CN110831662A - 用于伤口的处理的激光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置和方法，比如激光装置和激光装置的用于伤口处理的用途。尤其，本发明涉及慢性伤口的治疗处理。
Description
本发明涉及用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置和方法，比如激光装置和激光装置的用于伤口处理的用途。尤其，本发明涉及慢性伤口、与慢性伤口关联的生物膜、与生物膜及手术部位感染关联的其它慢性感染的治疗/处理。
技术背景
组织损伤后的再生与组织修复发生在由止血期、炎症期、增生期和重构期组成的相互重叠的阶段中。
在止血期中，伤口通过止血的凝块闭合。在止血建立之后，血管扩张并允许抗体、白血细胞、营养素及其它防止感染并促进愈合的成分进到伤口中。组织再生以细胞增生和组成细胞外基质的成分的合成，发生在增生期。在最后的重构期中，抗拉强度增强且疤痕厚度减小。
当微生物——尤其细菌——在伤口处大量繁殖并延迟愈合或使伤口恶化时，伤口受到感染。当伤口被细菌污染时或当免疫系统无法应对正常的细菌滋长时，可引起伤口感染。手术部位的感染普遍存在且会危及生命。感染还可能导致慢性伤口(即，伤口未在三个月内愈合)。
研究表明，细菌及真菌细胞可存在于被称为“生物膜”的表面附着簇中。细菌附着于固体表面、增殖并形成微菌落，微菌落产生胞外聚合物。生物膜存在于大多数的慢性伤口中，且引起对抗生素和抗微生物剂的抗性/耐药性，并使胞内存活率提升。生物膜的这些性质被怀疑是由不良的抗生素渗透、养分限制、缓慢的滋生、适应性应激反应以及表型变异体的形成导致。
如果生物膜簇从原始簇分离并污染周围表面，则感染可扩散到周围组织。
在正常的伤口愈合中，炎症期在进展到增生期之前仅延续数天。细菌生物膜可靶向/攻击大多数的主要炎症因子并导致愈合炎症期延长。
生物膜还存在于许多其它类型的慢性感染中，包括囊性纤维化患者的呼吸道感染以及与移植和导管相关的感染，且因此与许多死亡有关。
目前用于治疗慢性伤口的技术无法有效地深入靶向/攻击细菌生物膜。在常规的慢性伤口治疗中，65％的患者预期在头25周内治愈。
常使用TIME模式来治疗慢性伤口。它包括清创、伤口清洗、负压伤口治疗、感染与发炎治疗、伤口中的湿度平衡以及伤口边缘评估。
对于清创，即去除坏死组织及异物，可使用广泛种类的技术。最直接的一种当为手术切除，然而也可使用机械方法(比如，盐水浸湿的纱布或盐水灌注)、自溶法(比如，封闭敷料)、酶法以及生物法(比如，蛆虫)。由于伤口愈合受细菌损害，因此去除的组织大多常为具有最高细菌数的组织。
伤口清洗使细胞碎屑及表面病原体移除，并促使伤口水合。优选方法为伤口冲洗，即溶液稳定地流过开放性伤口。连同清创，冲洗是促进伤口愈合从炎症期进展到增生期的重要步骤。这通过清除出会妨碍愈合的碎屑来进行。
负压伤口治疗包括伤口敷料的施加，负压经由伤口敷料的施加而被施加。该技术被认为去除伤口渗液及传染性物质、促进肉芽组织形成及灌注并使伤口边缘聚拢。目前仅可获得有限的证据来支持负压伤口疗法的疗效。
对感染或与感染无关的发炎的处理包括局部抗菌和全身性抗生素(的使用)。疗法的选择取决于微生物负荷的类型。生物膜可通过先进的显微镜检查或专业的培养技术而被确定性检测。目前对于处理生物膜的策略包括：清创和清洗，以物理瓦解并去除生物膜；以及局部抗菌，以杀死微生物并防止进一步的伤口污染。
含银敷料广泛作为局部抗菌敷料使用，然而近来的研究论断是，没有足够的证据表明含银敷料对治愈率有所促进。
湿度的平衡包括对伤口液的评估和管理。过多或不足的渗出液的产生都会抑制慢性伤口的伤口愈合进程。
不同的敷料可提供适宜的湿度平衡、防止皮肤边缘浸渍及渗漏。蛋白酶调控型敷料可控制使生长因子变性的伤口蛋白酶。
上皮边缘发展(epithelial edge advancement)包括对未发展或逐渐侵蚀的伤口边缘以及周围皮肤状况的评估和管理。
边缘发展疗法此外还包括：
低水平气体激光疗法(氦氖或砷化镓)，低水平气体激光疗法用于提升细胞的增生及迁移。对于使用低水平气体激光疗法来治疗慢性伤口的受益，证据有限。
电磁疗法，电磁疗法提供连续或脉冲的电磁场，该电磁场被认为诱导细胞增生。最近的研究并未提供关于使用电磁疗法时愈合率提升的有力证据。
光疗，光疗曾被提出作为一种用于伤口愈合的疗法。目前没有证据支持该疗法的受益及安全性。
超声波疗法，超声波疗法据猜测认为将刺激伤口床内的细胞活动。没有与对腿静脉性溃疡或压疮的超声波疗法相关的受益的证据。
富含自体血小板的血浆凝胶，富含自体血小板的血浆凝胶包括从患者自身的血液获得的细胞因子、生长因子和纤维蛋白支架。最近的回顾表明，彻底且局部的伤口愈合与对照的伤口护理相比有所改善，但所用的随机对照试验具有低的质量。
发明内容
存在对于伤口、尤其是慢性伤口的替代性治疗/处理的需求。尤其，存在对于伤口的无需任何活性物质的任何给药的无创处理的需求。
该需求通过如权利要求中所提供的本发明的方面及实施例被满足。以下提供另外的方面及实施例。
根据一方面，本发明涉及一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置，所述装置包括：
a.用于生成电磁辐射束的器具，所述器具优选包括激光器；
b.可选地，用于分散所述电磁辐射束的器具，用于分散的所述器具优选包括发散透镜；
c.用于准直所述电磁辐射束的器具，用于准直的所述器具优选包括会聚透镜，从而提供准直的电磁辐射束；
d.用于聚焦所述准直的电磁辐射束的器具，用于聚焦的所述器具优选包括至少一个聚焦透镜，其中，用于聚焦的所述器具允许所述准直的电磁辐射束聚焦在有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积(focal volume)中；
其中，所述装置包括允许改变所述至少一个焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置的器具；并且
其中，通过允许所述电磁辐射在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量，所述装置被调适为允许利用所述电磁辐射根除或伤害所述细菌而基本不使所述细胞受伤害。
根据另一方面，本发明涉及一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置，所述装置包括：
e.用于生成准直的电磁辐射的器具；
f.用于聚焦所述准直的电磁辐射的器具，用于聚焦的所述器具包括至少一个聚焦光学透镜，其中，用于聚焦的所述器具允许所述电磁辐射聚焦在有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积中；
其中，所述装置包括允许改变所述至少一个焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置的器具；并且
其中，通过允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量，所述装置被调适为允许利用所述电磁辐射根除或伤害所述细菌而基本不使所述细胞受伤害。
根据一方面，本发明涉及根据本发明的装置的用于治疗或预防的用途。
根据前述装置权利要求中任一项所述的装置的用于体外或非医疗目的、比如美容目的的用途。
根据一方面，本发明涉及一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的方法，所述方法包括将电磁辐射传输到有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积，这是通过允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量来实现的。
详细公开
在权利要求中提供了本发明的实施例。以下及附图中提供另外的实施例。
根据实施例，本发明涉及一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置，所述装置包括：
a.用于生成电磁辐射束的器具，所述器具优选包括激光器；
b.可选地，用于分散所述电磁辐射束的器具，用于分散的所述器具优选包括发散透镜；
c.用于准直所述电磁辐射束的器具，用于准直的所述器具优选包括会聚透镜，从而提供准直的电磁辐射束；
d.用于聚焦所述准直的电磁辐射束的器具，用于聚焦的所述器具优选包括至少一个聚焦透镜，其中，用于聚焦的所述透镜允许所述准直的电磁辐射束聚焦在有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积中；
其中，所述装置包括允许改变所述至少一个焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置的器具；并且
其中，通过允许所述电磁辐射在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量，所述装置被调适为允许利用所述电磁辐射根除或伤害所述细菌而基本不使所述细胞受伤害。
根据优选的实施例，光学透镜被用作所述透镜。
根据实施例，所述的器具b.置于所述的器具a.与所述的器具c.之间。
根据实施例，所述的器具c.置于所述的器具b.与所述的器具d.之间。
根据实施例，所述的器具c.置于所述的器具a.与所述的器具d.之间。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述的器具b.包括发散透镜或负透镜。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述的器具c.包括聚光透镜、或者会聚透镜或正透镜、或者准直器。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述的器具d.包括多个透镜，比如微阵列透镜。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述的器具b.、c.和d.中的至少一者允许改变所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置包括这样的器具，所述器具用于改变所述的器具c.与所述的器具d.之间的距离，从而允许改变所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置。这使得能够影响有待处理或消毒的所述体积的不同深度中的细菌。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置包括这样的器具，所述器具用于改变所述的器具d.相对于所述准直的电磁方向在至少两个独立方向上的位置，从而允许改变所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置。优选地，这两个独立方向基本上相互垂直。在优选的实施例中，所述两个独立方向与所述准直的电磁辐射的传播方向基本上垂直。
根据实施例，本发明涉及一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置，所述装置包括：
e.用于生成准直的电磁辐射的器具；
f.用于聚焦所述准直的电磁辐射的器具，用于聚焦的所述器具优选包括至少一个聚焦光学透镜，其中，用于聚焦的所述器具允许所述电磁辐射聚焦在有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积中；
其中，所述装置包括允许改变所述至少一个焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置的器具；并且
其中，通过允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量，所述装置被调适为允许利用所述电磁辐射根除或伤害所述细菌而基本不使所述细胞受伤害。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述焦体积具有1-10,000μm3、优选地2-5000μm3、更优选地3-3000μm3、优选地5-2000μm3、更优选地10-1000μm3、优选地20-500μm3、更优选地30-400μm3、优选地50-200μm3、更优选地约100μm3的体积。
焦体积为焦斑面积乘以焦深。焦深可按Rayleigh长度ZR的两倍计算。Rayleigh长度ZR可按ZR＝π(ω0)2/λ计算。束腰ω0是焦斑面积的半径。电磁辐射的波长为λ。对于圆形焦斑，焦斑面积可按π(ω0)2计算，而对于椭圆形焦斑可按π(短轴长度)(长轴长度)/4计算。在光束不具有圆对称性的情况中，可相关地考虑除束腰以外的别的度量，比如半最大值全宽度/半峰全宽(full width at half maximum)、D86宽度、1/e2宽度或D4σ宽度。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述焦体积具有至少1μm3、优选地至少2μm3、更优选地至少3μm3、优选地至少5μm3、更优选地至少10μm3、优选地至少20μm3、更优选地至少50μm3、优选地至少100μm3、更优选地至少200μm3、优选地至少300μm3、更优选地至少500μm3、优选地至少1000μm3、更优选地至少2000μm3的体积。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述焦体积具有小于5000μm3、优选地小于3000μm3、更优选地小于2000μm3、优选地小于1000μm3、更优选地小于500μm3、优选地小于300μm3、更优选地小于200μm3、优选地小于100μm3、更优选地小于50μm3、优选地小于30μm3、更优选地小于20μm3、优选地小于10μm3、更优选地小于5μm3的体积。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述焦深为0.5-500μm、优选地2-200μm、更优选地3-100μm、优选地5-50μm、更优选地10-20μm。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述焦斑为0.05-100μm2、优选地0.1-50μm2、更优选地0.2-20μm2、优选地0.5-10μm2、更优选地1-5μm2的面积。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，有待处理或消毒的所述体积包括伤口比如慢性伤口的至少一部分。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置能够访问关于所述伤口在组织中的分布的3D信息，从而允许将电磁辐射聚焦在所述伤口内。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置还包括这样的器具，所述器具用于相对于所述焦体积使有待处理或消毒的所述体积移动，从而使所述焦体积相对于有待处理或消毒的所述体积的位置改变。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置还包括用于使有待处理或消毒的所述体积相对于所述装置保持在固定位置的器具。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置允许所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置以螺旋和/或之字形图案改变。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置允许改变所述焦体积的位置，允许所述焦体积以成线的方式行进通过有待处理或消毒的所述体积，而所述各线之间具有确定的间距。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述确定的间距为1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述电磁辐射具有100-3000nm、优选地200-2500nm、更优选地300-2000nm、优选地500-1500nm、更优选地700-1400nm、优选地800-1300nm、更优选地900-1200nm、优选地1000-1125nm、更优选地1025-1100nm、优选地1050-1080nm、更优选地1060-1070nm、优选地约1064nm的波长。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置允许所述电磁辐射被设置成电磁脉冲。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述电磁脉冲具有0.01-1000ns、更优选地0.05-100ns、优选地0.1-20ns、更优选地0.5-10ns、优选地1-8ns、更优选地2-6ns、优选地3-5ns、更优选地约4ns的持续时间。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述电磁脉冲具有足以根除或伤害细菌而基本上不足以伤害细胞的持续时间。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供1-10,000nJ、优选地5-5,000nJ、更优选地10-2500nJ、优选地20-1000nJ、更优选地30-500nJ、优选地40-100nJ、更优选地约50nJ的能量额。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供小于10,000nJ、优选地小于5,000nJ、更优选地小于2500nJ、优选地小于1000nJ、更优选地小于500nJ、优选地小于100nJ、更优选地约小于50nJ的能量额。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述装置允许提供所述电磁脉冲具有1-100kHz、更优选地5-50kHz、优选地10-40kHz、更优选地15-30kHz、优选地约20kHz的频率。在20kHz的频率下，每秒可提供20,000个脉冲。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述电磁脉冲以所述脉冲之间具有1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm的距离的方式聚焦在有待处理或消毒的所述体积内。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面至少相距1μm、更优选地至少2μm、优选地至少5μm、更优选地至少10μm、优选地至少20μm、更优选地至少50μm、优选地至少100μm、更优选地至少200μm的距离。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面相距1-500μm、更优选地5-300μm、优选地10-200μm、更优选地40-100μm的距离。
根据实施例，本发明涉及这样的装置，其中，所述焦距为1-100mm、更优选地2-50mm、优选地3-30mm、更优选地4-20、优选地5-10mm。焦距可定义/限定为用于聚焦所述准直的电磁辐射的器具的中心与焦体积的中心之间的距离。
根据实施例，本发明涉及根据本发明的装置的用于治疗或预防的用途。
根据实施例，本发明涉及这样的用途，其中，对象是人类或动物、优选地哺乳动物。
根据实施例，本发明涉及这样的用途，其中，有待处理或消毒的所述体积是躯干的一部分，比如肢体、腿或手臂。
根据实施例，本发明涉及所述装置的这样的用途：用于局部用途。
根据实施例，本发明涉及所述装置的这样的用途：用于无创性用途。
根据实施例，本发明涉及所述装置的这样的用途：无需使用药物。
根据实施例，本发明涉及根据本发明的装置的用于体外或非医疗目的、比如美容目的的用途。
根据实施例，本发明涉及用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的方法，所述方法包括将电磁辐射传输到有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积，这是通过允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量来实现的。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面至少相距1μm、更优选地至少2μm、优选地至少5μm、更优选地至少10μm、优选地至少20μm、更优选地至少50μm、优选地至少100μm、更优选地至少200μm的距离。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面相距1-500μm、更优选地5-300μm、优选地10-200μm、更优选地40-100μm的距离。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁辐射通过激光器生成。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述激光器以连续模式或脉冲模式操作。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述至少一个焦体积以一速度在有待处理或消毒的所述体积内移动，所述速度允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，有待处理或消毒的所述体积包括伤口比如慢性伤口的至少一部分。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁辐射被聚焦在所述伤口内。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述方法包括使所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置以螺旋和/或之字形图案改变。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述方法包括改变所述焦体积的位置，允许所述焦体积以成线的方式行进通过有待处理或消毒的所述体积，而所述各线之间具有确定的间距。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述确定的间距为1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁辐射具有100-3000nm、优选地200-2500nm、更优选地300-2000nm、优选地500-1500nm、更优选地700-1400nm、优选地800-1300nm、更优选地900-1200nm、优选地1000-1125nm、更优选地1025-1100nm、优选地1050-1080nm、更优选地1060-1070nm、优选地约1064nm的波长。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁辐射被设置为电磁脉冲。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁脉冲具有0.1-20ns、更优选地0.5-10ns、优选地1-8ns、更优选地2-6ns、优选地3-5ns、更优选地约4ns的持续时间。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁脉冲具有足以根除或伤害细菌而基本上不足以伤害细胞的持续时间。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供1-10,000nJ、优选地5-5,000nJ、更优选地10-2500nJ、优选地20-1000nJ、更优选地30-500nJ、优选地40-100nJ、更优选地约50nJ的能量额。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供小于10,000nJ、优选地小于5,000nJ、更优选地小于2500nJ、优选地小于1000nJ、更优选地小于500nJ、优选地小于100nJ、更优选地约小于50nJ的能量额。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁脉冲设置有1-100kHz、更优选地5-50kHz、优选地10-40kHz、更优选地15-30kHz、优选地约20kHz的频率。在20kHz的频率下，每秒提供20,000个脉冲。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述电磁脉冲以所述脉冲之间具有1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm的距离的方式聚焦在有待处理或消毒的所述体积内。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内来回移动，从而提供对有待处理或消毒的所述体积的全部或大致全部的处理和/或消毒。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，所述焦体积以多种走位在有待处理或消毒的所述体积中来回移动多次。该实施例可提高致使所述体积消毒的几率。根据实施例，这可通过如下完成：覆盖所述至少一个焦体积的移动的同一图案，其中用于每次重复走位的所述图案之间具有小的距离。
根据实施例，本发明涉及这样的方法，其中，包含细菌的所述体积的内容物基本为固体、或者非液体、或者非流体。方法尤其适用于这样的组织：其中，经受处理的体积具有高粘性，或者经受处理的体积不是流体；从而确保所述体积内的细菌在处理期间具有低的移动程度。
附图
图1示出根据本发明实施例的用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置的示意图。所述装置包括发散透镜(104)和会聚透镜，发散透镜用于分散由激光器(未示出)提供的电磁辐射(102)，会聚透镜充当对于电磁辐射的准直器(106)，且由此提供准直的电磁辐射束(107)。微阵列透镜(108)使准直的电磁辐射聚焦在经受处理或正在消毒的体积内的焦体积(110)中，其中，焦距(112)为微阵列透镜与焦体积(110)中心处的焦点(111)之间的距离。装置允许改变会聚透镜(106)与微阵列透镜(108)之间即沿着以z标示的轴线的距离以及微阵列透镜在x-y平面中的位置，从而改变焦体积(110)在包含细菌的体积内的位置。
图2是焦体积在xyz体积内移动的示意绘示。装置允许焦体积的位置以螺旋图案(214)改变，其中，各线之间沿z方向的优选距离为20μm(216)。电磁辐射可以以连续模式(218)或脉冲模式(220)操作，其中脉冲具有足以根除或伤害细菌而基本上不足以伤害细胞的持续时间。
图3是根据本发明实施例的微阵列透镜(308)区域内沿z轴线的示意图。准直的电磁辐射(未示出)传递经过透镜(308)。焦体积(310)为焦斑面积乘以焦深(322)，其中，焦斑面积如为圆形则按π(ω0)2计算，并且焦深按Rayleigh长度ZR的两倍计算。Rayleigh长度ZR按ZR＝π(ω0)2/λ计算，其中，束腰(324)ω0是焦斑面积的半径，并且λ是电磁辐射的波长。
图4是根据本发明实施例的用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置的照片。照片示出了腿被固定到装置，但还考虑的是人类或动物躯干的任何被感染的部分相对于装置被固定。
所有引用的文献通过引用的方式并入。
附图和示例提供用以阐明而非限制本发明。本领域技术人员将清楚的是，本发明的方面、实施例、权利要求及任何项目都可组合。
除非另有说明，否则所有百分比都按重量/重量计。除非另有说明，否则所有测量都在标准条件(环境温度及压力)下进行。
示例
示例1
目的：为了确认杀死大肠杆菌(大肠埃希菌，Escherichia coli)活细胞和人类成纤维活细胞分别所需的能量相对额。
方法：利用SYTO 9染料和碘化丙啶将人类成纤维细胞和大肠杆菌细胞染色。通过将染色的人类成纤维细胞、染色的大肠杆菌细胞和低熔琼脂糖(low-melt agarose)混合、以低熔琼脂糖提供细胞的包埋，来制备样本。从样本获取滴剂并将滴剂置于载玻片上。将载玻片置于配备有405nm激光的常规共焦显微镜下方。利用标准共焦设置，运用UV烧蚀法来选择性地诱导细胞死亡并以剂量依赖性的方式显现单细胞响应。活细胞经辨认为绿色的，而失活(死亡)细胞经辨认为红色的。辨认大肠杆菌活细胞，并接用(engage)405nm激光。405nm激光强度初始被设低，然后增大激光强度，直至利用一个激光脉冲杀死了一个大肠杆菌细胞为止。之后，从足以杀死一个大肠杆菌细胞的激光强度开始，使强度减小，直至不再能够利用一个激光脉冲杀死一个大肠杆菌细胞为止。对于每个新的激光强度，辨认并使用新的大肠杆菌细胞。对人类成纤维细胞重复该过程。所施加的功率输出为仪器特定的且对于每种共焦设置都将有所不同，但可按这里描述地调节以实现期望的效果。随后，可使用经确认的效果或功率设定，以利用电磁辐射根除或伤害细菌而基本不使细胞受伤害。
结果：使用405nm激光，大体在施加一个单激光脉冲的全功率的35％的激光强度时大肠杆菌细胞被杀死，而人类成纤维细胞大致需要至少50倍的全功率的100％的激光强度才能杀死细胞。
结论：杀死大肠杆菌细胞所需的能量额显著小于杀死人类成纤维细胞所需的能量额，更小大致在约1000倍的量级。
Claims (60)
1.一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置，所述装置包括：
a.用于生成电磁辐射束的器具，所述器具优选包括激光器；
b.可选地，用于分散所述电磁辐射束的器具，用于分散的所述器具优选包括发散透镜；
c.用于准直所述电磁辐射束的器具，用于准直的所述器具优选包括会聚透镜，从而提供准直的电磁辐射束；
d.用于聚焦所述准直的电磁辐射束的器具，用于聚焦的所述器具优选包括至少一个聚焦透镜，其中，用于聚焦的所述器具允许所述准直的电磁辐射束聚焦在有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积中；
其中，所述装置包括允许改变所述至少一个焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置的器具；并且
其中，通过允许所述电磁辐射在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量，所述装置被调适为允许利用所述电磁辐射根除或伤害所述细菌而基本不使所述细胞受伤害。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述的器具b.包括发散透镜或负透镜。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述的器具c.包括聚光透镜、或者会聚透镜或正透镜、或者准直器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述的器具d.包括多个透镜，比如微阵列透镜。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述的器具b.、c.和d.中的至少一者允许改变所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置包括这样的器具，所述器具用于改变所述的器具c.与所述的器具d.之间的距离，从而允许改变所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置包括这样的器具，所述器具用于改变所述的器具d.相对于所述准直的电磁方向在至少两个独立方向上的位置，从而允许改变所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置。
8.一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的装置，所述装置包括：
e.用于生成准直的电磁辐射的器具；
f.用于聚焦所述准直的电磁辐射的器具，用于聚焦的所述器具优选包括至少一个聚焦光学透镜，其中，用于聚焦的所述器具允许所述电磁辐射聚焦在有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积中；
其中，所述装置包括允许改变所述至少一个焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置的器具；并且
其中，通过允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量，所述装置被调适为允许利用所述电磁辐射根除或伤害所述细菌而基本不使所述细胞受伤害。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述焦体积具有1-10.000μm3、优选地2-5000μm3、更优选地3-3000μm3、优选地5-2000μm3、更优选地10-1000μm3、优选地20-500μm3、更优选地30-400μm3、优选地50-200μm3、更优选地约100μm3的体积。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述焦体积具有至少1μm3、优选地至少2μm3、更优选地至少3μm3、优选地至少5μm3、更优选地至少10μm3、优选地至少20μm3、更优选地至少50μm3、优选地至少100μm3、更优选地至少200μm3、优选地至少300μm3、更优选地至少500μm3、优选地至少1000μm3、更优选地至少2000μm3的体积。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述焦体积具有小于5000μm3、优选地小于3000μm3、更优选地小于2000μm3、优选地小于1000μm3、更优选地小于500μm3、优选地小于300μm3、更优选地小于200μm3、优选地小于100μm3、更优选地小于50μm3、优选地小于30μm3、更优选地小于20μm3、优选地小于10μm3、更优选地小于5μm3的体积。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，焦深为0.5-500μm、优选地2-200μm、更优选地3-100μm、优选地5-50μm、更优选地10-20μm。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，焦斑为0.05-100μm2、优选地0.1-50μm2、更优选地0.2-20μm2、优选地0.5-10μm2、更优选地1-5μm2的面积。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，有待处理或消毒的所述体积包括伤口比如慢性伤口的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述装置能够访问关于所述伤口在组织中的分布的3D信息，从而允许将电磁辐射聚焦在所述伤口内。
16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括这样的器具，所述器具用于相对于所述焦体积使有待处理或消毒的所述体积移动，从而使所述焦体积相对于有待处理或消毒的所述体积的位置改变。
17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置还包括用于使有待处理或消毒的所述体积相对于所述装置保持在固定位置的器具。
18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置允许所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置以螺旋和/或之字形图案改变。
19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置允许改变所述焦体积的位置，允许所述焦体积以成线的方式行进通过有待处理或消毒的所述体积，而所述各线之间具有确定的间距。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述确定的间距为1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm。
21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述电磁辐射具有100-3000nm、优选地200-2500nm、更优选地300-2000nm、优选地500-1500nm、更优选地700-1400nm、优选地800-1300nm、更优选地900-1200nm、优选地1000-1125nm、更优选地1025-1100nm、优选地1050-1080nm、更优选地1060-1070nm、优选地约1064nm的波长。
22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置允许所述电磁辐射被设置成电磁脉冲。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述电磁脉冲具有0.01-1000ns、更优选地0.05-100ns、优选地0.1-20ns、更优选地0.5-10ns、优选地1-8ns、更优选地2-6ns、优选地3-5ns、更优选地约4ns的持续时间。
24.根据权利要求22或23所述的装置，其中，所述电磁脉冲具有足以根除或伤害细菌而基本上不足以伤害细胞的持续时间。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的装置，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供1-10.000nJ、优选地5-5.000nJ、更优选地10-2500nJ、优选地20-1000nJ、更优选地30-500nJ、优选地40-100nJ、更优选地约50nJ的能量额。
26.根据权利要求22-25中任一项所述的装置，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供小于10.000nJ、优选地小于5.000nJ、更优选地小于2500nJ、优选地小于1000nJ、更优选地小于500nJ、优选地小于100nJ、更优选地约小于50nJ的能量额。
27.根据权利要求22-26中任一项所述的装置，其中，所述装置允许提供所述电磁脉冲具有1-100kHz、更优选地5-50kHz、优选地10-40kHz、更优选地15-30kHz、优选地约20kHz的频率。
28.根据权利要求22-25中任一项所述的装置，其中，所述电磁脉冲以所述脉冲之间具有1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm的距离的方式聚焦在有待处理或消毒的所述体积内。
29.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面至少相距1μm、更优选地至少2μm、优选地至少5μm、更优选地至少10μm、优选地至少20μm、更优选地至少50μm、优选地至少100μm、更优选地至少200μm的距离。
30.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面相距1-500μm、更优选地5-300μm、优选地10-200μm、更优选地40-100μm的距离。
31.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，焦距为1-100mm、更优选地2-50mm、优选地3-30mm、更优选地4-20、优选地5-10mm。
32.一种根据前述权利要求中任一项所述的装置的用于治疗或预防的用途。
33.根据权利要求32所述的用途，其中，对象是人类或动物、优选地哺乳动物。
34.根据权利要求32-33中任一项所述的用途，其中，有待处理或消毒的所述体积是躯干的一部分，比如肢体、腿或手臂。
35.根据权利要求32-34中任一项所述的用途，用于局部用途。
36.根据权利要求32-35中任一项所述的用途，用于无创性用途。
37.根据权利要求32-36中任一项所述的用途，用于无需药物的使用。
38.一种根据前述装置权利要求中任一项所述的装置的用于体外或非医疗目的、比如美容目的的用途。
39.一种用于细胞附近包含细菌的体积的处理或消毒的方法，所述方法包括将电磁辐射传输到有待处理或消毒的所述体积内的至少一个焦体积，这是通过允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量来实现的。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面至少相距1μm、更优选地至少2μm、优选地至少5μm、更优选地至少10μm、优选地至少20μm、更优选地至少50μm、优选地至少100μm、更优选地至少200μm的距离。
41.根据权利要求39-40中任一项所述的方法，其中，有待处理或消毒的所述体积具有一表面，并且其中，所述至少一个焦体积与所述表面相距1-500μm、更优选地5-300μm、优选地10-200μm、更优选地40-100μm的距离。
42.根据权利要求39-41中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射通过激光器生成。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述激光器以连续模式或脉冲模式操作。
44.根据权利要求39-43中任一项所述的方法，其中，所述至少一个焦体积以一速度在有待处理或消毒的所述体积内移动，所述速度允许所述电磁在所述至少一个焦体积中提供足以根除或伤害所述细菌而基本上不足以伤害所述细胞的能量。
45.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，有待处理或消毒的所述体积包括伤口比如慢性伤口的至少一部分。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述电磁辐射被聚焦在所述伤口内。
47.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括使所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内的位置以螺旋和/或之字形图案改变。
48.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括改变所述焦体积的位置，允许所述焦体积以成线的方式行进通过有待处理或消毒的所述体积，而所述各线之间具有确定的间距。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述确定的间距为1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm。
50.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射具有100-3000nm、优选地200-2500nm、更优选地300-2000nm、优选地500-1500nm、更优选地700-1400nm、优选地800-1300nm、更优选地900-1200nm、优选地1000-1125nm、更优选地1025-1100nm、优选地1050-1080nm、更优选地1060-1070nm、优选地约1064nm的波长。
51.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电磁辐射被设置为电磁脉冲。
52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述电磁脉冲具有0.1-20ns、更优选地0.5-10ns、优选地1-8ns、更优选地2-6ns、优选地3-5ns、更优选地约4ns的持续时间。
53.根据权利要求51或52所述的方法，其中，所述电磁脉冲具有足以根除或伤害细菌而基本上不足以伤害细胞的持续时间。
54.根据权利要求51-53中任一项所述的方法，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供1-10.000nJ、优选地5-5.000nJ、更优选地10-2500nJ、优选地20-1000nJ、更优选地30-500nJ、优选地40-100nJ、更优选地约50nJ的能量额。
55.根据权利要求51-54中任一项所述的方法，其中，所述电磁脉冲中的每个电磁脉冲在所述至少一个焦体积的每个焦体积中提供小于10.000nJ、优选地小于5.000nJ、更优选地小于2500nJ、优选地小于1000nJ、更优选地小于500nJ、优选地小于100nJ、更优选地约小于50nJ的能量额。
56.根据权利要求51-55中任一项所述的方法，其中，所述电磁脉冲设置有1-100kHz、更优选地5-50kHz、优选地10-40kHz、更优选地15-30kHz、优选地约20kHz的频率。
57.根据权利要求51-56中任一项所述的方法，其中，所述电磁脉冲以所述脉冲之间具有1-200μm、优选地2-100μm、更优选地3-50μm、优选地5-40μm、更优选地10-30μm、优选地15-25μm、更优选地约20μm的距离的方式聚焦在有待处理或消毒的所述体积内。
58.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述焦体积在有待处理或消毒的所述体积内来回移动，从而提供对有待处理或消毒的所述体积的全部或大致全部的处理和/或消毒。
59.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述焦体积以多种走位在有待处理或消毒的所述体积中来回移动多次。
60.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，细胞附近包含细菌的所述体积的内容物基本为固体、或者非液体、或者非流体。
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