CN101563648A - 电致变色设备和包括该电致变色设备的光动力治疗设备 - Google Patents

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Abstract

当前，卫生保健中使用了光治疗的许多变形。主要的范例是皮肤病、癌症/肿瘤、牛皮癣、情绪障碍、膀胱感染的体内或体外光动力治疗(PDT)，促进伤口缝合，恢复脊髓损伤以及抑制肌肉/骨萎缩。PDT是一种使用称作光敏剂或光增敏剂的药物和特定类型的光的治疗方法。本发明涉及一种改进的PDT设备。

Description

电致变色设备和包括该电致变色设备的光动力治疗设备
技术领域
本发明涉及一种电致变色设备。本发明还涉及一种包括该电致变色设备的光动力治疗设备。
背景技术
当前，卫生保健中使用了光治疗的许多变形。主要的范例是皮肤病、癌症/肿瘤、牛皮癣、情绪障碍、膀胱感染的体内或体外光动力治疗(PDT)，促进伤口缝合，恢复脊髓损伤以及抑制肌肉/骨萎缩。PDT是一种使用称作光敏剂或光增敏剂的药物和特定类型的光的治疗方法。当光敏剂暴露于特定波长的光时，其生成类似氧自由基的反应物，该反应物杀死附近的细胞。通过特定波长的光对每种光敏剂进行激发。因为该波长确定了光能够在身体里传播多远，所以特定的光敏剂和特定波长的光被用来治疗身体的不同区域。现在，大多数PDT设备采用诸如激光器或LED的多种不同单色光源，且其可以覆盖从红外(IR，1100nm)至紫外(UV，300nm)的波长范围。公知的PDT设备的主要缺点是仅单个波长可用于光动力治疗。由于特定(生物学的)处理需要某种(仅仅)特定波长，所以公知的PDT设备的应用限于对落入PDT设备发射的波长范围以内的光敏剂进行激发。对适于同时并连续地激发多种光敏剂的PDT设备的需求增加，所述这些光敏剂要求相互不同的激发波长或波长范围。
本发明的目的是提供一种改进的设备，利用该设备能够连续地激发多种光敏剂。
发明内容
通过提供一种根据前文所述的电致变色设备能够实现该目的，所述设备包括：至少一个多色发光设备，以及至少一个可切换的电致变色窗，所述电致变色窗用于响应于施加至电致变色窗的电压来选择性地调整由所述发光设备发射的至少一个特定波长的透射。由于根据本发明的电致变色设备的电致变色窗经历归因于施加的电压引起的所述电致变色窗中的电化学氧化还原反应的不同不透明性，所以电致变色窗将呈现不同的光透射特性(不透明性)。借助于可切换的电致变色设备，因此能够选择性地过滤由所述多色发光设备发射的光，并且因而取决于施加至所述电致变色窗的电压而选择性地透射具有特定波长或波段的光。通过选择性地切换和最终调整所述电致变色窗，根据本发明的电致变色设备适于有效地发射多个波长和/或多个波长范围(波段)-除了同时之外-还连续地。因而，在将根据本发明的设备引入PDT的情况下，将有利于连续地激发多种要求相互不同的激发波长的光敏剂。应注意应当相当宽泛地解释本文中的表达方式“光”。该表达方式不仅包括落入可见光谱(典型地具有从380nm至780nm的波长范围)以内的电磁辐射，还包括诸如红外、紫外的非可见电磁辐射，甚至可以包括X射线。
在根据本发明的电致变色设备的实施例中，所述发光设备包括多个单色光源。单色光源的范例是激光器和发光二极管(LED)。根据该实施例，优选应用多个LED，所述LED优选地堆叠在彼此之上。在优选实施例中，发光设备包括至少一个多色光源。通过这种方式，能够相对紧凑地制造所述发光设备，从而能够相对紧凑地制造所述电致变色设备。尽管能够在根据本发明的设备中使用传统的(多色的)的灯泡，但是更优选地应用一个或多个多色有机LED(OLED)，或一个或多个多色塑料或聚合物LED(PLED)，尽管PLED的生产成本相当昂贵。与传统的灯泡相比，多色LED明显地更紧凑。相对于传统的固态LED，OLED具有能够被更经济地生产的潜力。另外，OLED比LED更轻，且能够利用公知的沉积技术相对容易地生产。典型的OLED包括阳极、阴极以及至少两个布置在所述阳极和阴极之间的有机材料层。许多OLED中的阳极包括诸如氧化铟锡(ITO)的相对高功函数的材料，而阴极典型地包括诸如钙(Ca)的相对低功函数的材料。典型的OLED中的一个有机材料层包括具有传输空穴的能力的材料，因此其典型地被称为空穴传输层。另一有机材料层典型地包括具有传输电子的能力的材料，因此其典型地被称为电子传输层。所述电子传输层还可以起着发光介质(或发射层)的作用。替代地，可以在所述空穴传输层和所述电子传输层之间布置额外的发射层。无论在哪种情况下，当适当地偏置OLED时，阳极注入空穴(正电荷载流子)至空穴传输层中，而阴极注入电子至电子传输层中。所注入的空穴和电子各朝着相反的带电电极迁移。当电子和空穴定位同一分子上时，形成弗仑克尔激发(Frenkel excitation)，且发射(可见)光。
在优选实施例中，电致变色设备包括多个电致变色窗。该实施例在期望或要求相对较大的发光面积的情况下可以是有利的，其中能够将不同的电致变色窗设置成彼此相邻。在替代实施例中，至少两个电致变色窗适于响应于施加至所述窗的电压而呈现不同的光学特性。根据该实施例，在彼此之上堆叠所述多个不同电致变色窗是有利的。由于能够开启和关闭每个电致变色窗，因而其实际起着可切换的光过滤器的作用，能够在彼此之上堆叠多个可切换过滤器。该累积的过滤可以优化和调整所述透射，并因而可以优化和调整所期望的特定光谱的有效发射。
电致变色窗优选包括沉积在支撑表面上的多个层构成的叠层。更具体而言，在发光设备上沉积电致变色窗的多个层构成的叠层，所述发光设备优选由一个或多个LED形成，尤其是由OLED形成。电致变色窗典型地包括离子存储层、电致变色层以及隔离所述离子存储层和电致变色层的适当固态电解质构成的叠层，其中对电致变色层的材料的选择是确定将被所述电致变色层分别吸收和透射的波长或波长范围。所述叠层适于沉积到衬底上。通常，将诸如例如氧化铟锡(ITO)的透明集电器(current collector)分别施加至离子存储层和电致变色层。通常通过两个玻璃层对这些层进行装配。将电源导线连接至两ITO层，电压驱动来自离子存储层的离子穿过离子导电层(电解质)并进入电致变色层中。这使得玻璃不透明。通过调整至适当的电压，将离子驱出电致变色层并进入离子存储层中。当离子离开电致变色层时，电致变色窗又恢复其透明性。
用于给发光设备和电致变色窗供电所需的电压可以取自诸如电力干线的外部电源。然而，在优选实施例中，电致变色设备包括至少一个用于给至少一个发光设备和至少一个电致变色窗供电的电化学能源。在更优选实施例中，电化学能源构成根据本发明的电致变色设备整体中的一部分。电化学能源优选地包括至少一个沉积在衬底上的电池叠层(battery stack)，所述电池叠层包括：第一电池电极、第二电池电极以及将所述第一电池电极和第二电池电极隔离的中间固态电解质。这种薄膜电池叠层能够和发光设备和电致变色窗一起在系统级封装(SiP)中完全集成。优选地，薄膜电池叠层具有3D取向以提高电池叠层的电池性能。在国际专利申请WO2005/027245中已经描述了3D取向的薄膜电池叠层的实施例。优选地，根据本发明的能源的至少一个电极适用于存储下列元素中的至少一种的活性物质：氢(H)、锂(Li)、铍(Be)、镁(Mg)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、纳(Na)和钾(K)，或分布在周期表中第一族或第二族中的任何其他合适的元素。所以，根据本发明的能源系统的电化学能源可以基于各种插层机理，因此适于形成不同种类的电池，例如Li离子电池、NiMH电池等等。在优选实施例中，至少一个电极，优选电池阳极，包括下列材料中的至少一种：C、Sn、Ge、Pb、Zn、Bi、Sb、Li并且优选地掺杂Si。还可以将这些材料的组合用来形成电极。优选地，将n型或p型掺杂的Si用作电极，或掺杂Si相关的化合物，如SiGe或SiGeC。还可以将其他适当的材料用作阳极，优选分布在周期表的12-16族中的一个的任何其他适当材料，只要电池电极的材料适于上述反应物质的插入和存储。上述材料尤其适于应用于锂离子基电池。在应用氢基电池的情况下，正电极优选包括诸如具体是LaNi5的AB5型材料，以及诸如具体是MgxTil-x的镁基合金的氢化物形成的材料，用于锂离子基电池的负电极优选地包括至少一种金属氧化物基材料，例如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2或诸如例如Li(NiCoMn)O2的前述材料的组合。在氢基能源的情况下，阴极优选地包括Ni(OH)2和/或NiM(OH)2，其中M由选自例如Cd、Co或Bi的组中的一种或多种元素来形成。
在根据本发明的电致变色设备的优选实施例中，电致变色设备包括用于控制将施加于至少一个电致变色窗的电压的控制单元。所述控制单元同样能够由电致变色设备的集成的电化学能源来供电。
为了确保电致变色设备的基本均匀的光输出，优选将一个或多个光学箔施加至至少一个电致变色窗上，所述光箔用于漫射由所述电致变色窗透射的光。这些漫射和/或反射箔是现有技术中公知的。
在优选实施例中，电致变色设备由封装物部分包围。保护性的封装物用于防止，或至少阻碍对电致变色设备的损坏。由于封装物通常由不透明材料制成，所以电致变色窗优选地基本未被所述封装物覆盖。
本发明还涉及一种光动力治疗(PDT)设备，所述设备包括根据本发明的电化学设备。为此，优选地选择多色发光设备，使得由所述发光设备发射的波长的光能够激发至少一种光敏剂。在优选实施例中，PDT设备适于人体或动物体的体内治疗。更优选地，PDT设备是生物可移植的。在替代优选实施例中，PDT设备适于人体或动物体的体外治疗。这些(集成或可移植的)PDT能够有利地用于皮肤病、癌症/肿瘤、牛皮癣、情绪障碍、膀胱感染的体内或体外治疗，促进伤口缝合，恢复脊髓损伤以及抑制肌肉/骨萎缩。
附图说明
通过下列非限定性范例来说明本发明，其中：
图1示出了根据本发明的电致变色设备的示意性横截面；
图2示出了根据本发明的另一电致变色设备的示意性横截面；
图3a示出了能够用于根据图1和2的电致变色设备中的电致变色窗的具体示意性横截面；以及
图3b示出了能够用于根据图1和2的电致变色设备中的另一电致变色窗的具体示意性横截面。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的电致变色设备1的示意性横截面。图1中所示的电致变色设备1适于用作光动力治疗(PDT)设备。电致变色设备1包括在衬底(未清楚地示出)上沉积的薄膜固态电池3的层压结构2，在电池3的顶部已经连续沉积了第一隔离层4、控制单元5、第二隔离层6、多色OLED7、以及电致变色窗8。集成的电池3适于为多色OLED7和电致变色窗8两者供电。通过控制单元5可切换电致变色窗8，并且因此可以开启和关闭电致变色窗8。电致变色窗8至少可以在基本透明状态和窗8至少部分不透明的状态之间切换。通过这种方式，电致变色窗8实际将起着用于选择性地过滤由多色OLED 7发射的光的可调整光过滤器的作用，这使得电致变色设备1有效地发射具有预定波长或波长范围的光、而其他波长(最初同样由OLED发射)被电致变色窗8吸收成为可能。对于光动力治疗来说，能够控制和切换电致变色设备1，使得由电致变色设备1能够同时或连续地有效发射不同预定波长或不同预定波长范围，这使得电致变色设备1适于同时或连续地激发不同光敏剂。层压结构2由保护性的封装物9包围。电致变色设备1能够适于体外使用，经由生物可移植还适于体内使用。
图2示出了根据本发明的另一电致变色设备10的示意性横截面。图2中所示的电致变色设备10结构基本与图1中所示的电致变色设备1结构类似，差别是该电致变色设备10包括堆叠于彼此之上的多个单色LED 11a、11b，其中LED 11a、11b适于发射具有不同颜色的光。电致变色设备10还包括衬底，在该衬底上沉积有固态电池12，在电池12的顶部已经连续沉积了第一隔离层13、控制单元14、第二隔离层15、两个单色LED 11a、11b以及电致变色窗16。保护性封装物17应用于保护电池12、控制单元14和单色LED 11a、11b。单色LED 11a、11b一起形成了多色发光设备。电致变色设备10的功能与图1中所示的电致变色设备1的功能类似。
图3a示出了可以用于根据图1和2的电致变色设备1、10中的电致变色窗18的具体示意性横截面。图3a中所示的电致变色窗18是其中存在锂基活性物质的电致变色窗18。电致变色窗18包括两个玻璃衬底19、20，在所述两个玻璃衬底19、20之间施加有第一集电器21、离子存储层22、电解质23、电致变色层24以及第二集电器25的。在该范例中，集电器21、25由氧化铟锡(ITO)制成。离子存储层22由CeO2-TiO2层形成，电解质23由LiPON形成，而电致变色层24由LixWO3形成。电源(未示出)导线连接至两集电器24、25，而电压驱动来自离子存储层的锂离子穿过离子导电层23并进入电致变色层24中。这使得电致变色窗18至少部分不透明。通过调整至适当的电压，将离子驱出电致变色层24并进入离子存储层22中。当离子离开电致变色层24时，电致变色窗18又恢复其透明性。
图3b示出了可以用于根据图1和2的电致变色设备1、10中的另一电致变色窗26的具体示意性横截面。该图中示出的电致变色窗26是其中存在氢基活性物质的电致变色窗26。电致变色窗26包括两个玻璃衬底27、28，在所述两个玻璃衬底27、28之间施加有第一集电器29、离子存储层30、第一钯层31、电解质32、第二钯层33、电致变色层34以及第二集电器35。在该范例中，集电器29、35由氧化铟锡(ITO)制成。离子存储层30由Ni(OH)2层形成，电解质32由ZrOyHx形成，而电致变色层34由MgyGd(1-y)Hx形成。钯层31、33通常非常薄，且适于促进离子存储层30和电致变色层34处氢的吸收和解吸附。
应注意，上述实施例用来示例而不是限制本发明，且本领域技术人员可以设计很多替代实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在这些权利要求中，设置在括号中的任何参考标记不应理解为限制所述权利要求。动词“包括”及其变型的使用不排除权利要求中所提到的元件和步骤之外的其他元件和步骤的存在。在元件之前的冠词“一”或“一个”不排除存在多个此类元件。某些措施在相互不同的从属权利要求中被引述的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被用于获得优点。

Claims (19)

1、一种电致变色设备，包括：
-至少一个多色发光设备，以及
-至少一个可切换的电致变色窗，用于响应于施加至所述电致变色窗的电压来选择性地调整由所述发光设备发射的至少一个特定波长的透射。
2、根据权利要求1所述的电致变色设备，其特征在于，所述发光设备包括多个单色光源。
3、根据权利要求1或2所述的电致变色设备，其特征在于，所述发光设备包括至少一个多色光源。
4、根据前述权利要求2或3中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述发光设备包括至少一个发光二极管(LED)。
5、根据权利要求4所述的电致变色设备，其特征在于，所述LED是有机LED(OLED)。
6、根据权利要求4或5所述的电致变色设备，其特征在于，所述发光设备包括多个LED。
7、根据前述权利要求中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述电致变色设备包括多个电致变色窗。
8、根据权利要求7所述的电致变色设备，其特征在于，至少两个电致变色窗适于响应于施加至所述窗的电压而呈现不同的光学特性。
9、根据前述权利要求中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述至少一个电致变色窗包括沉积在支撑表面上的多个层构成的叠层。
10、根据权利要求9所述的电致变色设备，其特征在于，所述多个层构成的叠层沉积在所述发光设备上。
11、根据前述权利要求中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述电致变色设备包括至少一个用于给所述至少一个发光设备和所述至少一个电致变色窗供电的电化学能源。
12、根据权利要求11所述的电致变色设备，其特征在于，所述电化学能源包括至少一个沉积在衬底上的电池叠层，所述电池叠层包括：第一电池电极、第二电池电极以及将所述第一电池电极和所述第二电池电极隔离的中间固态电解质。
13、根据前述权利要求中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述电致变色设备包括用于控制将施加至所述至少一个电致变色窗的所述电压的控制单元。
14、根据前述权利要求中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述电致变色设备包括至少一个施加至所述至少一个电致变色窗上的光学箔，所述光学箔用于漫射由所述电致变色窗透射的光。
15、根据前述权利要求中的一项所述的电致变色设备，其特征在于，所述电致变色设备由封装物部分包围。
16、一种光动力治疗设备，包括根据权利要求1-15中的一项所述的电致变色设备。
17、根据权利要求16所述的光动力治疗设备，其特征在于，所述光动力治疗设备适于身体的体内治疗。
18、根据权利要求17所述的光动力治疗设备，其特征在于，所述光动力治疗设备是生物可移植的。
19、根据权利要求16-18中的一项所述的光动力治疗设备，其特征在于，所述光动力治疗设备适于身体的体外治疗。
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