd.، التابعة لشركة BeyondSemi، الرائدة عالمياً في رقائق LED للأشعة فوق البنفسجية C ومعدات التعقيم، تُستخدم في أحدث معدات التعقيم الصديقة للبيئة من شركة Zhishan Era Intelligent Technology (Beijing) Co., Ltd. بعد اختبارات تعطيل فيروس SARS-CoV-2 في مختبر P3 التابع لمركز مكافحة الأمراض والوقاية منها (CDC) في مقاطعة جيانغسو، أظهرت النتائج تعطيلًا سهلاً لفيروس SARS-CoV-2، بمعدل تعطيل في ثوانٍ يصل إلى 99.994%.

أشار الأستاذ سون ونجون من جامعة تسينغهوا، رئيس فريق عمل تعطيل فيروس SARS-CoV-2 التابع للجمعية الدولية للأشعة فوق البنفسجية (IUVA)، إلى أن هذه هي المرة الأولى عالميًا التي يتحقق فيها مختبر رسمي من المستوى P3 من أن مصابيح LED ذات الأشعة فوق البنفسجية UVC يمكنها تعطيل فيروس SARS-CoV-2 في غضون ثوانٍ. وهذا أمر مشجع حقًا ويوفر أساسًا مهمًا لاستخدام تقنية LED UVC للوقاية من فيروس SARS-CoV-2 ومكافحته.

منذ تفشي جائحة COVID-19، قامت جامعات مرموقة ومؤسسات اختبار ذات صلة حول العالم بإجراء تجارب للتحقق من تعطيل فيروس SARS-CoV-2 بواسطة مصابيح LED للأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة (UVC)، مثل شركة Crystal IS (التابعة لشركة أساهي كاسي) مع جامعة بوسطن، وشركة تويودا غوسي بالتعاون مع جمعية العلوم الطبية الحيوية في اليابان لإجراء تجارب حول تعطيل الفيروس التاجي الجديد. ومع ذلك، داخل الصين، لم تُنشر بعد نتائج رسمية لاختبارات المختبر لتعطيل فيروس SARS-CoV-2 في وسائل الإعلام.

وفقًا للدكتور هوانغ شياوهوي، المدير التنفيذي للعمليات في شركة Zhixin Semiconductor، فإن "طول موجة LED UVC يتراوح بين 260 نانومتر و270 نانومتر، وهو النطاق المثالي للتعقيم. شهدت رقائق LED UVC للأشعة فوق البنفسجية العميقة للشركة زيادة سريعة في الطاقة مؤخرًا، مع إنتاج مستقر لوحدات فردية بقوة 100 مللي واط، مما يحقق شدة إضاءة تبلغ 3 مللي واط لكل سنتيمتر مربع، وتعطيل فيروس كورونا الجديد في غضون ثوانٍ، بمعدل تعطيل يتجاوز 99.994%."

صرح ديفيد تشن، المدير التنفيذي للعمليات في شركة Zhishan Shidai Intelligent Technology (Beijing) Co., Ltd.: "يستخدم الجهاز الخاضع للفحص شريحة LED واحدة للأشعة فوق البنفسجية قصيرة الموجة (UVC) تم تطويرها وإنتاجها ذاتياً بواسطة Zhixin Semiconductor. وبفضل براءة الاختراع الفريدة لهيكلها البصري، تتميز بمحرك تعقيم عالي التوجيه وعالي الكفاءة يمكن دمجه بسهولة في أجهزة التعقيم الأوتوماتيكية مثل منصات التعقيم وروبوتات التعقيم، دون الحاجة إلى تدخل بشري. وبدلاً من ذلك، يمكن تطويره كأجهزة تعقيم محمولة خفيفة الوزن لتوفير تعقيم مرن ومريح، مما يتيح التعايش الآمن بين الإنسان والآلة."

قدم ديفيد أيضاً介绍说: "في الآونة الأخيرة، تم تدريجياً تطوير طرق ومعدات التعقيم لسلسلة التبريد اللوجستية. يدمج نظام التعقيم الفيزيائي النفقي لسلسلة التبريد اللوجستي الخاص بالشركة محرك التعقيم عالي الكفاءة هذا، والذي يمكنه القضاء بفعالية على البكتيريا والفيروسات حتى في البيئات منخفضة الحرارة، بكفاءة تعقيم تصل إلى 500 عنصر في الدقيقة لجميع جوانب الجسم الستة. وبينما يكون سريعاً وفعالاً للغاية، فإنه يحل بشكل جيد مشاكل مثل التلوث الثانوي والمخلفات الناتجة عن طرق الرش التقليدية بالمطهرات الكيميائية." وقال أيضاً: "غالباً ما تنبع الابتكارات الفعالة من إعادة ابتكار التقنيات الحالية. نحن ملتزمون بالتركيز على العميل، ونبتكر ونتجاوز باستمرار من منظور حل مشاكل العملاء حقاً."

وفقًا للتقارير، يمكن لمحرك التعقيم UVC LED من BeyondSemi تحقيق قدرة بصرية تصل إلى 4 واط. لا تقتل الأشعة فوق البنفسجية UVC المنبعثة الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية وفيروس إنفلونزا H1N1 والأبواغ وغيرها من البكتيريا والفيروسات المقاومة للأدوية في ثوانٍ فحسب، بل تم أيضًا التحقق من قدرتها على تعطيل فيروس كورونا المستجد SARS-CoV-2 في ثوانٍ بواسطة مختبر P3 التابع لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC). خلال التفشي العالمي لالتهاب الرئة COVID-19، توفر أداة قوية أخرى للوقاية الوبائية طويلة الأمد.

في قطاع الرعاية الصحية، تم استخدام هذه التقنية لتعقيم بدلات الحماية للأطباء وموظفي التمريض عند دخولهم أو مغادرتهم غرف العزل الخاصة بفيروس كورونا المستجد. يتعرض الأطباء وموظفو التمريض للإشعاع فوق البنفسجي عالي الطاقة وعالي الجودة من جميع الاتجاهات لمدة تقارب 30 ثانية. يغير الطول الموجي المختار بنية الحمض النووي الريبي الفيروسي في وقت قصير، مما يعطله بحيث لا يشكل تهديدًا للبشر بعد الآن. نظرًا لأن بدلات الحماية تمنع اختراق الإشعاع فوق البنفسجي، فلا يوجد ضرر على جسم الإنسان. لجعل الإشعاع فوق البنفسجي غير المرئي مرئيًا أثناء التشغيل، تم طلاء غطاء جهاز الحماية بطبقة من الطلاء الفلوري، الذي يضيء بمجرد تنشيط UVC LED، مما يضمن سلامة كبيرة.

تم التحقق من قدرة أجهزة التعقيم من سلسلة UVC LED الذكية من Zhishan على تعطيل فيروس كورونا المستجد في غضون ثوانٍ، وذلك عبر اختبارات التعطيل التي أجراها مختبر P3 التابع لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC). وستُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في الأماكن العامة ذات الازدحام البشري العالي، مثل المؤسسات الطبية والفنادق والمدارس والمطارات ومحطات القطارات والطائرات، للوقاية من انتشار مرض كوفيد-19 (COVID-19) وأمراض الجهاز التنفسي الأخرى. (المصدر: Zhishan Semiconductor)

قامت جامعة نانكاي بتصنيع مصابيح LED بيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد عالية الأداء وذات مساحة كبيرة

حققت الأغشية الرقيقة من البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد نجاحًا في تطبيقات أجهزة الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) نظرًا لخصائصها البصرية الممتازة. يمكن الحصول على الأغشية الرقيقة من البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد عبر طريقة طلاء بالدوران بسيطة، ويمكن تحقيق خصائصها الكهربائية والبصرية المتفوقة من خلال تنظيم ديناميكيات إعادة تركيب الإكسيتونات وديناميكيات التبلور. ومع ذلك، عند توسيع مساحة الجهاز، يتراجع أداء الجهاز بشكل حاد، مما يعيق بشدة التطبيق التجاري المستقبلي لأجهزة LED المصنوعة من البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد.

في الآونة الأخيرة، ركز فريق البحث بقيادة الأستاذ يوان مينغجيان في المختبر الرئيسي لكيمياء مواد الطاقة المتقدمة (وزارة التعليم)، كلية الكيمياء بجامعة نانكاي، على التحضير القابل للتحكم لمصابيح LED من البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد عالية الأداء وذات المساحة الكبيرة. وجدت الدراسة أن تقنية "التبلور بمساعدة المذيب المضاد" التقليدية يصعب توافقها مع عملية تصنيع أغشية البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد ذات المساحة الكبيرة. يشير تحليل آلية الفشل إلى أن البيروفسكايت شبه ثنائي الأبعاد يظهر خصائص تبلور حيث تترسب مراحل البيروفسكايت ذات القيمة العالية أولاً، تليها المراحل ذات القيمة المنخفضة . عندما يكون انتشار المذيب المضاد غير متساوٍ، يحدث انفصال طوري شديد في المناطق الطرفية للركيزة التي لا تتعرض بالكامل للمذيب المضاد. يؤدي الانفصال الطوري الشديد في أغشية البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد الرقيقة إلى انخفاض كفاءة نقل الطاقة داخل الغشاء؛ وفي الوقت نفسه، تؤدي خصائص التبلور المختلفة إلى انخفاض جودة الغشاء، مما يؤدي في النهاية إلى تراجع أدائها البصري والكهربائي.

الشكل 1. دراسة آلية فشل عملية "التبلور بمساعدة المذيب المضاد".

نظراً لذلك، اقترح فريق البحث استراتيجية "تنظيم الطور الوسيط". وجدت الدراسة أن استخدام الأحماض الأمينية الأمفيفيلية ذات الألفة العالية للربط مع الطبقات غير العضوية—النورفالين (NVAL) كروابط سطحية يقلل بشكل كبير من طاقة تكوين أطوار البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد. تقدم هذه الاستراتيجية مسار تبلور جديد تماماً ومنخفض الحاجز؛ يؤدي إدخال NVAL إلى بدء التبلور والتكوين النووي لأغشية البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد من الطور شبه ثنائي الأبعاد بدلاً من طور البيروفسكايت ثلاثي الأبعاد، مما يثبط بشكل كبير فصل الأطوار. باستخدام هذه الاستراتيجية، وبدون استخدام مذيبات مضادة، حصل الباحثون على أغشية بيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد PEA2(FA0.7Cs0.3)4Pb5Br16 عالية الجودة على ركائز كبيرة المساحة بحجم 5.0 × 5.0 سم2.

الشكل 2. استراتيجية تنظيم الطور الوسيط.

الشكل 3. خصائص الأغشية الرقيقة شبه ثنائية الأبعاد ذات المساحة الكبيرة.

تضع الأفلام الرقيقة شبه ثنائية الأبعاد عالية الجودة وذات المساحة الكبيرة الأساس لبناء مصابيح LED كبيرة المساحة وعالية الأداء. ومع ذلك، بالإضافة إلى جودة الفيلم، يعتمد سلوك الإلكترولومينسانس (EL) إلى حد كبير على خصائص إعادة تركيب حاملات الشحنة في المادة. لتحقيق تحكم دقيق في سلوك انبعاث الجهاز لسيناريوهات التطبيق المختلفة، من الضروري فهم ديناميكيات إعادة تركيب حاملات الشحنة في الطبقة النشطة بعمق. توفر القابلية الضبطية الهيكلية للبيروفسكايت شبه ثنائي الأبعاد إمكانية تعديل ديناميكيات إعادة تركيب حاملات الشحنة. في هذا العمل، يوضح الباحثون أيضًا طريقة لضبط طاقة ربط الإكسيتون (Eb) من خلال ضبط القيمة المتوسطة للفيلم الرقيق، وبالتالي الحصول على أفلام بيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد ذات سلوكيات انبعاث مختلفة.

وجدت الدراسات وجود ارتباط قوي بين سلوك الانبعاث للأغشية الرقيقة وEb. بالنسبة للأغشية الرقيقة ذات القيم المنخفضة لـ ، يؤدي Eb الكبير إلى إعادة تركيب سريعة للإكسيتونات والحاملات الحرة، مما يمنع تفكك وإخماد الحاملات في حالات الحبس. ونتيجة لذلك، تظهر الأغشية ذات القيم المنخفضة لـ كفاءة كمومية ضوئية (PLQY) عالية خلال المرحلة الأولية من إثارة الحاملات. ومع ذلك، يتسبب Eb الكبير أيضًا في إعادة تركيب أوجر شديدة، مما يؤدي إلى انخفاض ملحوظ في PLQY للأغشية الرقيقة ذات القيم المنخفضة لـ عند كثافات التيار العالية. وعلى العكس، بالنسبة للأغشية الرقيقة ذات القيم العالية لـ ، تكون النتائج معاكسة؛ حيث يجعل معدل إعادة تركيب أوجر المنخفض في الأغشية الرقيقة ذات القيم العالية لـ هذه الأغشية أكثر وعدًا للتطبيقات في أجهزة النصوع العالي.

الشكل 4. الديناميكيات المركبة للأغشية الرقيقة شبه ثنائية الأبعاد ذات قيم Eb المختلفة.

علاوة على ذلك، قام الباحثون بتصنيع أجهزة LED بيروفسكايت كبيرة المساحة (9.0 سم2) بطبقات نشطة مختلفة من البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد. أظهرت جميع الأجهزة تجانساً عالياً في الإلكترولومينسانس (EL). أظهرت الأجهزة = 3 كفاءة كمومية خارجية (EQE) ذروة تبلغ 16.4٪ عند كثافة تيار منخفضة تبلغ 1.0 مللي أمبير سم-2، مما يمثل أعلى كفاءة لأجهزة LED البيروفسكايت كبيرة المساحة حتى الآن، بينما حققت الأجهزة ذات المساحة الصغيرة المقابلة كفاءة كمومية خارجية ذروة تصل إلى 21.3٪. مع زيادة قيمة ، زاد عتبة انخفاض الكفاءة الكمومية الخارجية للأجهزة باستمرار. كانت أقصى نصوع للأجهزة = 10 هي 91,650 شمعة/م2، مما يظهر إمكاناتها في تطبيقات السطوع العالي.

الشكل 5 أداء الأجهزة لمصابيح LED البيروفسكايت شبه ثنائية الأبعاد ذات قيم المختلفة.

تم نشر هذا الإنجاز مؤخرًا في مجلة Nature Communications، والمؤلف المسؤول هو الباحث يوان مينغجيان من جامعة نانكاي. المؤلفون المشاركون الأوائل للورقة هما سون تشانغجيو، طالب دكتوراه، وجيانغ يوانزهي، باحث ما بعد الدكتوراه، وكلاهما من مجموعة الباحث يوان مينغجيان في جامعة نانكاي. (المصدر: جامعة نانكاي)