Cette note technique vise à comparer l'efficacité de la désinfection bactérienne des lampes UV-DEL avec les lampes à décharge UV, en particulier les lampes au mercure.
Les lampes à décharge UV sont largement utilisées pour désinfecter les fruits, les légumes, les aliments transformés et les surfaces des équipements. La région UVC du spectre (200-280 nm) est la plus efficace pour tuer les bactéries, le pic d'absorption de l'ADN bactérien se situant à 265 nm. La lampe à décharge UV la plus couramment utilisée est la lampe à décharge au mercure, qui présente une intensité élevée.Rayonnement UVC à 254 nmBien que le pic d'émission de la lampe à mercure ne coïncide pas exactement avec le pic d'absorption de l'ADN des bactéries, il est suffisamment proche pour infliger de graves dommages aux bactéries et les détruire. Cependant, la lampe au mercure présente certaines limites, énumérées ci-dessous :
L'ampoule de la lampe au mercure est fragile et pourrait se briser en cas de choc. Dans ce cas, le mercure toxique serait libéré dans l'environnement.
· La lampe au mercure n'émet pas bien dans des conditions de température froide et par conséquent l'irradiance diminue à des températures plus basses.
· La lampe au mercure prend beaucoup de temps à chauffer et n'atteint pas immédiatement sa puissance maximale dès qu'elle est allumée.
· Tel que mentionné précédemment, la longueur d’onde d’émission est limitée à 254 nm, ce qui ne correspond pas au pic d’absorption de l’ADN des bactéries tel que déterminé par la courbe d’efficacité germicide.
La figure 1 montre un graphique superposé de l'émission d'une lampe à mercure et de l'absorption d'ADN des bactéries.
Figure 1 : La puissance de sortie de la lampe à mercure est légèrement décalée par rapport au pic d'absorption de la courbe d'efficacité germicide
La DEL UV constitue une alternative intéressante à la lampe à décharge au mercure pour la désinfection germicide. La DEL UV est constituée d'une jonction p-n et la recombinaison des porteurs électron-trou à cette jonction crée des photons. Selon la conception de la jonction p-n, différentes longueurs d'onde peuvent être émises. La DEL UV présente les avantages suivants par rapport à la lampe à décharge au mercure :
Les DEL UV pourraient être conçues pour avoir un pic d'émission plus proche du pic d'absorption germicide. Elles seraient plus efficaces à des fins de désinfection.
· La puissance des DEL UV ne dépend pas de la température
· Les DEL UV ont de très petites tailles et ne sont pas fragiles.
· Les DEL UV ne contiennent pas de mercure toxique
· Les DEL UV émettent dès qu’elles s’allument et n’ont pas de temps de préchauffage.
À puissance égale, la DEL UV produit un éclairage supérieur à la même distance qu'une lampe à mercure. Ceci est illustré à la figure 2.
Figure 2 : La DEL UV est plus directionnelle que la lampe à décharge au mercure
Français Dans une étude de recherche1, trois types différents de bactéries, soit E-Coli, Salmonella et Listeria, ont été cultivés dans des milieux gélosés et ont été soumis à l'éclairage de quatre DEL UV à différentes longueurs d'onde et d'une lampe à décharge de mercure à des niveaux de fluence de 0,1, 0,2, 0,5 et 0,7 mJ/cm². L'irradiance de la DEL UV était de 4,5 mW/cm², de sorte que l'intensité de la lampe à mercure a dû être atténuée à l'aide de 52 feuilles minces de polypropylène d'un facteur de près de 200 pour ramener l'irradiance de la lampe à mercure à près de 4 mW/cm². Les trois cultures bactériennes différentes qui ont été cultivées dans des milieux gélosés en boîte de Petri ont été éclairées par ces DEL et la lampe au mercure à quatre fluences différentes (mentionnées ci-dessus) et la réduction de la concentration bactérienne a été mesurée à l'échelle logarithmique. La figure 3 montre la comparaison entre la réduction de la concentration bactérienne par la lampe à mercure et la réduction de la concentration bactérienne par la DEL UV 266 nm (la plus efficace des 4 DEL UV mentionnées) de trois types de bactéries.
Figure 3 : a) E-Coli b) Salmonella c) Listeria
E. coli et Salmonella présentent tous deux une réduction de la DO6 à 0,7 mJ/cm², tandis que Listeria présente une réduction de la DO5 au même dosage, comme observé sur les graphiques. Dans les deux cas, la lampe à mercure atténué présente une réduction beaucoup plus faible. E. coli et Salmonella sont des bactéries Gram-négatives, tandis que Listeria est une bactérie Gram-positive. Des études ont montré que les bactéries Gram-positives nécessitent une dose plus importante pour être éliminées, car elles sont plus résistantes aux UV. La principale raison pour laquelle la lampe au mercure n'offre pas la même efficacité en matière de désinfection germicide est l'atténuation inversement proportionnelle au carré du rayonnement, contrairement à une DEL UV qui, contrairement à la DEL, se concentre davantage sur la zone cible.
Français Les mêmes travaux de recherche ont également été menés sur du fromage en tranches de dimensions 85 mm x 85 mm x 2 mm. Il a été constaté qu'à une dose de 3 mJ/cm², E. coli et Salmonella présentaient une réduction de 4 à 5 log, et Listeria une réduction de 3 à 4 log. Une comparaison a également été effectuée entre la DEL 266 nm et la DEL 279 nm et il a été constaté que pour les trois espèces de bactéries, la destruction logarithmique était légèrement supérieure pour la DEL UV 266 nm (E. coli : 4,88, Salmonella : 4,72, Listeria 3,52) que pour la LED 279 nm (E. coli : 4,04, Salmonella : 3,91, Listeria 3,24).
Allied Scientific Pro s'efforce d'utiliser la technologie photonique pour lutter contre la pandémie et propose différentes lampes de désinfection dans sa gamme de produits. La figure 4 illustre l'un de ces produits : un pistolet à LED.
Figure 4 : Pistolet à DEL proposé par Allied Scientific Pro.
Plusieurs longueurs d'onde de crête sont disponibles : 222 nm, 230 nm, 254 nm, 265 nm, 275 nm et 280 nm. Pour plus d'informations, consultez le lien suivant :
Références :
1- Utilisation de diodes électroluminescentes UVC à des longueurs d'onde de 266 à 279 nanomètres pour inactiver les agents pathogènes d'origine alimentaire et pasteuriser le fromage en tranches, S.J.Kim et.al, Applied and Environmental Microbiology, Volume 82, Numéro 1, 2016.
2- Résistance du génome d'Escherichia coli et de Listeria monocytogenes à l'irradiation évaluée par l'induction de dimères de cyclo-butane pyrimidine et de photoproduits 6-4 à l'aide de rayonnements gamma et UVC, S Beauchamp et.al, Radiat Physics Chem 81 : 1193-1197, 2012
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