非激光光源,紫外线 UV LED照亮科学领域
由于光谱分布、功率水平和监管问题的不同，紫外线LED对汞弧灯的消毒、色谱和荧光成像应用提出了挑战。
紫外线（UV）发光二极管（LED）。 近几年来的发展已经超越了它们最初在紫外线固化应用中的用途，达到了能够挑战现有的含汞紫外线弧光灯的照明水平。生命科学市场现在正渴求 用于消毒、色谱、荧光成像和其他新兴应用的紫外线光源.
由于光谱分布、功率水平、监管问题和其他参数的不同，紫外线LED是否会完全取代紫外线汞弧灯，这个问题的答案并不容易。
LED与灯的对比
紫外光LED是一种固态设备，当电流从半导体电路的正极（p型或阳极）一侧流向负极（n型或阴极）一侧，形成p-n结时就会产生光。当施加电压时，每个紫外光LED在正掺杂的半导体空穴与负电子结合的结处发出一个狭窄的光带宽。
另外，传统的紫外线汞弧灯使用电弧在电离的汞气体内激发原子，然后衰变，发出光子。微波灯通过微波发射激发气体。虽然氙气灯使用氙气（无汞），但它们只能在 “闪光 “模式下工作，而不是连续波（CW）发射。
如果设计得当，紫外线LED半导体源的工作时间可超过20000小时，而传统的紫外线灯的寿命约为9000小时，不到LED源的一半。
太阳是全光谱紫外线辐射的来源，它通常被细分为UV-A（315-400纳米）、UV-B（280-315纳米）和UV-C（200-280纳米）光。通常情况下，紫外线LED具有以特定波长为中心的窄光谱输出，即±10纳米。
传统的紫外线应用
整个紫外光谱的许多应用都使用传统灯或紫外LED光源（见图1）。紫外线LED的渗透率和使用率最高的是粘合剂固化应用–然而，随着技术的发展，消毒、色谱和荧光成像等应用也不断涌现。凭借在可靠性、使用寿命、即时开关和较低的工作温度方面的优势，紫外LED解决方案正在众多应用中成功取代汞灯。
例如，对于工业紫外线固化应用，大多数材料公司已经修改了油墨、涂料和粘合剂，以支持紫外线LED的狭窄波长。然而，表面固化一直是一个挑战。幸运的是，随着时间的推移，深紫外（UV-C）LED的辐照度和功率不断提高，增加了UV LED取代传统汞灯的能力，即使是在最具挑战性的表面固化中。
去污和消毒
紫外线LED对生物分子和微生物的灭活（使其失去活性）的效果如何？答案在于紫外线源的光谱强度和剂量。例如，UV-C光被称为 “杀菌紫外线”，因为它在以下方面很有效 去污 和 消毒 (见图2)。虽然某些波长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改变。简而言之，微生物和生物材料都可以通过适当剂量的光进行灭活。
与灯相比，高强度紫外线LED技术提供了无可比拟的深紫外辐照度，为需要短波长的净化和消毒应用提供了更好的能力。
高亮度的紫外线LED技术能够在几分钟内完全灭活污染物，目前正被研究实验室和生产设施用于灭活生物分子，如DNA和RNA，以及微生物。
像对上呼吸系统和粘膜有害的RNase A这样的硬目标，可以通过正确的波长和强度的紫外线完全失活。通过针对特定的分子键，紫外线LED技术表现出更大的功效，并且比汞灯等宽带光源的总耗电量更低。紫外线LED可以在5分钟内完成对实验室污染物的完全灭活，其成本只是传统方法的一小部分。
来自Phoseon（Hillsboro, OR）的关于使用高辐照度紫外LED光引擎进行酶失活的研究表明，辐照度（强度）和辐射通量（剂量）都有助于快速失活RNase A酶（见图3）。
275纳米的紫外线被认为是通过对二硫键附近的芳香族氨基酸的影响来作用于RNase A。365纳米的波长是针对赖氨酸侧链的，目的是破坏RNase A反应袋的稳定性。这两种波长协同作用，使RNase A的灭活速度比任何一种单独使用都更快、更彻底。该研究支持使用高强度的紫外线LED照射作为一种新型的、快速的、方便的不可逆的灭活表面上的RNase的方法。
色谱学和光谱学
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。与氘灯相比，基于固态LED的紫外线检测器具有更高的灵敏度和/或动态范围，更低的噪音，以及更冷、更可控的操作，并且明显更稳定。它们在几毫秒内打开到全亮度，而传统的光学检测系统由于使用弧光灯作为光源，所以体积庞大，启动缓慢。作为用户的福音，固态光源可以持续10,000小时或更长时间，而氘灯只有2000小时。
自体荧光成像
巴雷特食道是一种癌前病变，食道下部的上皮细胞在形态上发生变化，与小肠的上皮细胞相似。早期肿瘤很难通过传统的白光内镜检查发现–实际上，巴雷特食道的筛查目前需要耗时的活检和病理检查。
在迈向巴雷特形态的实时成像系统的过程中，Phoseon使用275和365纳米的紫外线LED来激发组织自发荧光。猪食道和十二指肠组织的内壁被用作第一步模型，以了解巴雷特症向更多肠道内壁表型过渡的明显变化。使用苹果iPhone的CMOS相机拍摄了显示自体荧光波长和强度的容易看到的差异的图像，并进行了分析。
对紫外LED照明的腔内组织进行简单的RGB图像分析，可以为食道和十二指肠组织的组织鉴别提供一个基线。虽然仅用365纳米的激发就可以进行自发荧光的组织鉴别，但如果加上275纳米的照明，结果就会大大改善。
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