- UV-lys brukes til å desinfisere vann, gjenstander og luft. Vi har utviklet en ny og bedre måte å lage UV-lys, slik at flere kan ta det i bruk, forteller Ida Marie Høiaas. Hun er teknologidirektør i Trondheimsbedriften Crayonano og har en doktorgrad i nanoelektronikk fra NTNU

Nylig var hun hos en urmaker for å skifte klokkerem. I stedet for å tørke av klokken med sprit, la urmakeren den ned i en boks hvor den ble utsatt for UV-stråling i noen sekunder.

– Det var artig å se denne formen for desinfisering i praktisk bruk i dagliglivet, sier hun.

En av fordelene ved å desinfisere med UV-lys, er at man slipper å bruke kjemikalier.

Vil gjøre lysene mer effektive

Ultrafiolett lys kan brukes til å drepe mikroorganismer som bakterier og virus. Ultrafiolette lysdioder (UV LED) brukes derfor ofte til rensing av vann og luft.

– Men hva er så det nye Crayonano har utviklet?

– Vi kan lage UV LED som er ti ganger mer effektive enn dagens teknologi, til en pris som kun er en tiendedel av det den eksisterende teknologien koster, sier gründer Helge Weman.

Han er også professor ved institutt for elektroniske systemer ved NTNU, hvor utviklingen av den nye teknologien startet, med støtte fra Forskningsrådet.

Weman startet bedriften Crayonano, der han nå er vitenskapelig sjef. Nå har han trappet ned til halv professorstilling.

Markedet for UV-lys har relativt liten konkurranse og høy lønnsomhet. Det er et veldig stort behov for denne nye teknologien i markedet, fordi de eksisterende løsningene er veldig dyre og ineffektive, ifølge Weman.

Slår i stykker molekylene med lys

Biokjemiker Askild Holck er seniorforsker ved Nofima. Han er ikke tilknyttet gründerselskapet, men har erfaring med hvordan UV-lys brukes for å drepe mikroorganismer.

– Bølgelengden i ulike former for lys avgjør energinivået. Synlig lys kan bare varme opp ting, mens bølgelengden i ultrafiolett lys gir sterk nok energi til å bryte kjemiske bindinger, forklarer han.

UV-lyset slår løs elektronene, som gjør at molekylene går i stykker. UV-stråling skader DNA-et hos mikroorganismer, så de ikke kan formere seg og dør.

– Huden vår kan bli solbrent av UV-stråler i sterkt sollys, og det er noe av det samme, sier Holck.

UV-lys som drapsmetode for bakterier og virus har både fordeler og begrensninger, forklarer han. UV-stråler er godt egnet til å desinfisere overflater, men trenger ikke gjennom harde eller ruglete overflater.

– UV-lys kan drepe bakterier på et eggeskall eller en biff med glatt overflate, men kan ikke til å sterilisere kjøttdeig eller egget inni, forklarer han.

Ulike bølgelengder har ulik drapseffekt

UV-stråling brukes allerede til å desinfisere drikkevann i Norge. Vann fra Maridalsvannet i Oslo, blir bestrålt med UV-lys fra lysstoffrør.

Metoden er også velegnet til å sterilisere produksjonsflater i matvareindustrien.

– De ulike bølgelengdene har ulik drapseffekt, sier Holck.

UV-lys for praktiske formål har bølgelengder mellom 200 til 400 nanometer. Det er litt forskjell på hvor mye ulike mikroorganismer tåler.

Men UV-lys på 260-280 nanometer dreper det meste av mikroorganismer, som listeria, e-coli, salmonella og campylobakter. Det er denne bølgelengden Crayonanos UV-LED-lys er på.

Trondheimsbedriften var først i verden med å utvikle og patentere en metode for å produsere elektroniske halvledere på supermaterialet grafén.

Ultratynne lag av grafitt - en tusendel av et hårstrå

– Hva er grafén, som dere bruker i halvlederne?

– Grafén er det tynneste og sterkeste materialet som finnes. Det består av karbon og er en bestanddel i grafitt, som vi kjenner til fra blyanter, forklarer teknologidirektør Ida Marie Høiaas.

Fordelen med grafitt, er at det har så svake bindinger at det lett kan deles. Man kan fint dele grafitt mellom to tapebiter. Gjør man det mange nok ganger, blir lagene bare et atomlag tynt.

– Industrielt lages dette materialet ved hjelp av metangass og redusert trykk, forklarer Høiaas.

Crayonano kjøper ferdig grafén, som de så bruker til å «gro» nanotråder.

Vokser i krystallform

– Å gro nano høres unektelig litt biologisk ut?

– Ja, men alle krystallinske stoffer, som salt og silisium kan «gros». Et kjent eksempel er saltkrystaller, som vokser i karakteristisk krystallform.

Firmaet gror tråder som er en tusendel av tykkelsen til et hårstrå i diameter, såkalte nanotråder. Disse består av aliminium, gallium og nitrogen, og danner det som kalles en halvleder.

Halvledere leder elektrisk strøm dårligere enn metalliske ledere, som kobber, men bedre enn isolatorer, som glass.

Av dette lager bedriften UV-LED, som sender ut lys med en bølgelengde på 275 nanometer.

Selve den patenterte oppfinnelsen går ut på at bedriften har klart å kombinere grafén og halvledere. Det er en annen fremgangsmåte enn den konvensjonelle halvledere hittil er blitt laget på.

Miljøvennlig å erstatte kvikksølv

Trondheimsbedriften vil bidra til å erstatte lampene som brukes innen UV-stråling i dag.

– Nå lages UV-stråling med kvikksølvlamper, lignende de som finnes i gatebelysning. Kvikksølv utgjør en stor risiko hvis det kommer ut i miljøet, sier Høiaas.

I tillegg er komponentene store, og krever dyrt vedlikehold.

– UV-LED er mindre og har lengre levetid.

Crayonano lager ferdig lyskomponenten som andre produsenter skal lage sluttproduktet av. Oppfinnelsen er ennå ikke lansert i markedet.

– Vi har en prototype og jobber nå med et pilotprodukt, og skal ha deler av produksjonen her i Trondheim, sier hun.

I tillegg samarbeider de med kommersielle aktører i både Nederland, Tyskland og Spania.

LED-lys mindre intense, men mer fleksible

Å erstatte UV-lys fra lysstoffrør med LED-lys, har også både fordeler og ulemper, ifølge Askild Holck ved Nofima.

Hvor høy drapseffekten av UV-lys er, avhenger ikke bare av bølgelengden. Intensiteten i lyset har også en effekt.

– Det er vanskelig å få like stor intensitet fra LED-lys som fra lysstoffrør, sier Holck.

Han har nylig testet effekten i LED-lys fra ulike kinesiske og japanske produsenter.

– Det var kjempeforskjeller i hvor høy intensitet de leverte, sier han.

Samtidig har UV-LED-lys en viktig fordel som lysstoffrør mangler. De er mer fleksible å plassere.

– Små LED-lys kan enkelt monteres slik at man kommer til fra flere vinkler for å bestråle for eksempel alle deler av en skjærekniv, sier han.

Tilbud om egenkapital fra EU

I 2017 hentet Crayonano 50 millioner kroner fra privatmarkedet til kapitalinnhenting som priset selskapet til 170 millioner kroner. Sparebanken 1 SMN Invest var blant dem.

Mesteparten ble brukt til å investere i bygging av en produksjonslinje i Trondheim. Fra da av gikk selskapet inn i en ny fase hvor forskningen skulle kommersialiseres.

I tillegg til støtten på 25 millioner kroner som de nylig fikk tilslag på, fikk firmaet også tilbud om egenkapital som tilsvarer 50 millioner kroner fra EU.

– Dette var ikke noe vi søkte aktivt om, men et tilbud vi har fått. Dette tyder jo på at de har troen på prosjektet, sier teknologidirektør Høiaas.

Bedriften har så langt 25 ansatte, men regner med å øke bemanningen til nesten 40 ansatte i løpet av året.

Oppfinnelsen har sitt utspring i forskning som ble startet opp ved NTNU via NTNU Technology Transfer AS. Til å begynne med var det NTNU som eide de fleste patentene. Nå har eierne i bedriften kjøpt ut patentene fra NTNU, til en pris som var fastsatt på forhånd.

Referanser:

I. M. Hoiaas mf: GaN/AlGaN Nanocolumn Ultraviolet Light-Emitting Diode Using Double-Layer Graphene as Substrate and Transparent Electrode. Nano Letters, 31. januar 2019.

A. Mazid Munshi mf: Selective area growth of AlGaN nanopyramid arrays on graphene by metal-organic vapor phase epitaxy. Applied Physics Letters, 28. desember 2018.

A. Mulyo mf: The influence of AlN buffer layer on the growth of self-assembled GaN nanocolumns on graphene. Nature, 21. januar 2020.

A. Mulyo mf: Vertical GaN nanocolumns grown on graphene intermediated with a thin AlN buffer layer. Nanotechnology, 30. oktober 2018.