CN110338329B - 一种光动力杀菌系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于光动力杀菌技术领域，具体涉及一种光动力杀菌系统。分为上下两层；下层的前端开口为门；下层的顶板内嵌有若干的LED光板，光板与顶板可拆卸连接；下层的底板上固定连接升降装置，升降装置通过线路与控制面板相连，由控制面板控制升降，控制光源辐照距离为50mm‑200mm；升降装置上方固定连接置物台，置物台上放置样品；下层的顶板上设有若干的通风口，通风口处设有风扇，与上层相通；上层两侧设有出风口和入风口。本发明设计、组装了一个可调节、智能LED光源设备，并将其应用于光动力杀菌技术，研究其在实际应用中的杀菌效果和具体杀菌参数，为其应用于光动力杀菌技术并在食品安全、保鲜领域的具体应用提供参考价值。

Description

一种光动力杀菌系统
技术领域
本发明属于光动力杀菌技术领域，具体涉及一种光动力杀菌系统。
背景技术
光动力杀菌对激发光源的要求：(1)激光波长在可见光范围内实用性最佳；(2)激光波长应与所选用的光敏剂吸收峰有最大限度的重叠；(3)光源应具有较大的输出功率和稳定的工作性能。光动力非热力杀菌理想的光源设备应当是能够持续输出单一、稳定、高能量密度激光的光源，该波长的光波不仅能够最大程度的被光敏剂吸收，而且应当不影响正常的组织细胞。
在光动力治疗中常用作诊断光源的有：N2激光器，波长337.1nm，脉冲输出；He-Cd激光器，波长441.6nm，连续输出；Ar+激光器，波长488.0～514.5nm，连续输出；Kr+激光器，波长406.7～415.4nm；光动力治疗中常用作诊断光源的有：铜蒸汽激光器，波长510.4和578.2nm；KTP激光器，波长530nm；铜蒸汽泵浦染料激光器，输出的510nm波长；金蒸汽激光器，波长627.8nm；He-Ne激光器，波长632.8nm，输出功率较低。传统的光动力处理使用激光光源。由于近年来非激光光源如发光二极管(LED)等技术的发展，其稳定的性能极大地促进了光动力方法的推广应用。相比于传统的激光，非激光光源具有体积小、重量轻、成本低、输出功率大等优势，使其成为光动力疗法中光源一种新选择。
LED光源采用低功耗、无辐射、光效高、寿命长的电场发光原理，具有其他光源无法达到的先天优势，比如(1)体积小，便于安装。大多数LED是将一块小的晶片封装在环氧树脂里，重量轻，安装起来方便。(2)发热量低。LED光源采用冷发光技术，发热量低。(3)寿命长。在额定电压和电流下，使用寿命一般达6万到10万小时，是传统光源的10倍以上(4)环保。LED光源采用无毒的环氧树脂材料封装而成，不会对土壤和水体造成污染。(5)耗电量低。LED光源电光功率转换效率接近30％，是其他同亮度电源无法达到的。LED相对于激光光源来说，在达到两者相同的光功率的条件下，LED光源具有体积更小、性价比更高的优势。
LED光源的优势随着固体发光材料的进一步开发，半导体技术的逐步改进，大功率的LED的生产技术已日趋成熟，而且也已经逐步商用化，因此采用LED作为仪器光源成为现实。但因LED为光源面积小、分布较集中，作照明用途时会刺眼，须运用光学设计分散光源，而且每枚LED因生产技术问题都会在特性(亮度、颜色、偏压等)上有一定差异，即使是同一批次的LED差异也不少，实际应用起来有一定的难度。
发明的内容
本发明要解决的技术问题是因LED为光源面积小、分布较集中，作照明用途时会刺眼，须运用光学设计分散光源；每枚LED因生产技术问题都会在特性(亮度、颜色、偏压等)上有一定差异，即使是同一批次的LED差异也不少，实际应用起来有一定的难度。
为解决上述问题，本发明设计、组装了一个可调节、智能LED光源设备，采用镶嵌在板中的LED灯群，均匀分布LED灯，且便于拆卸更换，将LED灯板应用于光动力杀菌技术，研究其在实际应用中的杀菌效果和具体杀菌参数，为其应用于光动力杀菌技术并在食品安全、保鲜领域的具体应用提供参考价值。
便携是设计该款光动力灭菌仪的一个重要目的，因此本设计的光源采用大功率的可替换型LED。技术方案如下：
包括壳体，分为上下两层；下层的前端开口为门，门的内壁设有暗扣，暗扣通过锁芯与门外壁的把手相连，所述暗扣例如专利201520865409.X中的结构，门为保温、不透光的结构，可以维持光照强度、维持恒温、保护杀菌过程不受外界影响；下层的顶板内嵌有若干的LED光板，光板与顶板可拆卸连接，连接方式例如但不限于螺纹连接、卡接等方式，LED光板上的各LED灯泡均匀排布，呈数列分布状；LED光板通过线路与电源相连，电源为220V/50Hz的电压和20mA的电流大小，单珠光源工作电压为DC1.8-2.0V，通过控制LED光源的发光功率和杀菌时间，以不同光强度实现不同的杀菌模式；下层的底板上固定连接升降装置，升降装置通过线路与控制面板相连，由控制面板通过微电脑集成电路板控制升降机，所述升降装置例如但不限于液压升降台、丝杆升降机等，控制光源辐照距离为50mm-200mm；升降装置上方固定连接置物台，置物台上放置样品；下层的顶板上设有若干的通风口，通风口处设有风扇，与上层相通；上层两侧设有出风口和入风口，通风口将热空气带动至上层，与入风口处进的新风混合从出风口输出系统，保持杀菌环境稳定；上层正面设有控制面板，控制面板由单片机驱动，显示光动力杀菌系统的设置信息，单片机控制调节光源功率、光照时间和置物台高度，调节控制方式为PLC，光照时间的范围为1-9999s；整个系统通过开关控制电源输送；控制面板旁设两个调节旋钮，各调节杀菌时间和杀菌功率，旋钮上方为显示器，对应显示杀菌时间和杀菌功率。
进一步的，所述LED光板采用双光源系统，由80颗LED光源组成，波长可根据光敏剂需要设置更换相应的LED光板，其中，单光源功率为0-120W，单光源的辐照面积为80mm×80mm，优化为每颗光源的功率为15W。
进一步的，上层内部安装控温(制冷/制热)装置，入风口与压缩机(制冷/制热)系统相连，通过制冷/制热压缩机可控性调节并从此处通入冷/热风，可维持恒温灭菌，杀灭耐低温及高温的细菌，起到控温保护的作用。
进一步的，所述控制面板为液晶显示屏。
进一步的，在外壳的上方设有观察窗，方便俯视置物台观察灭菌情况。
进一步的，所述光动力杀菌系统具有集成电路进行过流保护和开门保护。
一种利用上述光动力杀菌系统杀菌的方法，包括以下步骤：
(1)根据所要杀菌的产品和所使用的光敏剂，确定吸收波长范围、光源辐照距离、光源功率和光照时间；
(2)通过控制面板按照步骤(1)确认的参数进行设定；
(3)将待杀菌的产品放置在置物台上；
(4)通过控制面板操作，设置功率、时间、温度，启动设备开始杀菌；
(5)到达指定灭菌时间后，自动停止工作，取出产品即可。
本发明具有以下有益效果：
1、体积小，重量轻，输出功率大。单光源辐照面积：80mm×80mm，单光源功率：100W。光源设备体积小，重量轻便于光动力杀菌实际操作，光源功率大有利于得到更好的杀菌效果。
2、系统保护。光源控温保护、过流保护、开门保护。由于光动力技术常用的光敏剂的最大吸收波长范围对应蓝光，橙光，红光等，对眼睛刺激大，系统保护对于保证安全具有重要意义。
3、可调节设置。控制面板设置可调节功率、光照时间、调节置物平板高度按钮。单光源功率：0-120W，光照时间范围：1-9999s，光源辐照距离：50-200mm。可调节参数装置为优化实验参数提供更多可能性。
4、压缩机制冷/制热换风系统，保持杀菌环境可调节及控制。
5、LED光板可整体拆卸，便于根据样品及不用光敏剂选择更换最适波长的LED灯，方便灵活。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的杀菌结果对比图；
图中，样品0、壳体1、门2、暗扣21、LED光板3、升降装置4、置物台5、出风口6、入风口7、控制面板8、开关9、旋钮10、观察窗11、风扇12。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种光动力杀菌系统，包括壳体1，分为上下两层；下层的前端开口为门2，门2的内壁设有暗扣21，所述暗扣例如专利201520865409.X中的结构，门2为保温、不透光的结构，可以维持光照强度、维持恒温、保护杀菌过程不受外界影响；下层的顶板内嵌有若干的LED光板3，光板与顶板可拆卸连接，连接方式例如但不限于螺纹连接、卡接等方式，LED光板上的各LED灯泡均匀排布，呈数列分布状；LED光板2通过线路与电源相连，电源为220V/50Hz的电压和20mA的电流大小，单珠光源工作电压为DC1.8-2.0V，通过控制LED光源的发光功率和杀菌时间，以不同光强度实现不同的杀菌模式；下层的底板上固定连接升降装置4，升降装置4通过线路与控制面板相连，由控制面板通过微电脑集成电路板控制升降机，所述升降装置例如但不限于液压升降台、丝杆升降机等，控制光源辐照距离为50mm-200mm；升降装置4上方固定连接置物台5，置物台5上放置样品0；下层的顶板上设有若干的通风口，通风口处设有风扇，与上层相通；上层两侧设有出风口6和入风口7，通风口将热空气带动至上层，与入风口7处进的新风混合从出风口输出系统，保持杀菌环境稳定；上层正面设有控制面板8，控制面板由单片机驱动，显示光动力杀菌系统的设置信息，单片机控制调节光源功率、光照时间和置物台高度，调节控制方式为PLC，光照时间的范围为1-9999s；整个系统通过开关9控制电源输送；控制面板8旁设两个调节旋钮10，各调节杀菌时间和杀菌功率，旋钮10上方为显示器，对应显示杀菌时间和杀菌功率。
其中，所述LED光板采用可拆卸更换型光源系统，由80颗LED光源组成，波长可根据光敏剂需要设置，光源功率为0-120W，光源的辐照面积为80mm×80mm，优化为每颗光源的功率为15W。
实施例2：
上层内部安装控温装置，入风口与压缩机(制冷/制热)系统相连，从此处通入冷/热风，可维持低/高温灭菌环境，杀灭耐低温及高温的细菌，起到控温保护的作用。
所述控制面板为液晶显示屏。
其余均与实施例1相同。
实施例3：
在外壳的上方设有观察窗11，方便观察灭菌情况。
所述光动力杀菌系统具有集成电路进行过流保护和开门保护。
其余均与实施例1相同。
一种利用实施例1-3的装置进行光动力杀菌系统杀菌的方法，以鲜切果蔬为例，包括以下步骤：
(1)选择使用波长为420nm±5nm的蓝色LED光源，即安装相应的LED光板，光照剂量至少达到0.7kJ/cm2；使用纯度为95％以上的食品级姜黄素作为光敏剂，调节照射距离越近越好；
(2)通过控制面板按照步骤(1)确认的参数进行设定；
(3)将待杀菌的鲜切果蔬浸入步骤(1)添加了姜黄素的水中，或者喷洒姜黄素水溶液于果蔬表面，然后放置到置物台上；
(4)通过控制面板操作，设置功率、时间、温度，启动设备开始杀菌；
(5)到达指定灭菌时间(1min-60min)后，自动停止工作，取出产品即可。
以土豆为载体的实际应用效果，即杀菌后的细菌减少级数与未杀菌的细菌数对比见图2，对表面大肠杆菌及金黄色葡萄球菌可达到99.99％的灭活效果(降低3个log值)。如果是不在实体果蔬上，单独的体外实验，离体效果能降低6-7个log值(见图2右图)，足见本发明的杀菌效果优异。

Claims (6)

1.一种光动力杀菌系统，其特征在于：包括壳体，分为上下两层；下层的前端开口为门，门的内壁设有暗扣，暗扣通过锁芯与门外壁的把手相连，门为保温、不透光的结构；下层的顶板内嵌有若干的LED光板，光板与顶板可拆卸连接，LED光板上的各LED灯泡均匀排布，呈数列分布状；LED光板通过线路与电源相连，电源为220V/50Hz的电压和20mA的电流大小，单珠光源工作电压为DC1.8-2.0V；下层的底板上固定连接升降装置，升降装置通过线路与控制面板相连，由控制面板控制升降，控制光源辐照距离为50mm-200mm；升降装置上方固定连接置物台，置物台上放置样品；下层的顶板上设有若干的通风口，通风口处设有风扇，与上层相通；上层两侧设有出风口和入风口；上层正面设有控制面板，控制面板由单片机驱动，显示光动力杀菌系统的设置信息，单片机控制调节光源功率、光照时间和置物台高度，调节控制方式为PLC，光照时间的范围为1-9999s；整个系统通过开关控制电源输送；控制面板旁设两个调节旋钮，各调节杀菌时间和杀菌功率，旋钮上方为显示器，对应显示杀菌时间和杀菌功率；
上层内部安装控温装置，入风口与压缩机系统相连。
2.如权利要求1所述的光动力杀菌系统，其特征在于：所述LED光板采用可拆卸更换型光源系统，由80颗相同波长的LED光源组成，单光源功率为0-120W，单光源的辐照面积为80mm×80mm，每颗光源的功率为15W。
3.如权利要求1所述的光动力杀菌系统，其特征在于：所述控制面板为液晶显示屏。
4.如权利要求1所述的光动力杀菌系统，其特征在于：在外壳的上方设有观察窗。
5.如权利要求1所述的光动力杀菌系统，其特征在于：所述光动力杀菌系统具有集成电路进行过流保护和开门保护。
6.一种利用权利要求1的光动力杀菌系统杀菌的方法，包括以下步骤：
(1)根据所要杀菌的产品和所使用的光敏剂，确定吸收波长范围、光源辐照距离、光源功率和光照时间；
(2)通过控制面板按照步骤(1)确认的参数进行设定；
(3)将待杀菌的产品放置在置物台上；
(4)通过控制面板操作，设置功率、时间、温度，启动设备开始杀菌；
(5)到达指定灭菌时间后，自动停止工作，取出产品即可。
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