UV-C-Leuchtdioden Verbundprojekt entwickelt spezielle LEDs gegen Viren

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Im Rahmen eines Verbundprojekts entwickeln Forscher spezielle UV-C-LEDs und untersuchen dabei Parameter wie Wellenlängen, Bestrahlungsdosen und Lebensräume der Viren.

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Bestrahlungsmodul mit 118 UVC-LEDs, das im Projekt VIMRE für medizinische Tests an Hautmodellen und Haut von der Charité und der Universitätsmedizin Greifswald genutzt wird.
Bestrahlungsmodul mit 118 UVC-LEDs, das im Projekt VIMRE für medizinische Tests an Hautmodellen und Haut von der Charité und der Universitätsmedizin Greifswald genutzt wird.
(Bild: FBH/P. Immerz)

Forscher untersuchen im Verbundprojekt CORSA, wie sich SARS-CoV-2 und weitere Atemwegsviren auf Oberflächen und Haut mithilfe von UV-C-Licht abgetötet werden können. Schwerpunktmäßig geht es darum, wie SARS-CoV-2 mit UV-C-Licht inaktiv gemacht werden kann. Dabei wird die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet bis zur wirtschaftlichen Verwertung betrachtet. Die Forscher entwickeln dabei auch bereits bestehende Techniken von UV-C-Leuchten weiter. Wichtig ist, dass die Bestrahlung mit UV-C-Licht nicht nur wirksam, sondern gleichzeitig auch verträglich ist.

UV-C-LEDs mit Wellenlängen um 270 nm liefern die Basis für die Bestrahlung unbelebter Oberflächen vor allem in Luftfiltern. LEDs um die 233 nm sollen direkt am Menschen eingesetzt werden. Um die Wirksamkeit der UV-C-Strahlung bei Aerosolen sowie auf menschlicher und tierischer Haut zu überprüfen, entwickeln das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Kooperation mit der Technischen Universität Berlin (TU Berlin), UVphotonics NT sowie der Osram Opto Semiconductors geeignete LEDs und Bestrahlungssysteme.

Optimale Bestrahlungsdosen gegen Viren ermitteln

Osram OS arbeitet aktuell an LEDs mit 270 nm. Sie sollen für unbelebte Objekte eingesetzt werden, die sich nicht für eine chemische Desinfektion eignen sowie für Aerosole. Die Projektpartner testen insbesondere, wie sich das Coronavirus in Lüftungsanlagen beseitigen lässt, wenn die umgewälzte Luft oder die Filter bestrahlt werden. Dabei werden die optimalen Bestrahlungsdosen und -zeiten bestimmt, die das Virus effektiv unschädlich machen.

Das Projekt liefert Grundlagen, wie sich mit UV-C-Strahlung SARS-CoV-2 und andere respiratorische Viren wie etwa Influenzaviren bekämpfen lassen. Das Institut für Tier- und Umwelthygiene an der Freien Universität Berlin prüft die viruzide Wirkung auf Coronaviren in Aerosolen und die TU Berlin die Desinfektion in lufttechnischen Anlagen.

Wellenlängen um 233 nm schädigen die Haut gering

UVC-LEDs mit Wellenlängen um 233 nm schädigen die menschliche Haut nur gering. Deshalb sind sie für die Antisepsis ebenso interessant wie für die Desinfektion von belebten Innenräumen, beispielsweise in Schulen, Theatern oder Operationssälen. Solche LEDs sind derzeit nicht kommerziell verfügbar. Das FBH und die TU Berlin erforschen und entwickeln im Rahmen ihres Joint Lab GaN Optoelectronics seit einigen Jahren UV-C-LEDs und sind weltweit führend bei Leuchtdioden mit Wellenlängen von 233 nm.

Aufbauend auf das Know-how der notwendigen Halbleitertechnik wollen die Projektpartner zusammen mit UVphotonics die Ausgangsleistung, Konversionseffizienz und Lebensdauer der LEDs weiter erhöhen. Anders als längerwellige UV-C-Strahlung – etwa von Quecksilberdampflampen – dringt das Licht dieser LEDs nur wenige Mikrometer in die Haut ein und erreicht so kaum die tieferliegenden, lebenden Zellen.

Daher ist zu erwarten, dass die Haut mit ihren natürlichen Reparaturmechanismen mögliche geringe Schäden ausgleichen kann. Um sicherzustellen, dass die Technologie für den Menschen unbedenklich ist, führt die Klinik für Dermatologie der Charité – Universitätsmedizin Berlin in-vivo-Tests zur Wirkung der UV-C-Strahlung auf Haut durch. Daten zur viruziden Wirkung kommen vom Friedrich-Loeffler-Institut und von der Universitätsmedizin Greifswald.

Alltagsgegenstände desinfizieren

Die Charité und die Universitätsmedizin Greifswald können auf ihren Erfahrungen aus dem Projekt VIMRE aufbauen. Seit Mitte 2020 testen sie vom FBH entwickelte Strahler mit Wellenlängen von 233 nm, um multiresistente Krankenhauserreger wie MRSA auf der Körperoberfläche unschädlich zu eliminieren. Die technische Basis für die UV-C-LEDs wurde im Rahmen des Konsortiums „Advanced UV for Life“ geschaffen und von der TU Berlin und dem FBH gemeinsam entwickelt.

Das FBH verfügt zudem über umfassende Erfahrungen beim Prototypenbau von UV-LED-Strahlern, die es entsprechend der spezifischen Anforderungen entwirft und fertigt. Erst kürzlich wurde in Kooperation mit der Ausgründung UVphotonics ein Bestrahlungssystem mit UV-LEDs bei 265 nm fertiggestellt. 128 dieser LEDs desinfizieren Alltagsgegenstände wie Handys oder Masken auf einer UV-transparenten Scheibe von oben und unten. In weniger als zehn Minuten erreicht das System eine UV-Dosis von 500 mJ/cm², wie sie beispielsweise von den Centers for Disease Control and Prevention (US Department of Health & Human Services) empfohlen wird.

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