非激光光源：紫外LED照亮科学领域
由于光谱分布、功率水平和监管问题存在差异，紫外LED在消毒、色谱和荧光成像应用中挑战了汞弧灯。
近年来，紫外线（UV）发光二极管（LED）已超越其最初在紫外固化应用中的应用，达到了能够挑战现有含汞紫外弧灯的照明水平。生命科学市场现在渴望紫外光源用于消毒、色谱、荧光成像及其他新兴应用。
由于光谱分布、功率水平、监管问题及其他参数的差异，紫外LED是否能完全取代紫外汞弧灯的问题并不容易回答。
LED与灯泡的区别
紫外LED是固态器件，当电流从半导体电路的正极（p型或阳极）流向负极（n型或阴极）时，会产生光，形成p-n结。每个紫外LED在正掺杂半导体空穴与负电子连接的结处发出狭窄带宽的光。
另外，传统的紫外汞弧灯利用电离汞气体中的电弧激发原子，原子随后衰变，发射光子。微波灯通过微波发射激发气体。虽然氙灯使用氙气（不含汞），但它们只能以“闪光”模式工作，而非连续波（CW）发射。
如果设计得当，紫外LED半导体源的使用寿命可超过2万小时，而传统紫外灯泡的寿命约为9000小时——不到LED光源寿命的一半。
太阳是紫外线全谱辐射的源头，紫外线通常细分为紫外A（315–400纳米）、紫外B（280–315纳米）和紫外C（200–280纳米）。通常，紫外LED的光谱输出较窄，中心波长为±10纳米。
传统紫外应用
紫外光谱的许多应用使用传统灯泡或紫外LED光源（见图1）。紫外LED穿透率最高的应用是胶粘固化应用——然而，随着技术的发展，消毒、色谱和荧光成像等应用也在不断涌现。凭借可靠性、寿命、即时开关和更低的工作温度，紫外LED解决方案正在成功取代汞灯在众多应用中。
例如，在工业紫外线固化应用中，大多数材料公司都修改了墨水、涂层和粘合剂，以支持紫外线LED的窄波长。然而，表面固化一直是个挑战。幸运的是，深紫外线（UV-C）LED的辐照度和功率持续提升，使紫外LED能够在最具挑战性的表面固化中取代传统汞灯。
去污与消毒
紫外LED在使生物分子和微生物失活（使其失活）方面有多有效？答案在于紫外线源的光谱强度和剂量。例如，紫外线-C光因其在消毒和消毒方面的有效性而被称为“杀菌紫外线”（见图2）。虽然某些波长会影响生物分子内的不同键，但核苷酸和蛋白质都可以被深紫外光修饰。简而言之，微生物和生物材料都可以在适当的光照下被灭活。
高强度紫外LED技术提供了无与伦比的深紫外辐射水平，提升了需要短波长的去污和消毒应用能力。
高辐照度紫外LED技术能够在几分钟内完全失活污染物，目前被研究实验室和制造设施用于灭活DNA和RNA等生物分子以及微生物。
像RNase A这样对上呼吸道和黏膜有害的硬靶点，可以通过合适的紫外线波长和强度完全失活。通过针对特定分子键，紫外LED技术在总功耗下表现得比宽带灯（如汞灯）更高效且更低。紫外LED可在不到五分钟内完成实验室污染物的完全失活，成本远低于传统方法。
来自俄勒冈州希尔斯伯勒的Phoseon关于使用高辐照度紫外LED灯引擎进行酶失活的研究显示，辐照度（强度）和辐射通量（剂量）都有助于RNase A酶的快速失活（见图3）。
275纳米的紫外线被认为通过对二硫键近邻的芳香族氨基酸产生作用，作用于RNase A。365 nm波长被靶向赖氨酸侧链，目的是使RNase A反应袋失稳。这两个波长协同作用，使RNase A比单独作用更快更完全地失活。研究支持将高强度紫外LED照射作为一种新颖、快速且便捷的不可逆RNase表面灭活方法。
色谱与光谱学
氘灯和紫外LED光源都可以用作色谱和分析仪器的检测系统。固态LED型紫外探测器提供更高的灵敏度和/或动态范围，噪声更低，运行更冷静、更可控，且稳定性显著提升。它们在毫秒内启动至最大亮度，而传统光学检测系统由于使用弧光灯，体积庞大且启动缓慢。作为用户的利点，固态光源可持续使用1万小时或更久，而氘灯仅能维持2000小时。
自发荧光成像
巴雷特食管是一种癌前病变，下食管的上皮细胞形态发生变化，使其类似于小肠的上皮细胞。早期肿瘤可能难以通过传统白光内镜检测——实际上，目前巴雷特食管的筛查需要耗时的活检和病理学。
为了实现巴雷特形态的实时成像系统，Phoseon使用275和365纳米紫外LED激发组织自发荧光。猪食管和十二指肠组织的衬里被用作巴雷特病向更侧肠粘膜表型转变的初步模型。使用苹果iPhone CMOS相机拍摄并分析了显示自荧光波长和强度明显差异的图像。
对紫外LED照射的腔内组织进行简单的RGB图像分析，可以为食管和十二指肠组织的组织区分提供基线。虽然仅用365纳米激发即可实现自体荧光组织的区分，但当加入275纳米照明时，效果会显著改善。
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