CN111670054A - 光漫射光纤的照明、蓝紫光传输系统的照明、蓝紫光传输系统、及用于蓝紫光诱导灭菌的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用光漫射光纤进行灭菌的方法，包含：将光源光学耦合至光漫射光纤，光漫射光纤具有：芯；围绕芯的包层；外表面；以及多个散射结构，多个散射结构定位于芯内、包层内、或芯和包层两者内。方法进一步包含将光漫射光纤定位为光学耦合到病原体样品，以及在第一时段内将光源输出的光引导进入光漫射光纤。散射结构将沿着光漫射光纤传播的光散射朝向外表面，且一部分的光漫射穿过外表面，从而在约2小时至约24小时的曝光时间用光照射病原体样品，所述光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2。

Description

光漫射光纤的照明、蓝紫光传输系统的照明、蓝紫光传输系 统、及用于蓝紫光诱导灭菌的方法
相关申请的交叉引用
本申请案根据专利法的规定，主张对于申请于2018年1月16日的美国临时申请案第62/617,784号的优先权，以及主张对于申请于2018年1月26日的美国临时申请案第62/622,503号的优先权，在此仰赖且并入这些美国临时申请案之内容以作为参考。
技术领域
本公开内容大体而言涉及光漫射光纤的照射、蓝紫光传输系统的照射、蓝紫光传输系统、以及使用所述系统进行蓝紫光诱导灭菌的方法。更具体来说，本公开内容涉及光漫射光纤和用于传输蓝紫光以用于蓝紫光诱导灭菌应用的其他传输系统。
背景技术
单是在美国，每年大约有722,000例医院获得性感染(HAI)，所述获得性感染导致约75,000例死亡(根据美国疾病控制中心的统计)。此外，所述病例每年花费美国医疗保健系统15-30亿美元，因为医院没有报销HAI。目前用于HAI的治疗主要是基于抗生素的，由于多药耐药性病原体的增加和市场上以及监管测试阶段中新抗生素药物的减少，这种治疗变得不那么有效。
认为HAI的一种来源是医疗装置，例如Foley导管、气管内导管、心血管导管、内窥镜、脓肿引流导管、透析导管、端口等，它们在使用之前、之后和使用期间可能受到感染。高强度蓝紫光可以用于杀死在这种医疗装置上生长的微生物，以防止医疗装置本身成为感染的传播体或感染源。需要在体内、体外、或同时在体内和体外，将这种蓝紫光传输到所述医疗装置和其他HAI源。
光纤用在需要将光从光源传输到远程位置的各种应用中。例如，光通信系统依靠光纤网络，以将光从服务提供商传输到系统终端用户。
通信光纤被设计成在800nm至1675nm范围内的近红外波长下工作，在这个范围内吸收和散射所造成的衰减的水平为相对低的。这允许注入光纤一端的大部分光从光纤的另一端射出，只有少量的光穿过光纤侧面离开。
因为光纤通常被设计成在长距离上有效地将光从光纤的一端传送到光纤的另一端，所以很少有光从典型光纤的侧面逸出，因此光纤不被认为适用于形成扩展照明源。然而，在诸如特殊照明、标牌或生物应用(包括灭菌材料、表面甚至医疗设备)的应用中，需要以有效的方式向指定区域提供选定量的光。对于生物应用，需要开发用于对材料、表面、医疗装置和设备、以及病原体的有机介质进行灭菌的光传送系统和程序。这种光传输系统需要薄、柔韧、并且易于修改成各种不同的形状和照明路径，以用于难以到达的具有复合形状的区域，诸如开放性伤口或心血管导管的长度、气管插管、Foley导管等等。
因此，需要引导和散射沿光传输系统(诸如光漫射光纤)传播的光，以用于蓝紫光诱导灭菌应用。
发明内容
根据本公开内容的目标，一种使用光漫射光纤进行灭菌的方法，包含：将光源光学耦合至一或更多个光漫射光纤，光漫射光纤具有：芯；围绕芯的包层；外表面；以及多个散射结构，多个散射结构定位于芯内、包层内、或芯和包层两者内。方法进一步包含：将一或更多个光漫射光纤定位为与病原体样品光学接合；以及在第一时段内将光源输出的光引导进入一或更多个光漫射光纤。一或更多个光漫射光纤的散射结构，将沿着一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向外表面，且一部分的光漫射穿过外表面，从而在约30分钟至约48小时的曝光时间用光照射病原体样品，所述光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2。
根据本公开内容的另一实施例，一种使用光漫射光纤进行灭菌的方法，包含：将光源光学耦合至光漫射光纤，光漫射光纤具有：芯；围绕芯的包层；外表面；以及多个散射结构，多个散射结构定位于芯内、包层内、或芯和包层两者内。方法进一步包含：将一或更多个光漫射光纤定位为与病原体样品光学接合；以及在第一时段内将光源输出的光引导进入一或更多个光漫射光纤。一或更多个光漫射光纤的散射结构，将沿着一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向外表面，且一部分的光漫射穿过外表面，从而用光照射病原体样品，所述光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，其中病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
尽管本文主要参照沿着长度具有均匀照明的光漫射光纤来说明本公开内容的概念，但是可以预期所述概念将适用于任何光漫射光纤。
附图说明
当结合以下附图阅读时，可以最好地理解下文对于本公开内容的特定实施例的详细说明，其中类似的结构用类似的附图标记表示，并且在附图中：
图1示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的包括光输出装置和光漫射光纤的照明系统；
图2A示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的光漫射光纤的截面；
图2B示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的图2A的光漫射光纤的截面；
图3A示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的光漫射光纤的另一实施例的截面；
图3B示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的图3A的光漫射光纤的截面；
图4A示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的光漫射光纤的另一实施例的截面；
图4B示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的图4A的光漫射光纤的截面；
图5示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的各种聚合物材料对紫外光的吸收度；
图6图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的光漫射光纤对紫外光的各种实施例的散射效率；
图7是描述根据本文所示和所述的一或更多个实施例的使用光漫射光纤进行灭菌的方法的流程图；
图8A图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的光漫射光纤在两个时段内的光输出；
图8B图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的光漫射光纤在两个时段内的光输出；
图9A示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的沿着光漫射光纤分散光的圆柱形管；
图9B示意性地和用图形描绘了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的，当穿过多个圆柱形管时功率吸收的影响，如横截面所示；
图10A示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的结构化光漫射光纤配置；
图10B图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的沿着结构化光漫射光纤配置的各种截面的功率；
图10C图示根据本文所示和所述的一或更多个实施例的结构化光漫射光纤配置的热图；
图10D图示根据本文所示和所述的一或更多个实施例的多点源发光二极管配置的热图；
图11A示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的使用光漫射光纤来灭菌的配置；以及
图11B示意性地图示了根据本文所示和所述的一或更多个实施例的使用光漫射光纤来灭菌的配置。
具体实施方式
本公开内容的各个方面涉及蓝紫光传输系统，所述蓝紫光传输系统以相对低的功率密度传输蓝紫光，而能够在相对短的时段内减少常见的病原体。不受理论束缚，认为这种光传输系统比电离光(诸如紫外光)危害小，因为它不会损伤组织和DNA。这种光也被认为比抗生素更不容易产生抗性，因为它不是基于化学的。此外，本文所述的光传输系统可以惰性地整合到医疗装置或导管中，以在最关键和难以到达的区域中提供蓝紫光照射。此外，光输送系统和蓝紫光可以应用于靶向部位并提供连续灭菌，这与其他全身性抗生素或最终变得无效的特定部位治疗/预防技术不同。由光传输系统传输的光也可以在已知会导致感染的治疗期间预防性地施用(也就是首先避免感染HAI)。不受理论束缚，认为可以实现广谱杀灭并且可以立即施用，使得患者不必因为微生物是未知的而需要在开始特定药物治疗之前等待数天来确定导致感染的微生物的身份，或忍受使用各种抗生素治疗。此外，光传输系统可以将治疗引导至感染点，而不需要对全身进行治疗(这可能具有不良的副作用)。
本公开内容的第一方面涉及使用蓝紫光传输系统进行灭菌的方法。在一或更多个实施例中，系统包括光漫射光纤和可选的光源，这种光源输送蓝紫光，这种蓝紫光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2。在一或更多个实施例中，光传输系统可以连续将光与能量传输至感染部位。在一或更多个实施例中，传输的光在相对短的时段(例如6小时或更短)以4-Log减少受到照射的病原体的菌落形成单位。
大抵参考附图，可以在光传输系统中使用的光漫射光纤的一或更多个实施例包括：芯；围绕芯的包层；外表面和位于芯内、包层内，或芯和包层两者内的多个散射结构。在操作中，当光被引导进入光漫射光纤中时，光漫射光纤的散射结构将沿着光漫射光纤传播的光散射朝向外表面，且一部分的光漫射穿过外表面。另外，附图大抵涉及使用光漫射光纤进行灭菌的方法，包括：将光源光学耦合到光漫射光纤；将光漫射光纤定位为与病原体样本光学接合；以及将光源输出的光引导进入光漫射光纤中一段时间，从而在曝光时间内由在一波长下具有一平均功率密度的光照射病原体样本。
现在参照图1，照明系统100包括光漫射光纤110，光漫射光纤110光学耦合到光输出装置102，光输出装置102包括光源152。光漫射光纤110包括第一端112、以及与第一端112相对的第二端114。光漫射光纤的实施例的截面被描绘在图2A至图4C中。例如，图2A和图2B描绘了光漫射光纤110的截面，图3A和图3B描绘了光漫射光纤210的截面，且图4A和图4B描绘了光漫射光纤310的截面。本文所述的每个光漫射光纤110、210、310，包括：芯120、220、320；包围芯120、220、320的包层122、222、322；外表面128、228、328；和多个散射结构125、225、325，所述多个散射结构125、225、325位于芯120、220、320内、包层122、222、322内、或芯120、220、320和包层122、222、322两者内。
本文所述“外表面”128、228、328，指的是光漫射光纤110、210、310的最外表面。在图2A和图2B所示的实施例中，外表面128是第二聚合物涂层132的表面，在图3A和图3B所示的实施例中，外表面228是热塑性聚合物涂层234的表面，且在图4A和图4B所示的实施例中，外表面328是热塑性聚合物涂层334的表面。然而，尽管图2A至图4B描绘的实施例分别包含第二聚合物涂层132、热塑性聚合物涂层234和热塑性聚合物涂层334，但是在一些实施例中，光漫射光纤可不包括第二聚合物涂层132、热塑性聚合物涂层234和热塑性聚合物涂层334，使得外表面128、228、328可以分别是包层122、222、322的表面。此外，多个散射结构125、225、325被配置为将导引光(例如，由光输出装置102输出的光，其沿着光漫射光纤110、210、310传播)朝向光漫射光纤110、210、310的外表面128、228、328散射，使得一部分的导引光沿着光漫射光纤110、210、310的漫射长度漫射穿过外表面128。此外，光漫射光纤110、210、310可以包括从约0.15米到约100米的长度(例如第一端112和第二端114之间的长度)，例如约100米、75米、50米、40米、30米、20米、10米、9米、8米、7米、6米、5米、4米、3米、2米、1米、0.75米、0.5米、0.25米、0.15米、或0.1米。
本文所述“漫射长度”，是光漫射光纤110从光漫射光纤110的第一端112(或从接收输入光的任何一端)延伸到沿光漫射光纤110的长度的一位置，在这个位置90％的导引光已从光漫射光纤110漫射。本文所述用词“光漫射(light-diffusing)”，意味着光散射沿着光漫射光纤110长度的至少一部分基本上是空间连续的，也就是没有基本上的跳跃或不连续性(诸如与离散(例如点)散射相关的跳跃或不连续性。因此，如本公开内容中阐述的基本上连续的光发射或基本上连续的光散射的概念，是指空间连续性。此外，本文所述“均匀照射”，是指沿着光漫射光纤110的长度的照射，其中从光漫射光纤110发射的光的强度在指定长度上的变化不超过25％。应该理解到，上述定义也适用于图2A至图4B的光漫射光纤210、310。
再次参照图1，光输出装置102光学耦合到光漫射光纤110(或在其他实施例中为光漫射光纤210或310)的第一端112，使得光输出装置102的光源152输出的光可以照射光漫射光纤110的第一端112的端面116，并进入光漫射光纤110。光源152可包括发光二极管(LED)、激光二极管等等。例如，光源152可以包括多模激光二极管、单模激光二极管、SiP激光二极管、VCSEL激光二极管、或另一类型的半导体激光二极管。此外，光源152可以是线性偏振的。视情况，光源可以是偏振和同调的激光光。此外，光源152可以配置为产生200nm至2000nm波长范围的光。
在一些实施例中，光源152可以被配置为产生200nm至2000nm波长范围的光。例如，光源152可以是紫外(UV)或可见的蓝紫色光源，其被配置为发射波长为约200nm至约500nm的光，例如约225nm、250nm、275nm、300nm、325nm、350nm、375nm、400nm、405nm、410nm、415nm、420nm、425nm、430nm、435nm、440nm、445nm、450nm、455nm、460nm、465nm、470nm、475nm、480nm、485nm、490nm、495nm、500nm等，诸如约300nm至约460nm或约400nm至约495nm。光输出装置102也可以包括额外的光学部件，诸如透镜、光学传输光纤等，其位于光源152和光漫射光纤110的第一端112之间并且光学耦合到光源152和光漫射光纤110的第一端112，以便于光输入到光漫射光纤110中。而且，这些额外光学部件(诸如光学传输光纤)，可以允许光源152在空间上与光漫射光纤110分离。
在操作中，因为光源152发出的光被光漫射光纤110散射到周围环境中，所以光源152可以位于远离光漫射光纤110的位置。因此，由光源152产生的任何热量可以从光源152传递到远离光源152和光漫射光纤110的位置。因此，光漫射光纤110的温度可以保持基本上类似于周围环境的环境温度，并且照明单元可以被描述为热学上“冷”的照明单元。此外，在空间上分离光漫射光纤110和光源152，可以为照明系统100提供额外的设计灵活性。
现在参考图2A至图4B，每个光漫射光纤110、210、310被配置成以高散射效率引发穿过外表面128、228、328的散射，特别是当沿着光漫射光纤110、210、310长度传播的导引光包括在紫外范围(例如约200nm至约500nm)中的波长时。本文所述“散射效率”，是指从光漫射光纤110、210、310的芯120、220、320朝向外表面128、228、328向外散射的光的百分比，所述光未被吸收、未被阻挡、也未以其他方式丢失，并且实际上离开外表面128、228、328。尽管不意图受理论限制，但是从芯120、220、320散射的光的一部分，可被围绕包层122、222、322的光漫射光纤110、210、310的一或更多个额外层吸收。然而，本文描述的光漫射光纤110、210、310限制UV光和穿过外表面128、228、328散射的可见蓝紫色光的吸收，并且在UV和可见蓝紫色波长下便于高散射效率。
仍然参考图2A至图4B，每个光漫射光纤110、210、310的芯120、220、320和包层122、222、322，可以包括掺杂有羟基材料的玻璃(诸如石英玻璃)(例如掺杂羟基的玻璃芯和掺杂羟基的玻璃包层)。本文所述“掺杂羟基”，是指包含300ppm或更多的羟基材料的玻璃，羟基材料例如羟基离子(OH)、过量的氧(可以添加到玻璃中)等等。尽管不意图受理论限制，但是在UV和可见的蓝紫色波长下，用羟基材料掺杂芯120、220、320和包层122、222、322可能是有利的。尽管具有低羟基含量(例如羟基含量小于300ppm)的玻璃芯和包层在较高波长(例如可见光范围、近红外(NIR)范围和红外范围内的波长)具有增加的透射率，但它们也在UV和可见的蓝紫色范围内的波长处引起吸收损失增加，因为降低玻璃中的羟基含量会增加玻璃中氧缺乏中心的数量及/或尺寸。本文所述“氧缺乏中心(oxygen deficiency center)”是指形成具有氧空位的二氧化硅的断裂键。尽管不意图受理论限制，但是芯120、220、320和包层122、222、322中的氧缺乏中心吸收包括UV和可见蓝紫色范围内的波长的光，这使得芯120、220、320和包层122、222、322变暗，并且减少由散射结构125、225、325从芯120、220、320向外散射并穿过光漫射光纤110、210、310的外表面128、228、328的光的百分比。尽管不意图受理论的限制，但在UV和可见蓝紫色辐射下，可以在熔融石英中形成不同的“色心(colorcenters)”。色心的起源可能与熔融石英的电离有关。尽管仍不意图受理论限制，但色心可能与OH反应而形成稳定的非吸收物质。在一些实施例中，光漫射光纤110、210、310可以通过以高压和高温氢加载光漫射光纤110、210、310的二氧化硅而被羟基掺杂。
此外，尽管不意图受理论限制，但是一些聚合物材料(诸如一些UV固化式聚合物)对UV光和可见蓝紫色光具有高吸收性。因此，有利的是限制光漫射光纤110、210、310的聚合物层的数量和厚度，并使用具有受限的UV光和可见蓝紫光吸收性的聚合物层。例如，在图2A至图4B中描绘的每个实施例中，包层122、222、322包括玻璃(例如掺杂羟基的玻璃)。此外，本文描述的光漫射光纤110、210、310的每个实施例，包括围绕包层122、222、322的至少一个聚合物层，然而，如下面更详细地描述的，所述聚合物层中的每一个包括UV光和可见蓝紫色光的低吸收性。
现在参考图2A和图2B，图示了光漫射光纤110的横截面，光漫射光纤110包括芯120、包围芯120的包层122、外表面128和多个散射结构125。芯120包括玻璃芯(例如二氧化硅)，玻璃芯掺杂有羟基材料(例如包含约300ppm或更多羟基材料的二氧化硅)。包层122包括玻璃包层(例如F掺杂的二氧化硅，或F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅，其折射率比芯120的折射率低)，玻璃包层掺杂有羟基材料(例如F掺杂的二氧化硅，或F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅，其包含约300ppm或更多的羟基材料。光漫射光纤110也包括围绕包层122的主聚合物涂层130，和围绕主聚合物涂层130的第二聚合物涂层132。
仍然参考图2A和图2B，散射结构125可以在整个芯120中出现(如图2A和图2B所示)，或者可以出现在芯120和包层122的界面附近(例如芯-包层边界)，或者可以出现在芯120内的环形圈中。散射结构125可包括充气空隙、诸如陶瓷材料之类的散射颗粒、掺杂剂等。具有随机排列和随机尺寸空隙(也称为“随机空气线”或“纳米结构”或“纳米尺寸结构”)的光漫射光纤的一些实例，描述于美国专利第7,450,806号和美国专利申请案第12/950,045、13/097,208、13/269,055号中，所述美国专利全部内容以引用方式并入本文。或者，光漫射光纤110可以具有“粗糙的”芯120，其中芯-包层边界处的芯120表面上的不规则性导致光散射。也可以使用其他类型的光漫射光纤。在操作中，光漫射光纤110可能经历散射引起的衰减(也就是由于穿过光漫射光纤110的外表面128损失的光而导致的衰减，而不是由于光漫射光纤110内的散射粒子的吸收)，约为50dB/km或更大，例如从约100dB/km到约60000dB/km(在照射波长(例如发射的辐射的波长)下)。
在散射结构125包括充气空隙的实施例中，充气空隙可以以随机或有组织的图案布置，并且可以平行于光漫射光纤110的长度延伸，或者可以是螺旋形的(也就是沿着光漫射光纤110的长轴旋转)。此外，光漫射光纤110可包括大量充气空隙，例如在光纤的横截面中具有多于50个、多于100个、或多于200个空隙。充气空隙可包含例如SO2、Kr、Ar、CO2、N2、O2或以上的混合物。然而，不管是否存在任何气体，由于空隙的存在，包括多个散射结构125的芯120、包层122或芯-包层边界的区域中的平均折射率降低。此外，诸如空隙的多个散射结构125，可以随机地或非周期性地设置在芯120中、包层122中或芯-包层边界中，然而在其他实施例中可以周期性地设置空隙。
空隙(诸如充气空隙(或其他散射颗粒))的横截面尺寸(例如直径)，可以为约10nm至约10μm，并且长度可以为约1μm至约50μm。在一些实施例中，空隙(或其他散射颗粒)的横截面尺寸，为约10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。在一些实施例中，空隙的长度为约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm、5mm、10mm、50mm、100mm、500mm、1m、5m、10m、20m或50m。
仍然参考图2A和图2B，主聚合物涂层130可包括围绕芯120和包层122的基本上透明的层以便于机械处理，例如聚合物涂层。此外，第二聚合物涂层132可以围绕芯120、包层122和主聚合物涂层130定位。第二聚合物涂层132用作散射层，并且包括基础材料(例如聚合物)和位于基础材料中的多个散射颗粒135。在操作中，第二聚合物涂层132可以便于在大角度范围(例如40°至120°、或30°至130°、或15°至150°)上的均匀角度散射。例如，光漫射光纤110被配置为由于散射而提供基本均匀的照明，使得最小和最大散射照明强度之间的差异小于最大散射照明强度的50％(对于40度和120度之间的所有视角)。
散射颗粒135包含与第二聚合物涂层132的基础材料(例如折射率约为1.5的基础聚合物)相差大于0.05的折射率(例如基础材料与每个散射颗粒135之间的折射率差异大于0.05)。在一些实施例中，基础材料和每个散射颗粒135之间的折射率差异为至少0.1。也就是，每个散射颗粒135的折射率，可以比第二聚合物涂层132的基础材料(例如聚合物或其他基质材料)的折射率大至少0.1。此外，为了限制穿过第二聚合物涂层132的UV光和可见蓝紫光的吸收，散射颗粒135包括具有UV光和可见蓝紫光低吸收性的材料(例如低吸收散射材料)。折射率大于基础材料(例如大于约1.5)的示例性低吸收材料散射材料，包括折射率为约1.77的氧化铝(Al2O3)、折射率为约1.636的硫酸钡(BaSO4)、气体空隙(诸如折射率为约1的微泡)等等。此外，在一些实施例中，散射颗粒135可以替代地或另外地包括气体空隙或微气泡。
此外，第二聚合物涂层132内的每个散射颗粒135的横截面尺寸可以包括0.1λ至10λ，其中λ是传播穿过光漫射光纤110的光的波长。在一些实施例中，每个散射颗粒135的横截面尺寸大于0.2λ且小于5λ，例如在0.5λ和2λ之间。例如，每个散射颗粒的横截面尺寸可以包括约20nm至约5μm，例如约50nm、75nm、100nm、150nm、200nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm、2.1μm、2.2μm、2.3μm、2.4μm、2.5μm、2.6μm、2.7μm、2.8μm、2.9μm、3μm、3.1μm、3.2μm、3.3μm、3.4μm、3.5μm、3.6μm、3.7μm、3.8μm、3.9μm、4μm、4.1μm、4.2μm、4.3μm、4.4μm、4.5μm、4.6μm、4.7μm、4.8μm、4.9μm等等。此外，第二聚合物涂层132中的散射颗粒135，可以占第二聚合物涂层132的按重量计约0.005％至70％，例如0.01％至60％、0.02％至50％等。
在一些实施例中，多个散射颗粒135可以设置在第二聚合物涂层132的子层内。例如，在一些实施例中，子层可具有约1μm至约5μm的厚度。在其他实施例中，第二聚合物涂层132中的颗粒子层的厚度及/或散射颗粒135的浓度，可以沿着光漫射光纤110的轴向长度变化，以便在大角度下(也就是大于约15度的角度)对从光漫射光纤110散射的光的强度提供更均匀的变化。例如，40度和120度之间的所有视角的角度照度在最大照度的50％之内，并且在一些实施例中在30％之内。在一些实施例中，40度和120度之间的所有视角的角度照度在最大照度的30％之内，并且在一些实施例中在25％之内。
现在参照图3A和图3B，描绘了光漫射光纤210的横截面，光漫射光纤210包括芯220、包围芯220的包层222、散射结构225、和围绕并接触包层222的热塑性聚合物涂层234。芯220包括玻璃芯(例如二氧化硅)，玻璃芯掺杂有羟基材料(例如包含约300ppm或更多羟基材料的二氧化硅)。包层222包括玻璃包层(例如F掺杂的二氧化硅，或F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅，其折射率比芯220的折射率低)，玻璃包层掺杂有羟基材料(例如F掺杂的二氧化硅，或F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅，其包含约300ppm或更多的羟基材料。散射结构225可以在整个芯220中出现(如图3A和图3B所示)，或者可以出现在芯220和包层222的界面附近(例如芯-包层边界)，或者可以出现在芯220内的环形圈中。散射结构225可包括上文针对光漫射光纤110所说明的任何散射结构125，例如充气空隙、诸如陶瓷材料之类的散射颗粒、掺杂剂等。
热塑性聚合物涂层234包括氟化聚合物材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE)(诸如TeflonTM)；乙烯-四氟乙烯(ETFE)(诸如TefzelTM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、PEEK(聚醚醚酮)、尼龙、和任何其他氟化可挤出聚合物。热塑性聚合物涂层234包括对于UV光和可见蓝紫色光的低吸收性(如下面针对图5的图表50更详细地描述的)，并且是硬塑料材料，其提供围绕芯220和包层222的保护涂层。在图3A和图3B描绘的实施例中，热塑性聚合物涂层234与包层222直接接触，且因此在包层222和热塑性聚合物涂层234之间没有中间层，而限制了从芯220朝向外表面228散射而被吸收、阻挡或以其他方式被防止射出外表面228的UV光与可见蓝紫色光的量。
此外，如图3A和图3B所示，散射颗粒235设置在热塑性聚合物涂层234中。设置在热塑性聚合物涂层234内的散射颗粒235，可以包括上面针对光漫射光纤110描述的任何散射颗粒135。热塑性聚合物涂层234可包括约1.30至约1.35的折射率。散射颗粒235可包括折射率大于热塑性聚合物涂层234的折射率的低吸收散射材料，例如折射率约为1.77的Al2O3、折射率约为1.636的BaSO4、具有约1.46的折射率的二氧化硅(SiO2)等等。注意到，因为热塑性聚合物涂层234包括低于第二聚合物涂层132的折射率，不能用作散射颗粒135的材料可以用作散射颗粒235。具体来说，SiO2可以用作散射颗粒235的材料，这可为有利的，因为SiO2对于具有约200nm或更大波长的光是透明的，从而减少散射颗粒235引起的UV与可见蓝紫色范围中的吸收损失。此外，在一些实施例中，散射颗粒235可以替代地或另外地包括气体空隙或微气泡。
在一些实施例中，热塑性聚合物涂层234可以在光纤拉制处理中直接施加到光漫射光纤210的包层222。例如，尽管不意图受理论限制，但是芯220和包层222可以从光纤预制件拉出，穿过拉丝炉(用于加热光纤预制件)，以及纤维涂覆单元(用于施加热塑性聚合物涂层234到光漫射光纤210的包层222)。此外，在施加热塑性聚合物涂层234之后，光漫射光纤210到达光纤收集单元，光纤收集单元可包括一或更多个拉伸机构和张紧滑轮，以向光漫射光纤210提供张力并便于缠绕光漫射光纤到光纤存储线轴上。
在拉制处理中，在光漫射光纤210到达光纤收集单元之前施加热塑性聚合物涂层234，防止包层222与光纤收集单元的一或更多个拉伸机构之间的机械接触，这可以防止损坏包层222的玻璃。然而在其他实施例中，在光漫射光纤210被拉伸之后，例如使用诸如常规挤出设备的拉拔设备，将热塑性聚合物涂层234施加到光漫射光纤210。因此，在拉制处理之后施加热塑性聚合物涂层234的实施例中，可能期望在拉制处理中在包层222上施加涂层，以防止拉伸机构和纤维收集单元的张紧滑轮损坏包层122的玻璃。在包层和热塑性聚合物涂层之间具有聚合物层的示例性光漫射光纤是光漫射光纤310，如下所述。
现在参照图4A和图4B，描绘了光漫射光纤310的横截面，光漫射光纤310包括芯320、包围芯320的包层322、散射结构325、围绕包层222的主涂层330、以及围绕主涂层330的热塑性聚合物涂层334，使得主涂层330设置在包层322与热塑性聚合物涂层334之间。芯320包括玻璃芯(例如二氧化硅)，玻璃芯掺杂有羟基材料(例如包含约300ppm或更多羟基材料的二氧化硅)。包层322包括玻璃包层(例如F掺杂的二氧化硅，或F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅，其折射率比芯320的折射率低)，玻璃包层掺杂有羟基材料(例如F掺杂的二氧化硅，或F(氟)/B(硼)共掺杂的二氧化硅，其包含约300ppm或更多的羟基材料。散射结构325可以在整个芯320中出现(如图4A和图4B所示)，或者可以出现在芯320和包层322的界面附近(例如芯-包层边界)，或者可以出现在芯320内的环形圈中。散射结构325可包括上文针对光漫射光纤110所说明的任何散射结构125，例如充气空隙、诸如陶瓷材料之类的散射颗粒、掺杂剂等。
热塑性聚合物涂层334可包括热塑性聚合物涂层234的任何氟化聚合物材料，诸如聚四氟乙烯(PTFE)(诸如TeflonTM)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)(诸如TefzelTM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、PEEK(聚醚醚酮)、尼龙、和任何其他氟化可挤出聚合物。热塑性聚合物涂层334包括对于UV光和可见蓝紫光的低吸收性，并且是硬塑料材料，其提供围绕芯320、包层322和主涂层330的保护涂层。
主涂层330包括UV固化式涂层，诸如脂环族环氧树脂。尽管脂环族环氧树脂是UV固化式，但用于固化脂环族环氧树脂的光引发剂具有UV吸收性，但在脂环族环氧树脂固化后可去除，例如通过漂白(bleaching)脂环族环氧树脂，并且所得固化的脂环族环氧树脂包含对于UV光和可见蓝紫色光的低吸收性，如下面参照图5的图表50更详细地描述的。在一些实施例中，光引发剂包含(对-异丙基苯基)(对-甲基苯基)碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐。此外，主涂层330可以包括约5μm至约20μm的厚度，例如约10μm至约15μm。薄的主涂层330可为有利的，因为一些UV光和可见蓝紫色光仍然可以被主涂层330吸收，而较薄的层使这种吸收最小化。
仍然参考图4A和图4B，主涂层330掺杂有多个散射颗粒335，散射颗粒335可包括上面针对光漫射光纤110说明的任何散射颗粒135。例如，散射颗粒335可包括折射率大于主涂层330的脂环族环氧树脂(包含折射率约1.41)的低吸收散射材料，例如折射率为约1.77的Al2O3、折射率为约1.636的BaSO4、由热塑性聚合物制成的颗粒，所述热塑性聚合物为诸如聚四氟乙烯(PTFE)(诸如TeflonTM)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)(诸如TefzelTM)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、氟化乙烯丙烯(FEP)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、PEEK(聚醚醚酮)、尼龙、和任何其他氟化聚合物等等。此外，在一些实施例中，散射颗粒335可以替代地或另外地包括气体空隙或微气泡。再者，尽管图4A和图4B描绘多个散射颗粒335设置在主涂层330中，多个散射颗粒335可以替代地或另外地设置在热塑性聚合物涂层334中。
再次参考图1、图2B、图3B和图4B，在操作中，未散射的导引光(诸如由光输出装置102的光源152输出的UV光或可见蓝紫光)沿着光漫射光纤110、210、310在箭头10所示的方向上传播。图示的散射光沿箭头12所示的方向以散射角θ离开光漫射光纤110、210、310，散射角θ是沿光漫射光纤110、210、310传播的导引光的传播方向10与散射光离开光漫射光纤110时的方向12之间的角度差。在一些实施例中，当散射角θ在15°和150°之间或30°和130°之间时，光谱的强度在在峰值波长处量测的±50％、±30％、±25％、±20％、±15％、±10％或±5％之内。在一些实施例中，当散射角θ在30°和130°或40°和120°内的所有角度之间时，光谱的强度至少在峰值波长处量测的±50％内，例如±30％、±25％、±20％、±15％、±10％或±5％内。因此，每个光漫射光纤110、210、310被配置为由于散射而提供基本均匀的照明，使得最小和最大散射照明强度之间的差异小于最大散射照明强度的50％(对于至少40度和110度之间的所有视角，例如对于至少40度和120度之间的所有视角)。根据一些实施例，最小和最大散射照射强度之间的差异不大于最大散射照射强度的30％。
再次参考图2A至图4B，每个光漫射光纤110、210、310在550nm波长下可具有大于约0.2dB/m的散射引发衰减损耗。例如，在一些实施例中，散射引发衰减损耗(由于散射结构125、225、325(诸如空气线)引起的衰减损耗)可以大于约0.5dB/m、0.6dB/m、0.7dB/m、0.8dB/m、0.9dB/m、1dB/m、1.2dB/m、1.4dB/m、1.6dB/m、1.8dB/m、2.0dB/m、2.5dB/m、3.0dB/m、3.5dB/m、或4dB/m、5dB/m、6dB/m、7dB/m、8dB/m、9dB/m、10dB/m、20dB/m、30dB/m、40dB/m、或50dB/m(在550nm下)。在一些实施例中，光漫射光纤110、210、310的平均散射损耗大于50dB/km，并且在光漫射光纤110的任何给定光纤段上散射损失变化不超过20％(也就是散射损失在平均散射损失的±20％以内，例如在±15％内，或在±10％内)。在一些实施例中，光漫射光纤110、210、310的平均散射损耗大于50dB/km，并且在光漫射光纤110、210、310的任何给定光纤段上散射损失变化不超过20％(也就是散射损失在平均散射损耗的±20％以内，例如在±15％内，或甚至在±10％内)，给定光纤段为约0.2m至约50m，例如0.5m、1m、2m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m等。
现在参考图5，图表50描绘了包含约100μm厚度的样品材料层中200nm至400nm的UV光的吸收度。一个样品材料层是包含约100μm厚度的脂环族环氧树脂，诸如光漫射光纤310的主涂层330的脂环族环氧树脂，其由线52表示。包括约100μm厚度的另一样品材料层是PTFE，诸如光漫射光纤210的热塑性聚合物涂层234和光漫射光纤310的热塑性聚合物涂层334，其由线54表示。如线52所示，对于每100μm厚度，脂环族环氧树脂的吸收度在400nm处约0.0005、在375nm处约0.001、在350nm处约0.002、在325nm处约0.004、在300nm处约0.012、在275nm处约0.025、且在250nm处约0.035。再者，如线54所示，对于每100μm厚度，PTFE的吸收度在400nm处约0.003、在375nm处约0.004、在350nm处约0.006、在325nm处约0.008、在300nm处约0.01、在275nm处约0.013、在250nm处约0.0175、在225nm处约0.024、且在200nm处约0.032。
仍然参照图5，对于每100μm厚度，对于包含约310nm或更长波长的光，脂环族环氧树脂(线52)的吸收度为约0.01或更小。对于每100μm厚度，对于包含约250nm或更长波长的光，脂环族环氧树脂(线52)的吸收度为约0.02或更小。对于每100μm厚度，对于包含约270nm或更长波长的光，脂环族环氧树脂(线52)的吸收度为约0.03或更小。再者，对于每100μm厚度，对于包含约245nm或更长波长的光，脂环族环氧树脂(线52)的吸收度为约0.04或更小。对于每100μm厚度，对于包含约300nm或更长波长的光，PTFE(线54)的吸收度为约0.01或更小。对于每100μm厚度，对于包含约240nm或更长波长的光，PTFE(线54)的吸收度为约0.02或更小。再者，对于每100μm厚度，对于包含约205nm或更长波长的光，PTFE(线54)的吸收度为约0.03或更小。
现在参照图6，曲线70描绘了各种光漫射光纤实施例对于包括约300nm至约500nm波长的光的散射效率。如前述，本文所述“散射效率”，是指从光漫射光纤110、210、310的芯120、220、320朝向外表面128、228、328向外散射的光的百分比，所述光未被吸收、未被阻挡、也未以其他方式丢失，并且实际上离开外表面128、228、328。在图6中，线72表示光漫射光纤的先前实施例，线74表示光漫射光纤110，线76表示光漫射光纤210，线78表示光漫射光纤310。如图6所示，本文描述的光漫射光纤110、210、310，包括比先前的光漫射光纤更高的UV光散射效率。
仍然参照图6，线74表示光漫射光纤110对于包括约350nm或更大波长的光具有约0.1或更高的散射效率，对于包括375nm或更大波长的光的散射效率为约0.4或更高，对于包括约400nm或更大的波长的光的散射效率为约0.6或更高，对于包括约425nm或更大的波长的光的散射效率为约0.8或更高。线76表示光漫射光纤210对于包括约300nm或更大波长的光具有约0.5或更高的散射效率，对于包括325nm或更大波长的光的散射效率为约0.65或更高，对于包括约350nm或更大的波长的光的散射效率为约0.75或更高，对于包括约375nm或更大的波长的光的散射效率为约0.8或更高，且对于包括约400nm或更大的波长的光的散射效率为约0.9或更高。再者，尽管图6未图示，但光漫射光纤210对于包括约250nm或更大波长的光具有约0.4或更高的散射效率，诸如约0.5或更高的散射效率。再者，线78表示光漫射光纤310对于包括约350nm或更大波长的光具有约0.3或更高的散射效率，对于包括375nm或更大波长的光的散射效率为约0.6或更高，对于包括约400nm或更大的波长的光的散射效率为约0.8或更高，对于包括约425nm或更大的波长的光的散射效率为约0.9或更高。
本公开内容的一个方面关于一种用于传输蓝紫光的光传输系统，包括：蓝紫光照射装置，蓝紫光照射装置发出光，光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，其中在从约30分钟至约48小时(例如从约2小时至约8小时或从约4小时至约24小时)的曝光时间内用光照射包含一定量的菌落形成单位的病原体样品之后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
在一或更多个实施例中，光传输系统包括一或更多个光漫射光纤。在一或更多个实施例中，由系统发射的光具有约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2的平均功率密度。如本文中另外描述的，光可以是脉冲的或恒定的。
光传输系统可包括光学连接到光照射装置的光源，其中光源是线性偏振的。在一或更多个实施例中，系统可包括光学连接到光照射装置的光源，其中光源是激光二极管。
在一或更多个实施例中，光传输系统用于灭菌，且包括：光照射装置，光照射装置用于在体内、体外或体内和体外用光照射病原体，其中病原体包含一定量的菌落形成单位，其中光在从约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，以及其中在从约30分钟至约48小时的曝光时间内用光照射病原体之后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。在一或更多个实施例中，光照射装置定位在距病原体约30mm或更小的距离处。在一或更多个实施例中，光照射装置定位在距病原体约2mm至约30mm或更小的距离处。在一或更多个实施例中，光照射装置与病原体接触。在一或更多个实施例中，光照射装置定位在距病原体约2mm至约30mm或更小的距离处。如本文中另外描述的，光可以是脉冲的或恒定的。
在一或更多个实施例中，本文所述的光传输系统可用于照射病原体，病原体是革兰氏阳性病原体(例如金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌之一)。在一或更多个实施例中，本文描述的光传输系统可用于照射作为革兰氏阴性病原体的病原体(例如铜绿假单胞菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和产气肠杆菌中的至少一种)。在一或更多个实施例中，其中，当病原体是粪肠球菌时，并且用平均功率密度为25mW/cm2的光照射病原体约6小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。在一或更多个实施例中，其中，当病原体是金黄色葡萄球菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的光照射病原体约4小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的光照射病原体约2小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。在一或更多个实施例中，其中，当病原体是肺炎克雷伯菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的光照射病原体约6小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
在一或更多个实施例中，其中，当病原体是鲍曼不动杆菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的光照射病原体约4小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的光照射病原体约2小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
在一或更多个实施例中，其中，当病原体是铜绿假单胞菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的光照射病原体约2小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
在一或更多个实施例中，其中，当病原体是化脓性链球菌时，并且用平均功率密度为5mW/cm2的光照射病原体约2小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
在一或更多个实施例中，其中，当病原体是白色念珠菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的光照射病原体约6小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的光照射病原体约4小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
在一或更多个实施例中，其中，当病原体是大肠杆菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的光照射病原体约6小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的光照射病原体约4小时的曝光时间后，病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
在这里已经描述了可以并入光传输系统中的光漫射光纤的实施例；但是，系统不应局限于这种光纤。现在参考图7至图9B，现在将描述使用蓝紫光传输系统作为用于灭菌的光传输工具的方法。已经发现，通过将病原体与来自本文所述系统的可见蓝紫光光学耦合，可以实现抗微生物及/或灭菌结果。一般而言(且不意图受理论限制)，可见蓝紫光导致病原体细胞中细胞活性氧物质产生的增加，而导致细胞死亡。与使用紫外线(例如UVA、UVB或UVC)不同，使用可见蓝紫光可减少对哺乳动物DNA突变和细胞死亡的负面影响。如本文更详细论述的，为了实现病原体细胞死亡和杀菌效果，从本文所述的蓝紫光传输系统辐射的可见蓝紫光，必须使用规定的功率密度、波长和曝光时间来传输所照射的光。
现在参考图7，流程图400描绘了使用蓝紫光传输系统进行灭菌的示例性方法。在步骤410中，来自光输出装置102的光源152耦合到蓝紫光传输系统(或者一或更多个光漫射光纤(若适用))。光输出装置102也可以包括额外的光学部件，诸如透镜、光学传输光纤等，其位于光源152和蓝紫光传输系统(或光漫射光纤110)的第一端112之间并且光学耦合到光源152和蓝紫光传输系统的第一端112，以便于光输入到蓝紫光传输系统(或光漫射光纤110)中。而且，所述额外光学部件(诸如光学传输光纤)，可以允许光源152在空间上与蓝紫光传输系统(或光漫射光纤110)分离。
如上面更详细地论述的，光漫射光纤包括芯、包层、外表面和多个散射结构，多个散射结构位于芯中、包层中或芯和包层两者中。在操作中，一或更多个光漫射光纤的散射结构将沿着一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向外表面，且一部分的光漫射穿过外表面。
在步骤420中，将蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)定位为与病原体样品光学接合。本文所述“光学接合”，是指一或更多个光漫射光纤可用光直接或间接照射病原体样品的布置。在一或更多个实施例中，光漫射穿过一或更多个光漫射光纤的外表面。有利的是使蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)与病原体样品之间的间隔最小化，以实现由蓝紫光传输系统(一或更多个光漫射光纤)输出高效能量并被病原体样品吸收。如本文关于术语“光学接合”所述，“直接”可代表与病原体样品接触或通过蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)与病原体样品之间的气隙分开，“间接”可代表有材料定位于蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)和病原体样品之间，这种材料通常不会妨碍从蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)输送到病原体样品的光的平均功率、波长或曝光时间，诸如可见蓝紫光透射材料。在一些实施例中，蓝紫光传输系统(一或更多个光漫射光纤)可以与病原体样品直接接触。
在步骤430中，在第一时段内，光源输出的光被引导进入一或更多个光漫射光纤中。回应于步骤430，光漫射穿过一或更多个光漫射光纤的外表面，从而在曝光时间内用在一波长下具有一平均功率密度的光照射病原体样品。在一些实施例中，传输至病原体样品的光具有约5mW/cm2至约30mW/cm2，或约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2的平均功率密度。例如，在一些实施例中，平均功率密度为约5mW/cm2、6mW/cm2、7mW/cm2、8mW/cm2、9mW/cm2、10mW/cm2、11mW/cm2、12mW/cm2、13mW/cm2、14mW/cm2、15mW/cm2、16mW/cm2、17mW/cm2、18mW/cm2、19mW/cm2、20mW/cm2、21mW/cm2、22mW/cm2、23mW/cm2、24mW/cm2、25mW/cm2、26mW/cm2、27mW/cm2、28mW/cm2、29mW/cm2或30mW/cm2。此外，传输至病原体样品的光具有约380nm至约495nm的波长(即UV-蓝-紫色边界范围)，或约400nm至约410nm，或405nm。例如，在一些实施例中，波长为约375nm、380nm、385nm、390nm、395nm、400nm、405nm、410nm、415nm、420nm、425nm、430nm、435nm、440nm、445nm、450nm、455nm、460nm、465nm、470nm、475nm、480nm、485nm、490nm、495nm、500nm等。
另外，本文所述“曝光时间”，是指病原体样品被从蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)传输的光照射的时段。在一些实施例中，曝光时间可为约30分钟至约48小时、或约2小时至约48小时、或约30分钟至约24小时、或约2至约24小时、或约2至约8小时、或4小时至约24小时。例如，在一些实施例中，曝光时间为约30分钟、45分钟、1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、24小时、36小时、48小时或更长时间。也就是，曝光时间可以是连续的，也就是大于30分钟、大于6小时、大于24小时或大于48小时。
在一些实施例中，在曝光时间内从蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)以平均功率密度传输的光，产生并传输至病原体样品的能量密度范围为例如约36J/cm2至约972J/cm2。在一些实施例中，总能量密度为约103J/cm2至约972J/cm2。一般而言，从蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)漫射的光传输给病原体样品的总能量密度，是功率密度和曝光时间的函数，也就是总能量密度为平均功率密度乘上曝光时间(例如～7.2mW/cm2*3600s/hr*1J/1000mJ*6hr＝～155.52J/cm2)。例如，当病原体的～1×104CFU(菌落形成单位)暴露于产生～155J/cm2能量密度的光时，效果是杀菌的(也就是病原体细胞死亡)导致CFU减少约4-Log至9-Log，例如从少约10,000倍CFU到少约1,000,000,000倍CFU。
在一些实施例中，可以由连续功率密度以连续方式提供光。在其他实施例中，可由变化的功率密度以连续的方式提供光。在其他实施例中，可以由变化的功率密度以脉冲方式提供光，以在时段期间内实现总平均功率密度。在其他实施例中，可以由脉冲方式提供光，其中每个脉冲的光的功率密度相同。
现在参考图8A至图8B，光传输的两个实例图示为两个时段内的功率密度的函数。例如，参考图8A，在第一时段510内光以10mW/cm2的功率密度水平512传输总共20小时的曝光时间，产生720J/cm2的总能量密度514。随后，在第二时段520内光以5mW/cm2的功率密度水平522传输总共20小时的曝光时间，产生360J/cm2的总能量密度524。在一些实施例中，在第一时段期间传输光，而不在第二时段期间内传输光。然而，在一些应用中，具有两个或更多个不同功率密度和曝光时间的时段是有利的。这样的配置可以提供大量CFU的处理和随后的维护间隔，以防止少量CFU重新生成。
在另一个实施例中，参见图8B，光以脉冲配置传送。例如，在20小时的第一时段530内，以20mW/cm2的功率密度532传输光总共10小时的曝光时间。换句话说，光源以交替的2小时间隔将光引导进入蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射纤维)中，导致脉冲型样的光被输出到病原体样品。例如，在2小时的曝光时间533内功率密度为20mW/cm2，随后是2小时的关闭时间段533'，产生20小时的第一时段530的前4小时。在第一时段530内脉冲型样的光重复，在曝光时间533、534、535、536和537期间，各自具有20mW/cm2功率密度532的光从蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)输出到病原体样品，且在关闭时间段533'、534'、535'、536'和537'内没有光从蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)输出至病原体样品。因此，在第一时段内得到的平均功率密度532为10mW/cm2。此外，所得到的总能量密度，是每个曝光时间533、534、535、536和537期间的功率密度的函数，例如在图8B所示的第一时段内产生约720J/cm2。
图8B进一步描绘了第二时段540，其中光以脉冲配置传送，在每个曝光时间543、544、545、546和547内功率密度542为10mW/cm2，且在每个关闭时间段543'、544'、545'、546'和547'内没有光传送。因此，在第一时段内得到的平均功率密度542为5mW/cm2。此外，所得到的总能量密度，是每个曝光时间543、544、545、546和547期间的功率密度的函数，例如在图8B所示的第二时段内产生约360J/cm2。
在一些实施例中，光源可例如被配置为在第一脉冲周期(例如第一时段530)和第二脉冲周期(例如第二时段540)中输出脉冲光。第一脉冲周期可以输出一或更多个脉冲(例如在曝光时间533、534、535、536和537)，其中曝光时间533、534、535、536和537的总和是第一脉冲持续时间。第二脉冲周期可以输出一或更多个脉冲(例如曝光时间543、544、545、546和547所示)，其中曝光时间543、544、545、546和547的总和是第二脉冲持续时间。
相对于恒定施加光，以间隔施加具有更高功率密度而脉冲传递到病原体样品的光可以有利于灭菌大量CFU，及/或提高灭菌过程的效率，及/或对抗侵略性或强健形式的病原体。另外，通过调节功率密度和曝光时间，可以调节传输至病原体样品的总能量密度。
在一些实施例中，在时段中每个光脉冲的曝光时间可以大于关闭时间段。在其他实施例中，每个光脉冲的曝光时间小于关闭时间段。类似地，尽管本文使用术语“关闭时间段”代表没有光输出到病原体样品的时间段，但是本领域技术人员可以配置蓝紫光传输系统(或一或更多个光漫射光纤)的脉冲光输出为在第一曝光时间具有第一功率密度，随后在随后的第二曝光时间期间具有不同于第一功率密度的第二功率密度。此外，第一功率密度和第二功率密度都可以大于0mW/cm2。
如下面针对实验配置所描述的，一些实施例可以包括光漫射光纤配置，其中一或更多个光漫射光纤以结构化配置来配置。不意图受到理论的限制，参考图9A至图9B，当光652传播穿过光漫射光纤620时，光沿着光纤的长度漫射但下降，如标号625所示。图9A图示了沿光漫射光纤的漫射光的能量的示例衰减。为了有效用于灭菌目的，漫射光的能量应该高于功效阈值。在一些实施例中，预期到上阈值应配置成也确保有效灭菌而没有不利影响。
在进一步的实施例中，光漫射光纤可以被封装或定位在一或更多个圆柱形管622和624内。如图9B所示，每层管622和624导致漫射光的能量吸收。因此，为了使漫射光保持有效用于灭菌目的，初始功率必须高于吸光后的功效阈值。图9B中的图表描绘了从光漫射光纤620漫射的光穿过第一吸收层622和第二吸收层624的效果。当光从光漫射光纤向外以大致圆形对称的方式向外扩散时，功率在空气中以大约1/r2下降。然而，当漫射光传播穿过吸收层622和624时，漫射光功率可以根据漫射光传播穿过的材料而减少地更多。
现在转到图10A至图10D，描绘了示例结构化配置。在一些实施例中(诸如在以下实验实例中使用的实施例中)，一或更多个光漫射光纤可以由结构化方式配置以产生平面或3-D形状，以使漫射光的更均匀分散高于用于灭菌目的的功效阈值。如图10A所示，光漫射光纤720被配置成编织网格结构。出于论述的目的，识别出三个横截面。横截面A沿着与多行相交的列的中点定位。横截面B沿着与多行相交的光漫射光纤列定位。横截面C定位为以一定角度横穿网格的行和列。图10B描绘了在结构化配置上产生的漫射光的功率强度。类似地，图10C以热图的形式描绘了相同的图。如图10C所示，漫射光可以被配置为在比图10D所示的类似网格结构配置中的多点源LED 740更大规模地分散。
可以预期，在不脱离本公开内容的精神和范畴的情况下，可以实施其他结构化配置。
实验性
在第一实验配置中，如图11A所示，将病原体样品600接种并在96孔板610中的溶液中生长。光漫射光纤620与96孔板610平行配置，其中一部分光漫射光纤用405nm光照射96孔的每一者。另外，包括反射表面630，使得光漫射光纤620位于96孔板610和反射表面630之间。应当理解，一或更多个光漫射光纤620的“网络”，可以在光漫射光纤的柔性结构约束内以平行的支架图案、十字交叉图案、螺旋形式或其他配置来配置。从光漫射光纤620发出的光的功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2，曝光时间为约4小时至约24小时。这产生了总能量密度为约103J/cm2至约972J/cm2，其被传输至96孔板610中的病原体样品。将大约1×104CFU的病原体样品600暴露至所述总能量密度的结果，是约4Log至约6Log减少的杀菌效果，例如减少约10,000倍至约1,000,000倍的CFU。
在第二实验配置中，如图11B所示，将病原体样品700接种并在培养皿710中的琼脂上生长。光漫射光纤720的网络与培养皿710平行配置，其中光漫射光纤以405nm光照射培养皿710的琼脂上的病原体样品700。另外，包括反射表面730，使得光漫射光纤720定位在培养皿710的琼脂上的病原体样品700和反射表面730之间。从光漫射光纤720发出的光的功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2，曝光时间为约6小时。这产生了总能量密度为约155J/cm2至约243J/cm2，其被传输至琼脂上的病原体样品700。将大约1×109CFU的病原体样品700暴露至所述总能量密度的结果，是约8Log至约9Log减少的杀菌效果，例如减少约100,000,000倍至约1,000,000,000倍的CFU。
在上述实验试验中测试了革兰氏阳性病原体样品的三种变体，也就是金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和化脓性链球菌。在其他试验中，对于革兰氏阳性病原体样品(例如但不限于白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌)，和革兰氏阴性病原体样品(例如P铜绿假单胞菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和产气荚膜梭菌)，观察到至少4Log减少效力。
现在应该理解，将来自光漫射光纤的405nm光连续施加到病原体样品或病原体生长培养基，可以通过向病原体样品或病原体生长培养基连续添加能量来提供连续灭菌。也应该理解到，可见蓝紫色光(例如405nm光)，不会对人类和病原体细胞产生类似UV光的损害。另外，应当理解，通过使用光漫射光纤来传输可见蓝紫光，可以将光传输到难以到达的位置，使得能够直接应用于潜在或当前病原体生长和感染部位的来源。一个实例可以是与留置或经皮导管相关的感染，即部分位于体内和部分位于体外的导管。因此，病原体可沿导管和在导管内生长，从而在体内提供感染的直接路径，其可从体外开始并使用导管作为生长介质向内进行。其他示例可包括对心血管导管、气管内导管、Foley导管等进行灭菌。
在两种不同的测试设置(96孔板测试设置和琼脂盘)中，关于表1中列出的各种病原体来量测本文所述的光传输系统的有效功率密度和曝光时间。在96孔板配置中，除了96孔的每一者的底部之外，板的底部变黑。在琼脂表面/培养皿配置中，光纤和细菌之间没有材料(空气除外)，但是这种距离大于光纤和96孔板底部之间的距离。
表1.量测的抗菌效果。
Figure BDA0002611499200000251
1≤10X表示所示接种物减少50％以上；(-)表示接种量小于50％或没有可量测的减少量。
表2.显著的2抗菌作用所需的通量1
Figure BDA0002611499200000261
1以焦耳(J)/cm2为单位量测的辐射能量。
2大于或等于4-log10的生物体活力降低。
3如上所述，无论接种量如何，都没有剂量完全根除生物体。
如表1所示，最小有效能量密度为36mJ/cm2至约540mJ/cm2。测试的功率密度范围为5mW/cm2、10mW/cm2和25mW/cm2，曝光时间范围为2、4或6小时，测试浓度范围为104-108CFU/mL。所有曝光都是连续波。
方面(1)属于一种使用蓝紫光传输系统灭菌的方法，包括以下步骤：将光源光学耦合到蓝紫光传输系统；将所述蓝紫光传输系统定位为与病原体样品光学接合；以及在第一时段内将所述光源输出的光引导进入所述蓝紫光传输系统，从而在约30分钟至约48小时的曝光时间用光照射病原体样品，所述光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2。
方面(2)属于方面(1)所述的方法，其中所述蓝紫光传输系统包括一或更多个光漫射光纤，所述一或更多个光漫射光纤包括：芯；围绕所述芯的包层；外表面；以及多个散射结构，所述多个散射结构定位于所述芯内、所述包层内、或所述芯和所述包层两者内。
方面(3)属于方面(1)所述的方法，其中当所述光输出被所述光源引导进入所述蓝紫光传输系统中时，所述一或更多个光漫射光纤的多个散射结构将沿着所述一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向所述外表面，且一部分的光漫射穿过所述外部系统。
方面(4)属于方面(1)至(3)中任一项所述的方法，其中所述平均功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2。
方面(5)属于方面(1)至(4)中任一项所述的方法，其中所述曝光时间为约2小时至约8小时。
方面(6)属于方面(1)至(5)中任一项所述的方法，其中所述曝光时间为约4小时至约24小时。
方面(7)属于方面(1)至(6)中任一项所述的方法，其中由所述光源输出到所述蓝紫光传输系统中的所述光是脉冲化的。
方面(8)属于方面(7)所述的方法，其中：所述光源经配置以在第一脉冲周期与第二脉冲周期中输出脉冲光；在所述第一脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包含第一脉冲持续时间；以及在所述第二脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包含第二脉冲持续时间。
方面(9)属于方面(8)所述的方法，其中所述第一脉冲持续时间大于所述第二脉冲持续时间。
方面(10)属于方面(1)至(9)中任一项所述的方法，也包括将由所述光源输出的所述光引导进入所述蓝紫光传输系统中持续第二时段，其中所述第二时段内的能量密度小于所述第一时段内的能量密度。
方面(11)属于方面(1)至(10)中任一项所述的方法，其中所述病原体样品是革兰氏阳性病原体。
方面(12)属于方面(11)所述的方法，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
方面(13)属于方面(2)至(12)中任一项所述的方法，其中所述芯包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃，且所述包层包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃。
方面(14)属于方面(2)至(13)中任一项所述的方法，其中热塑性聚合物涂层围绕并接触所述包层。
方面(15)属于方面(2)至(14)中任一项所述的方法，其中主涂层围绕所述包层，并且热塑性聚合物涂层围绕所述主涂层，使得所述主涂层设置在所述包层和所述热塑性聚合物涂层之间，所述主涂层包含脂环族环氧树脂，其在约250nm或更长的波长下每100μm层厚度具有约0.04或更小的吸收度。
方面(16)属于方面(2)至(15)中任一项所述的方法，其中涂层围绕所述包层并且所述涂层掺杂有多个散射结构。
方面(17)属于方面(1)至(16)中任一项所述的方法，其中所述光源是线性偏振的。
方面(18)属于方面(1)至(17)中任一项所述的方法，其中所述光源是激光二极管。
方面(19)属于一种使用蓝紫光传输系统灭菌的方法，包括以下步骤：将光源光学耦合到所述蓝紫光传输系统；将所述蓝紫光传输系统定位为与病原体样品光学接合；在第一时段内将所述光源输出的光引导进入所述蓝紫光传输系统，从而用光照射包含一定量的菌落形成单位的所述病原体样品，其中光在从约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，其中所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
方面(20)属于方面(19)所述的方法，其中所述蓝紫光传输系统包括一或更多个光漫射光纤，一或更多个光漫射光纤包括：芯；围绕所述芯的包层；外表面；以及多个散射结构，所述多个散射结构定位于所述芯内、所述包层内、或所述芯和所述包层两者内。
方面(21)属于方面(20)所述的方法，其中当所述光输出被所述光源引导进入所述蓝紫光传输系统中时，所述一或更多个光漫射光纤的所述多个散射结构将沿着一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向所述外表面，且一部分的光漫射穿过所述外部系统。
方面(22)属于方面(19)至(21)中任一项所述的方法，其中所述平均功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2。
方面(23)属于方面(19)至(22)中任一项所述的方法，其中所述光在所述病原体样品上的曝光时间为约2小时至约24小时。
方面(24)属于方面(19)至(23)中任一项所述的方法，其中所述光在所述病原体样品上的曝光时间为约2小时至约8小时。
方面(25)属于方面(19)至(24)中任一项所述的方法，其中由所述光源输出到所述蓝紫光传输系统中的所述光是脉冲化的。
方面(26)属于方面(25)所述的方法，其中：所述光源经配置以在第一脉冲周期与第二脉冲周期中输出脉冲光；在所述第一脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包含第一脉冲持续时间；以及在所述第二脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包含第二脉冲持续时间。
方面(27)属于方面(26)所述的方法，其中所述第一脉冲持续时间大于所述第二脉冲持续时间。
方面(28)属于方面(19)至(27)中任一项所述的方法，也包括将由所述光源输出的光引导进入所述蓝紫光传输系统中持续第二时段，其中所述第二时段内的能量密度小于所述第一时段内的能量密度。
方面(29)属于方面(19)至(28)中任一项所述的方法，其中所述病原体样品是革兰氏阳性病原体。
方面(30)属于方面(29)所述的方法，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
方面(31)属于方面(19)至(28)中任一项所述的方法，其中所述病原体样品是革兰氏阴性病原体。
方面(32)属于方面(31)所述的方法，其中所述革兰氏阴性病原体是铜绿假单胞菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和产气肠杆菌中的至少一种。
方面(33)属于方面(20)至(32)中任一项所述的方法，其中所述芯包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃，且所述包层包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃。
方面(34)属于方面(20)至(33)中任一项所述的方法，其中热塑性聚合物涂层围绕并接触所述包层。
方面(35)属于方面(20)至(34)中任一项所述的方法，其中主涂层围绕所述包层，并且热塑性聚合物涂层围绕所述主涂层，使得所述主涂层设置在所述包层和所述热塑性聚合物涂层之间，所述主涂层包含脂环族环氧树脂，其在约250nm或更长的波长下每100μm层厚度具有约0.04或更小的吸收度。
方面(36)属于方面(20)至(35)中任一项所述的方法，其中涂层围绕所述包层并且所述涂层掺杂有多个散射结构。
方面(37)属于一种用于传输蓝紫光的光传输系统，包括：蓝紫光照射装置，所述蓝紫光照射装置发出光，光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，其中在从约30分钟至约48小时的曝光时间内用光照射包含一定量的菌落形成单位的病原体样品之后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
方面(38)属于方面(37)所述的系统，其中所述平均功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2。
方面(39)属于方面(37)或方面(38)所述的系统，其中所述曝光时间为约2小时至约8小时。
方面(40)属于方面(37)至(39)中任一项所述的系统，其中所述曝光时间为约4小时至约24小时。
方面(41)属于方面(37)至(40)中任一项所述的系统，其中所述光是脉冲化的。
方面(42)属于方面(41)所述的系统，其中：所述光被根据第一脉冲周期与第二脉冲周期来脉冲化；其中所述第一脉冲周期包含第一脉冲持续时间，且其中所述第二脉冲周期包含第二脉冲持续时间。
方面(43)属于方面(42)所述的系统，其中所述第一脉冲持续时间大于所述第二脉冲持续时间。
方面(44)属于方面(37)至(43)中任一项所述的系统，其中所述病原体样品是革兰氏阳性病原体。
方面(45)属于方面(44)所述的系统，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
方面(46)属于方面(37)至(45)中任一项所述的系统，进一步包含光学连接到所述光照射装置的光源，其中所述光源是线性偏振的。
方面(47)属于方面(37)至(46)中任一项所述的系统，进一步包含光学连接到所述光照射装置的光源，其中所述光源是激光二极管。
方面(48)属于一种用于灭菌的光传输系统，包括：光照射装置，所述光照射装置用于在体内、体外或体内和体外用光照射病原体，其中所述病原体包含一定量的菌落形成单位，其中所述光在从约380nm至约495nm的波长下包含约5mW/cm2至约30mW/cm2的平均功率密度，以及其中在从约30分钟至约48小时的曝光时间内用所述光照射所述病原体之后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
方面(49)属于方面(48)所述的系统，其中所述光照射装置定位在距所述病原体约30mm或更小的距离处。
方面(50)属于方面(49)所述的系统，其中所述光照射装置定位在距所述病原体约2mm至约30mm或更小的距离处。
方面(51)属于方面(49)所述的系统，其中所述光照射装置与所述病原体接触。
方面(52)属于方面(48)至(51)中任一项所述的系统，其中光照射装置定位在距所述病原体约2mm至约30mm或更小的距离处。
方面(53)属于方面(48)至(52)中任一项所述的系统，其中所述光是脉冲化的。
方面(54)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中所述病原体是革兰氏阳性病原体。
方面(55)属于方面(49)所述的系统，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
方面(56)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中所述病原体是革兰氏阴性病原体。
方面(57)属于方面(56)所述的系统，其中所述革兰氏阴性病原体是铜绿假单胞菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和产气肠杆菌中的至少一种。
方面(58)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是粪肠球菌时，并且用平均功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(59)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是金黄色葡萄球菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约2小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(60)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是肺炎克雷伯菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(61)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是鲍曼不动杆菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约2小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(62)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是铜绿假单胞菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约2的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(63)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是化脓链球菌时，并且用平均功率密度为5mW/cm2的所述光照射所述病原体约2的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(64)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是白色念珠菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
方面(65)属于方面(48)至(53)中任一项所述的系统，其中当所述病原体是大肠杆菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
出于描述和定义本技术的目的，应注意，本文中对作为参数或另一变量的“函数”的变量的引用，并不意图表示这变量仅是所列参数或变量的函数。相反的，本文中提及的是作为所列参数的“函数”的变量意图是开放式的，使得变量可以是单个参数或多个参数的函数。另一范例可以包括在绷带和伤口之内或之间配置一个或多个光漫射光纤，以直接向伤口提供灭菌光治疗，而不将伤口暴露于感染环境。
也应注意到，本文中对“至少一个”部件、要素等等的说明，不应用于产生冠词“一”或“一个”的替代使用应限于单个部件、要素元素等等的推断。
应注意到，本文中以特定方式“配置”以体现特定性质或以特定方式起作用的本公开内容的部件的叙述是结构性叙述，而非预期用途的叙述。更特定而言，本文对部件“配置”的方式的引用表示部件的现有物理条件，并且因此将被视为部件的结构特征的明确叙述。
出于描述和定义本技术的目的，应注意到，术语“基本上”和“约”在本文中，用于表示可归因于任何定量比较、值、量测或其他表示的固有不确定性。术语“基本上”和“约”在本文中也用于表示定量表示可以与所述引用不同而不会导致所论述目标的基本功能发生变化的程度。
已经详细并且通过参考本公开内容的特定实施例描述了本公开内容的目标，应当注意到，本文公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为本文描述的各种实施例的必要部件的要素，即使在伴随本说明书的每个附图中图示了特定要素的情况下也是如此。此外，显而易见的是，在不脱离本公开内容的范畴(包括但不限于在所附申请专利范围中限定的实施例)的情况下，修改和变化是可能的。更具体来说，尽管本公开内容的一些方面在本文中被标识为较佳的或特别有利的，但是预期到本公开内容不必限于这些方面。
应注意到，以下请求项中的一或更多个使用术语“其中”作为过渡用语。出于定义本技术的目的，应注意，这个用词在请求项中作为开放式过渡用语引入，这个用语用于引入结构的一系列特征的叙述，并且应当以与更常用的开放式前导用语“包含”来解译。

Claims (65)

1.一种使用蓝紫光传输系统灭菌的方法，包括以下步骤：
将光源光学耦合到蓝紫光传输系统；
将所述蓝紫光传输系统定位为与病原体样品光学接合；以及
在第一时段内将所述光源输出的光引导进入所述蓝紫光传输系统，从而在约30分钟至约48小时的曝光时间用光照射所述病原体样品，所述光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2。
2.根据权利要求1所述之方法，其中所述蓝紫光传输系统包括一或更多个光漫射光纤，所述一或更多个光漫射光纤包括：
芯；
围绕所述芯的包层；
外表面；以及
多个散射结构，所述多个散射结构定位于所述芯内、所述包层内、或所述芯和所述包层两者内。
3.根据权利要求1所述之方法，其中当所述光输出被所述光源引导进入所述蓝紫光传输系统中时，所述一或更多个光漫射光纤的所述多个散射结构将沿着所述一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向所述外表面，且一部分的光漫射穿过所述外部系统。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述平均功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述曝光时间为约2小时至约8小时。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述曝光时间为约4小时至约24小时。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中由所述光源输出到所述蓝紫光传输系统中的所述光是脉冲化的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述光源经配置为在第一脉冲周期和第二脉冲周期中输出脉冲光；
在所述第一脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包括第一脉冲持续时间；以及
在所述第二脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包括一第二脉冲持续时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一脉冲持续时间大于所述第二脉冲持续时间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将由所述光源输出的所述光引导进入所述蓝紫光传输系统中持续第二时段，其中所述第二时段内的能量密度小于所述第一时段内的能量密度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述病原体样品是革兰氏阳性病原体。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的方法，其中所述芯包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃，且所述包层包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的方法，其中热塑性聚合物涂层围绕并接触所述包层。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的方法，其中主涂层围绕所述包层，并且热塑性聚合物涂层围绕所述主涂层，使得所述主涂层设置在所述包层和所述热塑性聚合物涂层之间，所述主涂层包含脂环族环氧树脂，其在约250nm或更长的波长下每100μm层厚度具有约0.04或更小的吸收度。
16.根据权利要求2至15中任一项所述的方法，其中涂层围绕所述包层并且所述涂层掺杂有多个散射结构。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光源是线性偏振的。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光源是激光二极管。
19.一种使用蓝紫光传输系统灭菌的方法，包括以下步骤：
将光源光学耦合到所述蓝紫光传输系统；
将所述蓝紫光传输系统定位为与病原体样品光学接合；
在第一时段内将所述光源输出的光引导进入所述蓝紫光传输系统，从而用光照射包含一定量的菌落形成单位的所述病原体样品，其中光在从约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，其中所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述蓝紫光传输系统包括一或更多个光漫射光纤，一或更多个光漫射光纤包括：
芯；
围绕所述芯的包层；
外表面；以及
多个散射结构，所述多个散射结构定位于所述芯内、所述包层内、或所述芯和所述包层两者内。
21.根据权利要求20所述的方法，其中当所述光输出被所述光源引导进入所述蓝紫光传输系统中时，所述一或更多个光漫射光纤的所述多个散射结构将沿着一或更多个光漫射光纤传播的光散射朝向所述外表面，且一部分的光漫射穿过所述外部系统。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中所述平均功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中所述光在所述病原体样品上的曝光时间为约2小时至约24小时。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中所述光在所述病原体样品上的曝光时间为约2小时至约8小时。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中由所述光源输出到所述蓝紫光传输系统中的所述光是脉冲化的。
26.根据权利要求25所述的方法，其中：
所述光源经配置以在第一脉冲周期与第二脉冲周期中输出脉冲光；
在所述第一脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包含第一脉冲持续时间；以及
在所述第二脉冲周期中由所述光源输出的一或更多个脉冲包含第二脉冲持续时间。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一脉冲持续时间大于所述第二脉冲持续时间。
28.根据权利要求19至27中任一项所述的方法，进一步包括将由所述光源输出的光引导进入所述蓝紫光传输系统中持续第二时段，其中所述第二时段内的能量密度小于所述第一时段内的能量密度。
29.根据权利要求19至28中任一项所述的方法，其中所述病原体样品是革兰氏阳性病原体。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
31.根据权利要求19至28中任一项所述的方法，其中所述病原体样品是革兰氏阴性病原体。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述革兰氏阴性病原体是铜绿假单胞菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和产气肠杆菌中的至少一种。
33.根据权利要求20至32中任一项所述的方法，其中所述芯包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃，且所述包层包含掺杂有300ppm或更多羟基材料的玻璃。
34.根据权利要求20至33中任一项所述的方法，其中热塑性聚合物涂层围绕并接触所述包层。
35.根据权利要求20至34中任一项所述的方法，其中主涂层围绕所述包层，并且热塑性聚合物涂层围绕所述主涂层，使得所述主涂层设置在所述包层和所述热塑性聚合物涂层之间，所述主涂层包含脂环族环氧树脂，其在约250nm或更长的波长下每100μm层厚度具有约0.04或更小的吸收度。
36.根据权利要求20至35中任一项所述的方法，其中涂层围绕所述包层并且所述涂层掺杂有多个散射结构。
37.一种用于传输蓝紫光的光传输系统，包括：
蓝紫光照射装置，所述蓝紫光照射装置发出光，光在约380nm至约495nm的波长下的平均功率密度为约5mW/cm2至约30mW/cm2，其中在从约30分钟至约48小时的曝光时间内用光照射包含一定量的菌落形成单位的病原体样品之后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
38.根据权利要求37所述的光传输系统，其中所述平均功率密度为约7.2mW/cm2至约11.25mW/cm2。
39.根据权利要求37或38所述的光传输系统，其中所述曝光时间为约2小时至约8小时。
40.根据权利要求37至39中任一项所述的光传输系统，其中所述曝光时间为约4小时至约24小时。
41.根据权利要求37至40中任一项所述的光传输系统，其中所述光是脉冲化的。
42.根据权利要求41所述的光传输系统，其中：所述光是根据第一脉冲周期与第二脉冲周期进行脉冲化；其中所述第一脉冲周期包含第一脉冲持续时间，且其中所述第二脉冲周期包含第二脉冲持续时间。
43.根据权利要求42所述的光传输系统，其中所述第一脉冲持续时间大于所述第二脉冲持续时间。
44.根据权利要求37至43中任一项所述的光传输系统，其中所述病原体样品是革兰氏阳性病原体。
45.根据权利要求44所述的光传输系统，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
46.根据权利要求37至45中任一项所述的光传输系统，进一步包含光学连接到所述光照射装置的光源，其中所述光源是线性偏振的。
47.根据权利要求37至46中任一项所述的光传输系统，进一步包含光学连接到所述光照射装置的光源，其中所述光源是激光二极管。
48.一种用于灭菌的光传输系统，包括：
光照射装置，所述光照射装置用于在体内、体外或体内和体外用光照射病原体，其中所述病原体包含一定量的菌落形成单位，
其中所述光在从约380nm至约495nm的波长下包含约5mW/cm2至约30mW/cm2的平均功率密度，以及
其中在从约30分钟至约48小时的曝光时间内用所述光照射所述病原体之后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少至约9-Log减少。
49.根据权利要求48所述的光传输系统，其中所述光照射装置定位在距所述病原体约30mm或更小的距离处。
50.根据权利要求49所述的光传输系统，其中所述光照射装置定位在距所述病原体约2mm至约30mm或更小的距离处。
51.根据权利要求49所述的光传输系统，其中所述光照射装置与所述病原体接触。
52.根据权利要求48至51中任一项所述的光传输系统，其中光照射装置定位在距所述病原体约2mm至约30mm或更小的距离处。
53.根据权利要求48至52中任一项所述的光传输系统，其中所述光是脉冲化的。
54.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中所述病原体是革兰氏阳性病原体。
55.根据权利要求49所述的光传输系统，其中所述革兰氏阳性病原体为金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、白色念珠菌、化脓性链球菌和粪肠球菌的至少一者。
56.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中所述病原体是革兰氏阴性病原体。
57.根据权利要求56所述的光传输系统，其中所述革兰氏阴性病原体是铜绿假单胞菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和产气肠杆菌中的至少一种。
58.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是粪肠球菌时，并且用平均功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
59.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是金黄色葡萄球菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约2小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
60.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是肺炎克雷伯菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
61.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是鲍曼不动杆菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约2小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
62.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是铜绿假单胞菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约2的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
63.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是化脓链球菌时，并且用平均功率密度为5mW/cm2的所述光照射所述病原体约2的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
64.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是白色念珠菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
65.根据权利要求48至53中任一项所述的光传输系统，其中当所述病原体是大肠杆菌时，并且用平均功率密度为10mW/cm2的所述光照射所述病原体约6小时的曝光时间或用功率密度为25mW/cm2的所述光照射所述病原体约4小时的曝光时间后，所述病原体样品的菌落形成单位的量减少约4-Log减少或更多。
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