CN111787956A - 光生物调节设备 - Google Patents

Abstract

一种光源设备(10)，其包括用于发射具有以下特性的光的发光元件(12)：波长范围为435至520nm，以及功率密度大于20mW/cm²，光源设备(10)为任何污染原和/或致病原提供大于11J/cm2的有效通量。本发明还涉及一种光源组件，该光源组件包括适于与载体或介质优选地与皮肤或伤口接触的产品，以及连接至该产品以向载体上或介质(C)中存在的至少一种污染原和/或致病原提供光的光源设备(10)。

Description

光生物调节设备

技术领域

本发明涉及一种光源设备，其能够减少污染原(contaminating agent)和/或致病原(pathogenic agent)的生长和数量，特别是优选地通过光生物调节装置用于介质(medium)(例如空气、用过的水、乳制品、饮料或软饮料)的处理，或优选地通过光生物调节装置用于各种载体(support)(包括惰性或生物表面，例如，伤口、皮肤或粘膜，或诸如包装(packing)、包装材料(wrapping)、食品(food product)、以及清洁和/或家用设备)的去污或消毒。本发明还涉及一种包括这种光源设备的光源组件。

背景技术

本公开涉及在435至520纳米(nm)的波长(λ)范围内使用可见光，并结合高特异性通量(fluence)和功率密度以产生特定光，该特定光可减少任何载体上或任何介质中的污染原和/或致病原的生长和数量。

诸如铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌或大肠埃希氏菌之类的细菌，或更普遍地说，污染原和/或致病原，是导致各种人类和动物疾病的发展或影响其全球健康和福祉的原因。例如，这些细菌种类的生长和繁殖会导致泌尿、肺、消化或皮肤感染、或皮肤或伤口障碍。

通常，在许多不同的应用中可以使用不同形式的光。通过传递特定波长的光，可以实现诸如灭活诸如细菌、酵母或真菌、病毒和寄生虫之类的微生物的效果。

出于激活(active)原因，而不是一般照明，可以使用某些特定波长的可见光。例如，可以通过大约400至大约420nm的范围(类似于UVA或“黑光(black light)”)内实现荧光材料的激活；可以通过大约380至大约420nm的光实现塑料的固化；可以通过大约650至大约700nm的近红外光实现热传递；可以通过大约650至大约700nm的近红外光实现细菌的灭活。关于细菌的灭活，数百万医院患者感染了细菌、病毒或真菌微生物引起的医院获得性感染(HAI)。医院环境中的环境污染尤其是造成这些HAIs的源的关键因素。当前，应对环境污染的方法范围很广，从传统的拖地和表面清洁到使用爆裂的紫外线(UV)和过氧化氢蒸汽。但是，在全力应用中，感染在几乎每家医院仍然是个现实。

在牲畜和农产品的栽培中，来自细菌、真菌或病毒的污染会导致动物生命、植物生命的丧失和/或提炼产品的变质。现在，常见的生产实践在空间和财力方面为提高效率而密集地包装动物和植物，但是来自微生物的污染却可以在这种环境中迅速传播，感染会在动或植物之间传播。当前，广泛使用杀虫剂、抗生素和化学清洁剂通过防止对动物或农产品的污染来防止最终产物的损失、但是动物和植物的损失、最终产物的损失以及受污染的最终产物的未知分布仍然是行业面临的问题。因此，持续需要更好的方法来控制栽培环境和加工设备中的微生物以防止最终产物的损失。

在食品的零售中，通常在购物环境中向顾客展示新鲜产品。在许多零售店铺中，产品都存储在架子上或带有观察窗的容器中。这些产品中有许多被认为是易腐烂的，并且货架期很短，例如肉、农产品或鱼。这些物品的货架期短是由于产品的质量随展示时间而劣化(degradation)。这种产品劣化是由多种因素引起的：由于老化导致的细胞或分子分解，水分或其他挥发性成分损失到空气中，或细菌、真菌或病毒污染造成的变质。

出于多种目的，例如食品的保存、商品(诸如葡萄酒、酒和烟草)的老化、许多工业过程中或医学治疗中(诸如伤口愈合期间)的一般污染预防，需要受控的环境。通过多种不同方式来保护和控制此类环境，包括在空气质量、温度、湿度和颗粒数方面。

易腐烂的食品通常存储在冷藏箱中，以减慢食品的劣化并减缓可能导致食品变质和食品疾病的细菌生长和繁殖。尽管单独冷藏可以延长食物的寿命和质量，但与室温储存相比，细菌和霉菌仍然是这些环境中常见的食品破坏者，就像在家用冰箱中一样，在工业肉柜中也是如此。

在化妆品或药品领域，产品必须符合微生物繁殖方面的保存标准，以确保产品具有足够的货架期和微生物清洁度。满足该保存标准的方法之一是在产品中包括防腐剂，例如对羟基苯甲酸酯或苯氧乙醇。

但是，这些防腐剂的耐受性较差，可能被认为是潜在的内分泌干扰物。因此，在不使用防腐剂的情况下防止化妆品或皮肤病制剂中细菌或真菌的生长和繁殖将具有很高的价值。这对于具有高反应性皮肤或特应性皮炎的客户或患者而言尤其重要，因为他们必须使用不含任何防腐剂的制剂，因为防腐剂会引起皮肤刺激或者甚至过敏。

保湿器是湿度受控的环境，通常与雪茄和烟草产品的存储或老化相关联，可将存储在外壳(enclosure)中的物品的水分含量保持在设定水平。但是，在受到污染的情况下，这些产品可能会发生细菌和霉菌变质，从而通常导致高价值产品的损失。

在洁净室中，要努力控制给定外壳中的空气中的颗粒数量。它们中的大多数通过不断地泵入过滤后的空气并迫使空气中的颗粒流出而发挥作用。细菌的生长和数量以及受污染部位的细菌或霉菌孢子的产生可在环境中连续产生颗粒，这些颗粒难以预防，并在环境中经历加工或存储的高价值产品中造成昂贵的污染问题。

在食品准备环境中(例如，用于直接销售或交付给消费者/客户的饭店、工业厨房、快餐店、制成品商店)，细菌、真菌、寄生虫和/或病毒会造成变质、致病性污染和感染的问题，对于公司来说会是一个严重的问题。在如此开放的环境中，这些污染问题可能来自多种来源：例如人员、客户、原材料、空气系统和水。尽管通常在这些地点实施了许多清洁措施，但仍可见到污染和感染的爆发。通常，只有在库存损坏或客户患病造成损害后，才能注意到这些污染问题。

光的另一个感兴趣的用途是与衣物相关，并且有必要清洁任何衣服或鞋子上的任何污染原。

在医学领域，大多数通过使用局部施用的抗菌剂(antiseptic agent)来防止污染原和/或致病原的生长和繁殖。

紫外光可用于工业或医疗环境中的消毒，但仍可进一步改善其对任何污染原和/或致病原的生长和繁殖的还原作用(reductive effect)。

在专利申请WO 2009/056838中已经公开了在UV或紫色波长下发光的效果。该文件描述了一种设备，该设备发射的特定波长在380nm至420nm之间，优选地在405nm处，所述设备包括功率密度为10mW/cm²并提供至少40J/cm²的有效通量的LED，以减小不同种类细菌的生长和数量。

然而，紫外光被认为是人类致癌物，并可能引起例如突变的DNA损伤。

此外，Guffey和Wilborn(2006)在Photomedicine and Laser Surgery 24(6)：684-688中发表了“In Vitro Bactericidal Effects of 405-nm and 470-nm Blue Light(405nm和470nm蓝光的体外杀菌作用)”出版物，公开了以下困难：使用不同波长，通常使用405和470nm处的主发射波长(分别在紫色和蓝色光谱内)和使用不同的通量值来提供所需的不同种类细菌的生长和数量的减少。实际上，该文献描述了当暴露于不同波长和不同通量值时，选自金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性细菌)或铜绿假单胞菌(革兰氏阴性细菌)的不同种类细菌的菌落的数量如何变化。更准确地讲，该文件显示了在405nm波长下铜绿假单胞菌或金黄色葡萄球菌的菌落数量的急剧减少，无论其通量如何。相反，在470nm的波长下，铜绿假单胞菌的菌落数量不会随着通量的增加而减少。针对金黄色葡萄球菌不能类似地再现这些效果。

因此，似乎很难找到一种能够显著减少处理过的载体或介质的污染原和/或致病原的生长以及数量的标准设备，无论菌株(strain)如何，该标准设备都可以提供可再现的结果(即，减少例如针对任何革兰氏阳性或革兰氏阴性种类的试剂(agent)的生长和数量)。因此，需要一种能够显著且可再现地减少污染原和/或致病原的生长和繁殖的标准设备，无论所述试剂的性质或种类如何，所述设备对人类健康都是安全且无害的。

发明内容

令人惊讶地发现，通过以特定波长范围的光并在特定条件下辐照所述污染原和/或致病原，可以显著改善通过蓝光获得的污染原和/或致病原(包括微生物(例如细菌、酵母或真菌)、生物(例如寄生虫、尘螨、蠕虫和虱子)和病毒)的生长和数量减少。特别地，污染原和/或致病原优选是微生物，例如细菌、酵母或真菌，优选地细菌。更优选地，污染原和/或致病原是细菌，特别是革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌，优选地选自金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌。蓝光因其抗繁殖作用而广为人知，但发明人证明，使用特定的主发射波长、辐照度和通量，可以进一步显著改善抗污染和/或抗感染作用，从而导致显著的污染原和/或致病原的生长和数量减少，通过应用于液体或流体介质(例如，空气、用过的水、乳制品、饮料或软饮料)或载体(例如，皮肤、伤口、粘膜或例如包装、包装材料、食品、清洁和/或家用设备)的表面去污或消毒)的处理，优选地通过光生物调节装置。

光动力疗法是使用光敏剂或光敏试剂的方法，该光敏剂或光敏试剂被放置或注射在被处理的介质或载体附近，更具体地在皮肤、粘膜或伤口附近，并被特定波长的光激活。当暴露于特定波长的光时，光敏剂具有与污染原和/或致病原相互作用的能力。因此，光动力疗法是间接光疗法，因为光被提供给光敏剂以处理含有污染原和/或致病原的介质或载体，但是光不被直接提供给该介质或载体。

光生物调节是直接在载体上或在介质中提供生物作用的方法，这意味着不需要提供任何产品或组合物来调换或潜在化由光源引起的生物作用。该方法可以与光动力疗法区别开来，光动力疗法绝对且每次都需要在光源和载体或介质之间干预中间产物(光敏剂或光敏试剂)，以潜在化光在所述载体或介质上的生物效应。换句话说，在光生物调节中，光对载体或污染原和/或致病原具有直接作用，而在光动力疗法中，光通过活化的光敏剂对所述载体或污染原和/或致病原具有间接作用。如以上技术领域中所提到的，本发明优选地涉及光生物调节。

利用包括用于发射波长范围为435至520nm、功率密度大于20mW/cm²的光的发光元件的光源设备，实现了意想不到的技术效果，该光源设备被配置为对任何污染原和/或致病原提供大于11J/cm²的有效通量。

根据另一个实施例，主发射波长在440至490nm的范围内，更具体地在450至460nm的范围内。

根据另一个实施例，光源设备为任何污染原和/或致病原提供大于40J/cm²的有效通量，优选大于80J/cm²的有效通量。根据另一个实施例，发光元件的功率密度范围为20至400mW/cm²，更具体地，功率密度范围为21至150mW/cm²，并且更具体地为23至46mW/cm²，特别是用于使用在任何能够接触皮肤、伤口或粘膜的设备中。根据另一实施例，发光元件的有效通量与功率密度之间的比率大于1.7，优选地大于3。

根据另一实施例，所述发光元件包括至少一个LED。

根据另一实施例，光源设备包括向所述发光元件提供电能的电源。

根据另一个实施例，所述电源可以是电池、太阳能电池或可以产生电源的任何东西。

根据另一实施例，光源设备包括微芯片处理器、控制单元、通信单元、外部端口和传感器中的至少一个。

本发明的另一个目的是提供一种光源组件，该光源组件包括适于与载体，特别是与包括皮肤、粘膜或伤口的表面接触的产品，以及如上所述的与该产品连接以向至少一种污染原和/或致病原，优选地向伤口提供光的光源设备。

根据光源组件的一个实施例，该产品是敷料、条带、压缩装置、创可贴、贴剂、凝胶、成膜组合物和刚性或柔性载体(其可以插入像鼻子的体腔中)，优选地是敷料。

根据另一个实施例，本发明涉及所述光源设备或所述光源组件在减少污染原和/或致病原的生长和数量方面的用途。特别地，本发明涉及所述光源设备或所述光源组件在处理介质或表面去污中的用途，优选地通过光生物调节装置。更具体地，本发明涉及所述光源设备或所述光源组件用于消毒伤口、粘膜和皮肤、以及还用于去污或消毒包装、包装材料、食品、以及清洁和/或家用设备的用途，优选通过光生物调节装置。

附图说明

图1以横截面图示出了光生物调节设备的实施例，该设备用于处理各种载体或介质，以促进体外或体内污染原和/或致病原的生长和数量减少。

图2表示一个直方图，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在蓝光辐照条件下(453nm，被定义为BLI)与没有辐照条件下(被定义为控制)对大肠杆菌的菌落计数的影响。

图3表示一个直方图，其比较了对于辐照度值为10mW/cm²在蓝光辐照条件下(453nm，被定义为BLI)和没有辐照条件下(被定义为控制)对大肠杆菌的菌落计数的影响。

图4表示两条曲线，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在连续蓝光辐照条件下(453nm)与不连续蓝光辐照条件下(453nm，曝光率50％，频率0.02Hz)对肺炎克雷伯氏菌的菌落计数的影响。

图5表示两条曲线，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在连续蓝光辐照条件下(453nm)和不连续蓝光辐照条件下(453nm，曝光率50％，频率为0.02Hz)对铜绿假单胞菌的菌落计数的影响。

图6表示两条曲线，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在连续蓝光辐照条件下(453nm)与不连续蓝光辐照条件下(453nm，曝光率50％，频率为0.02Hz)对大肠杆菌的菌落计数的影响。

具体实施方式

下面将相对于几个具体实施例描述本发明。本领域技术人员将理解，本发明可以在许多不同的应用和实施例中实现，并且在其应用中不特别限于本文描述的特定实施例。

为了本发明的目的，定义以下术语。

术语“波长”是波的两个峰之间的距离。波长的符号是λ，测量单位是纳米(nm)。

术语“主发射波长”是光源大部分时间发射的波长或波长的窄范围。术语“功率”是指工作的执行率；功率单位为瓦(W)，并且由于光输出功率较低，因此以毫瓦(mW)表示。

术语“功率密度”或“光强度”或“辐照度”或“出射率(exitance)”是功率除以被光辐照的目标的面积，并以mW/cm²表示。

以焦耳每平方厘米(J/cm²)表示的术语“通量”或“能量密度”或“剂量”是功率(mW)与每光斑大小(cm²)的时间的乘积。

术语“传输通量”是要求保护的光源产生的通量，而术语“有效通量”是污染原和/或致病原实际接收的通量。实际上，如下文将进一步解释的，有效通量可以低于传输通量，特别是取决于原的环境(介质或载体)。

术语“光生物调节”是光源设备直接对细胞或对污染原和/或致病原产生生物作用的能力，这意味着不需要任何临时产品或组合物来调换或潜在化由光源引起的任何生物作用。该术语可以与“光动力疗法”术语区分开，“光动力疗法”绝对且每次都需要在光源和细胞或污染原和/或致病原之间介入中间产物以潜在化光的生物效应。

术语“污染原和/或致病原”旨在指定与皮肤、伤口或粘膜接触的任何微生物(例如细菌、酵母或真菌)、任何病毒或任何生物(例如寄生虫、虱子、尘螨或蠕虫)。

通过“污染原”，旨在限定上述列出的能够在特定载体上或在特定介质中(包括惰性表面，药物组合物，生物表面，尤其是皮肤、粘膜或伤口，或任何最终食品、饮料或软饮料)上生长和繁殖的“污染原和/或致病原”中的任何一个。

通过“致病原”，旨在限定能够对动物或人类造成疾病或生物学问题的任何污染原。

术语“载体”旨在指定污染原和/或致病原可以在其上生长和繁殖的任何基质或表面，包括惰性表面，生物学表面(尤其是皮肤、粘膜，伤口)或任何最终的食物产品或包装。

术语“介质”旨在指定细菌可以在其中发展、生长和繁殖的任何环境，包括药物组合物、用过的水、液体或空气。

术语“微生物”旨在指定细菌、酵母和真菌。

表述“污染原和/或致病原的生长和数量减少”意味着可以限制微生物、寄生虫和病毒(优选细菌)的生长和数量。该能力的特征在于在悬浮液中、伤口敷料中或载体上测量的细菌减少至少0.1对数(log)或20％。如果“污染原和/或致病原的生长和数量减少”的测量方法导致所获得值的潜在标准偏差，则应严格解释结果。这意味着由于测量的可变性，每次测量值可能会低于定义的阈值；预期的抗菌效果无法实现。

本发明的第一目的是一种光源设备，其包括用于发射具有以下特性的光的发光元件：

波长范围在435至520nm之间，以及

功率密度大于20mW/cm²，

光源设备(10)为任何污染原和/或致病原提供大于11J/cm2的有效通量。

根据图1，提出了一种包括发光元件12的光源设备10，该发光元件12用于发射波长范围为435至520nm的光。光源设备10能够以在435至500nm范围内的波长、优选地在440-490nm内的特定主发射波长，并且优选地在450-460nm内的特定主发射波长来发射光。更具体地，所选择的主发射波长可以是450或453nm。

此外，光源设备10被配置为以能够至少抑制介质或载体中的这种生长和数量的辐照度和通量(剂量或能量密度)向存在于该载体或介质C上的污染原和/或致病原提供光。向存在于载体或介质C上的污染原和/或致病原提供光的通量对应于特定条件，特别是用具有特定主发射波长的光源进行辐照和暴露的特定条件；相对于现有技术，可以获得意想不到的技术效果。实际上，已经观察到，监控所提供的光的辐照度允许对辐照的污染原和/或致病原具有生长和数量减少的作用。

污染原和/或致病原的生长和数量减少可以在任何载体上或在任何介质中体外或体内执行。实际上，污染原和/或致病原可以存在于液体介质中(例如用过的水)或空气中，在任何惰性表面上或在人或动物组织中，特别是在伤口上。

光源设备10可以被配置为以特定的通量和功率密度向任何载体或介质、以及例如向人或动物皮肤组织或向诸如细菌的体外污染原和/或致病原提供光，以提供生长和数量减少效应。因此，该光源设备10在伤口治疗中特别有用。根据该实施例，光源设备将光透射到伤口的表面上。

如上所述，取决于设置在污染原和/或致病原与光源之间的许多干涉装置，由所述原接收的光的有效通量可以低于由发光元件传输的通量。实际上，还观察到，发光元件12通常必须传输较大的通量，以向载体或介质C上的污染原和/或致病原提供预定光通量，即被污染原和/或致病原吸收的有效光通量。实际上，在发射期间，一部分光被引起光损失的污染原和/或致病原以外的其他元素吸收。因此，光源设备10被配置为以传输的通量提供光，使得污染原和/或致病原接收预定通量(也称为有效通量)。根据发光元件与目标污染原和/或致病原之间可能存在的元素，光的衰减或吸收效应可能导致衰减范围为能量密度的20％至60％、或30％至50％，优选约45％。

为了获得出乎意料的污染原和/或致病原的生长和数量减少的效果，辐照度或功率密度至少为20mW/cm²，特别是在20至400mW/cm²的范围内，更特别是功率密度范围为21至150mW/cm²，更特别地为23至46mW/cm²。

污染原和/或致病原，尤其是伤口或皮肤组织的给定表面的细菌所接收的有效剂量或通量可以为至少11J/cm²，优选为约40J/cm²至约600J/cm²，或约41J/cm²至约590J/cm²，或约42J/cm²至约580J/cm²，或约45J/cm²至约570J/cm²，约50J/cm²至约560J/cm²，或约55J/cm²至约550J/cm²，或约60J/cm²至约540J/cm²，或约65J/cm²至约530J/cm²，或约70J/cm²至约520J/cm²，或约75J/cm²至约510J/cm²，或约80J/cm²至约500J/cm²，或以这些值中的任何一个为界或在两者之间限定的范围内的任何光剂量。优选地，用于处理目标污染原和/或致病原，以及优选地细菌的有效通量大于40J/cm²，优选地大于80J/cm²。

如上所述，通量(剂量或能量密度)特别取决于辐照度(mW/cm²)和时间。因此，可以通过使用较高功率的光源来实现获得预定的通量，该较高功率的光源可以在较短的时间段内提供所需的能量，或者可以使用较低功率的光源较长的时间段。因此，更长的曝光可以允许使用较低功率的光源，而较高功率的光源可以允许在较短的时间内完成治疗。

给予包含污染原和/或致病原的介质或载体的辐射或光暴露的持续时间也可以变化。在一些实施例中，暴露范围为至少1微秒、1秒、至少几秒钟或至少30分钟、或至少30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48分钟；或最多约5小时、4小时、3小时、2小时、1小时或在由这些值中的任何一个或两者之间限定的范围内的任何时间量。

根据具体实施例，该光源设备用于在特定条件下污染原和/或致病原的生长和数量减少。特别是，观察到，当在约10分钟至2小时内提供有效通量大于11J/cm²且功率密度为约20mW/cm²时，对污染原和/或致病原会产生生长和数量减少效应。优选地观察到，当在大约30分钟到2小时期间以约23mW/cm²至约80mW/cm²的功率密度提供大于40J/cm²的有效通量时，对污染原和/或致病原产生生长和数量减少效应。

根据本发明的具体实施例，光源设备能够连续地(例如一次，提供特定通量值)、顺序地(例如多次，被限定的延迟分开，提供特定的通量值)或借助脉动(例如，一次或多次，根据辐照度和暴露时间值的相反变化提供特定的通量)发光。

根据具体的实施例，本发明的光源设备的有效通量与功率密度之间的比大于1.7，优选大于3。光源设备的有效通量与功率密度之间的比表征了关于由污染原和/或致病原(优选地是细菌)接收到的辐照度的能量。它是限定处理效果的指标。

对于热问题，光源设备可以被配置为连续地或脉冲地辐照污染原和/或致病原。确实，如果存在一些热问题，通常优选脉冲光辐照而不是连续光辐照；确实，光源提供热量。是否使用脉冲光辐照的恒定辐照的决定取决于确切的应用和总的期望辐照。当曝光量取决于循环光的持续时间时，净光时间可以由每个脉冲的持续时间之和确定。

发光元件12是能够执行光生物调节的设备。这样的发光元件12的示例是发光二极管(LED或OLED，优选地，LED)、激光或灯(诸如灯丝灯、瓦斯灯)，其能够在范围435至520nm内的波长发射光，并且优选地具有包括在450-460nm之间的主发射波长，以及具有450或453nm的主发射波长。在图1所示的实施例中，发光元件12包括三个发光二极管。替代地，发光元件12可以包括能够发射蓝光的一个或多个发光二极管(或灯)，该蓝光具有在435至520nm范围内的波长，优选地具有包括在450至460nm之间的主发射波长、或具有约450或453nm的主发射波长。

为了向发光元件12供电，光源设备10可以包括连接至发光元件12的电源。该电源可以包括用于连接至电网或电池收集器的电缆。替代地，电源可以是电池或太阳能电池，优选地是电池。光源设备10是紧凑的，并且由于无线通信协议(蓝牙或蓝牙智能或蓝牙低功耗、NFC、Wifi、Lifi、Lora、Zigbee，优选蓝牙低功耗)而能够与智能手机或平板电脑进行通信。

为了控制发光元件12，光源设备10可以包括LED驱动器、传感器、微芯片处理器、控制单元、通信单元和外部端口、天线、存储器中的至少一个。

传感器可以允许光源设备10测量污染原和/或致病原的参数。这些参数可以是例如处理过的表面的温度和氧合作用。

微芯片处理器或控制单元可以允许光源设备10监控对发光元件12的电力供应，以确保最佳或期望的曝光。例如，微芯片处理器或控制单元可以根据预定参数或实时参数(例如由光源设备10的传感器测量的值)来控制曝光是连续的、不连续的还是周期的、以及脉冲的频率和持续时间。

此外，通信单元可以允许用户从光源设备10恢复数据或向光源设备10发送数据。例如，数据可以被发送到智能电话或任何其他外部设备，特别是包括用于向用户显示有用信息的屏幕的外部设备。通信单元可以被配置用于无线传输或有线通信。在有线通信的情况下，光源设备10可以包括连接到通信单元以进行数据传输的外部端口。替代地，通信单元可以被配置用于无线和有线通信。

此外，光源设备10可以被包括在光源组件中(未示出)，该光源组件包括适于与待治疗的表面(例如皮肤或在皮肤上形成的伤口)接触的产品。在这种情况下，光源设备10连接到产品，以向皮肤或伤口的至少一种污染原和/或致病原提供光。

为了改善光效果，光源组件可以适于将发光元件12设置在发光元件12面对载体的位置。换句话说，光源组件还适于将发光元件放置在载体的面对页面上。

此外，光源设备10可以被构造成使得光通过产品被辐照到污染原和/或致病原或载体或介质。在这样做时，光源设备10可以辐照到污染原和/或致病原或辐照到载体或介质，优选地不直接接触的载体。

光源组件可以被构造成允许设置或预定发光元件12与载体之间的距离。实际上，光强度与距光源的距离的平方成正比。例如，距光源1米的光的强度是距同一光源2米的光的强度四倍。因此，设置发光元件12与载体之间的距离允许监控辐照度并因此监控提供给所述表面的通量。发光元件12与载体之间的距离可以预定为0至50mm，例如在伤口敷料的情况下优选为0至20mm。根据目标用途，该距离可能更大。例如在食品加工业中，例如在单独使用灯的情况下，发光元件12与载体之间的距离可以是几厘米。

为了设定或预定发光元件12与载体之间的距离，可以选择产品的尺寸以预定或设定发光元件12与载体或介质之间的距离。替代地或组合地，光源组件可以进一步包括用于调整发光元件12和载体之间的距离的可调整元件。

光源设备10还可以被配置为使得发光元件12可以被选择性地定向以更好地瞄准要被辐照的污染原和/或致病原。发光元件12的这种定向或匀化使得辐射更适合于任何污染原和/或致病原的几何形状和特性，或者更适合于处理过的表面、载体或介质。当光源设备10包括多个发光元件12时，这些优点变得更加显著。在这种情况下，发光元件12可以彼此独立地定向以扩大辐照面积。

此外，光源设备10可以包括透镜，该透镜用于将光聚焦在目标载体或介质上，以使辐照更加精确。

该产品可以是敷料、条带、压缩装置、创可贴、贴剂、凝胶、以及刚性或柔性载体、成膜组合物或类似物中的一种。此外，在光源组件的实施例中，可以布置产品，使得发光元件12被设置在产品的内部或者其下表面或上表面中。在该实施例中，适于接触皮肤或伤口的产品优选是敷料。敷料可至少包括与皮肤或伤口接触的亲水胶体或粘合剂层。

光源组件可以具有任何尺寸或形状。在一个特定的实施例中，组件的尺寸可以是8×8cm(例如，更多是20×20cm)。在另一个实施例中，组件的尺寸可以是4×4cm。该产品可以包括内层，该内层包括网状材料和组织凝胶。网状材料允许渗出物从敷有敷料的伤口吸收到敷料中，同时允许组织凝胶流过敷料，从而可以被正在治疗的伤口吸收。

为了在避免重复清洁的同时允许光源组件可重复使用，产品可以是一次性的并且可以互换。换句话说，产品可以被配置为与光源设备10分离，使得相同光源设备10可以被使用多次而无需清理。它还允许改变光源设备10中包括的电子元件以进行维护，例如用于给电池再充电。

还提出了一种抑制污染原和/或致病原(优选细菌)的生长并减少污染原和/或致病原(优选细菌)的数量的方法。在这方面，本发明还涉及一种用于抑制污染原和/或致病原的生长和减少污染原和/或致病原数量的方法，所述方法包括将所述污染原和/或致病原暴露于上述光源设备10和光源组件。

用波长包括在435至520nm之间，优选具有包括在450至460nm之间的主发射波长的光来辐照污染原和/或致病原或载体或介质。更特别地，所选择的主发射波长可以是450或453nm。该方法可以在体内或体外进行。细菌，更一般地，污染原和/或致病原可以在培养物中或直接来自人或动物组织。

为了减少它们的生长和数量，可以辐照污染原和/或致病原以接收大于11J/cm²、优选大于40J/cm²、更优选大于80J/cm²的有效通量。

为了减少污染原和/或致病原的生长和数量，该方法中使用的发光源大于20mW/cm²，优选地包括在23至400mW/cm²之间，更特别地，功率密度在21至150mW/cm²之间，尤其是23至46mW/cm²。

更一般地，可以使用上述针对光源设备10和光源组件的通量、功率强度和时间的所有不同值来设置在该方法中执行的光辐照。

该方法允许受益于与上述光源设备10和光源组件相同的效果。特别地，本方法允许获得光的出乎意料的技术效果，该效果在于至少抑制污染原和/或致病原的生长并减少污染原和/或致病原的数量。

特别地，根据本发明的方法对于以下是非常有用的：用于优选通过光生物调节装置，减少污染原和/或致病原的生长和数量、处理流体或液体介质(例如分别是空气或用过的水)、表面去污或消毒伤口、粘膜和皮肤或诸如包装、包装材料、食品、以及清洁和/或家用设备。更具体地，根据本发明的方法对于减少伤口、皮肤或粘膜的污染原和/或致病原的生长和数量是非常有用的。

在具体的实施例中，本发明还公开了一种用于抑制污染原和/或致病原的生长并减少污染原和/或致病原的数量的方法，该方法包括将所述污染原和/或致病原暴露于包括用于发光的发光元件(12)的光源设备(10)，该光的波长范围为435至520nm，光源设备(10)为任何污染原和/或致病原提供大于11j/cm²的有效通量，其中，将污染原和/或致病原暴露于光是不连续的。

确实，发明人的优点是发现，当污染原和/或致病原与连续曝光相比被不连续地暴露于波长范围为435至520nm的光时，对污染原和/或致病原的生长的抑制和/或污染原和/或致病原的数量的减少出乎意料地得到了增强。尤其是，可以通过使该污染原和/或致病原经受波长范围为435至520nm的相同光，并调整每个辐照序列的功率密度或者曝光的总持续时间，使得在整个治疗期间该污染原和/或致病原接收的总有效通量保持不变，来获得对污染原和/或致病原的生长抑制和/或数量减少的增强。

通过“不连续曝光”，应当理解，光被顺序地发射和中断至少两次，优选地至少10次，更优选地至少15次。“不连续曝光”也意味着任何循环或脉冲曝光，其应被理解为由特定频率和特定时间段限定光的顺序发射和中断。

在特定实施例中，光的每个顺序发射/中断持续一段时间，该段时间可以是一阿秒、一飞秒、一皮秒、一纳秒、一微秒、一毫秒、一秒、一分钟、一小时、一天。每个顺序还可以通过其频率以赫兹、毫赫兹、微赫兹、千赫兹、兆赫兹、千兆赫兹或兆兆赫兹来定义，该频率是周期的倒数。根据特定的实施例，每个顺序特征在于频率包括在0.0001和100Hz之间，优选地在0.001和10Hz之间。

在光发射的持续时间和光中断的持续时间是相同的意义上，发射/中断的顺序可以是对称的。替代地，在光发射的持续时间和光中断的持续时间是不同的意义上，发射/中断的顺序可以是不对称的。

每个发射/中断顺序可以由“曝光率(light exposure ratio)”(或称为“占空比(duty cycle)”)定义，其对应于光发射的持续时间和光中断的持续时间之间的比率。曝光率以百分比表示，并且在0和100％之间，不包括该范围的端部(0％和100％)。接近0％的曝光率意味着几乎在整个顺序中光都被中断。接近100％的曝光率意味着几乎在整个顺序中都会发光。根据具体实施例，曝光率可以在20至80之间，或在45至55之间。

本发明还描述了一种光源设备，用于微生物和/或病毒在载体上或介质中的体内生长和数量减少。

本发明还描述了一种光源组件，该光源组件包含用于污染原和/或致病原在载体上或介质中的体内生长和数量减少的光源设备。

在另一方面，本发明涉及上述光源设备或光源组件，用于减少污染原和/或致病原生长和数量，特别是用作杀菌剂。

通过以下示例进一步说明本发明：

示例1：蓝光对金黄色葡萄球菌生长和数量减少的影响

悬浮液中的细菌细胞

在培养皿中接种1mL浓度为1.5至5×10⁷CFU/ml的金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)溶液，该培养皿包含9mL的50％缓冲蛋白胨水(buffered peptone water)(0.1％)和50％胎牛血清(foetal veal serum)的混合物(模拟伤口液或SWF)，培养皿中细菌浓度为1.5x10⁶CFU/mL。

然后，用蓝光处理接种了细菌的培养皿。

光处理

对于光处理，使用了OSRAM GD PSLR31.13，其主发射波长为450nm(蓝光)。用功率密度为23或46mW/cm²直接辐照敷料。

细菌计数

在光处理之前和暴露于光后进行细菌计数，以观察光处理对细菌生长和数量的减少作用。

结果

表1：SWF悬浮液中金黄色葡萄球菌细胞辐照后观察到的细菌生长和数量减少

⁽¹⁾有效通量与功率密度之比

结果表明，金黄色葡萄球菌暴露于能量密度大于41J/cm²的蓝光(450nm)中，显著抑制了细菌生长、数量和繁殖，这充分表明，这种蓝光辐照可用于抑制固体载体上以及尤其是伤口和受伤上的细菌发展。

示例2：蓝光对铜绿假单胞菌的生长和数量减少的影响

固定在伤口敷料中的细菌细胞

在预先润湿的敷料的表面上接种浓度为1.5至5×10⁷CFU/mL的铜绿假单胞菌(ATCC 15442)。细菌的浓度为约5×10⁶CFU/敷料。

然后，用蓝光处理接种细菌的敷料。

光处理

对于光处理，使用了OSRAM GD PSLR31.13，其主发射波长为450nm(蓝光)。用功率密度为23或46mW/cm²直接辐照敷料。

细菌计数

在光处理之前和曝光后进行细菌计数，以观察光处理对细菌生长和数量的减少作用。

结果

表2：在辐照接种的具有铜绿假单胞菌的敷料后观察到的细菌数量和生长减少

⁽¹⁾有效通量与功率密度之比

结果表明，铜绿假单胞菌暴露于能量密度大于41J/cm²的蓝光(450nm)显著减少了细菌生长和数量，这充分表明，这种蓝光辐照可用于抑制固体载体上尤其是伤口和受伤上的细菌发展。

总之，结果表明，细菌(无论所考虑的种类是革兰氏阳性还是革兰氏阴性)暴露于能量密度大于11J/cm²优选大于40J/cm²(更准确地，41J/cm²)并且辐照度值大于20mW/cm²的蓝光(具体在450nm或453nm)显著降低了细菌生长和数量。

示例3：蓝光对大肠杆菌的生长和数量的影响

细菌培养

在4.5mL营养液体培养基(8g/L(Merck))中接种0.9％NaCl中浓度为1×10⁶CFU/mL的0.5mL大肠杆菌(K12菌株)(Taxon标识符：83333)溶液。之后，制备稀释液系列，然后在蓝光辐照后，将细菌播种在平板上，并在24小时后计数菌落数量。

光处理

对于光处理，使用了来自Koninklijke Philips N.V.(Eindhoven/Netherlands)的Lumileds Luxeon Rebel LXML-PR01-0275，其中主发射波长为453nm(蓝光)。

以功率密度为10或23mW/cm²直接辐照悬浮液。

细菌计数

在光处理之前和孵育之后进行细菌计数，以观察光处理对细菌生长和数量的抑制作用。

结果

结果如图2和3所示。

Nb：

-BLI表示蓝光辐照

-不论所考虑的暴露时间如何，控制都不会接收任何光辐射

-BLI或控制提及后的数字表示在进行菌落计数后的时间(暴露于蓝光(BLI)或未暴露(控制))。

表3：每种条件下的暴露时间、使用的功率密度和通量定义之间的对应关系

图2表示一个直方图，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在蓝光辐照条件下(453nm，被定义为BLI)与没有辐照条件下(被定义为控制)对大肠杆菌的菌落计数的影响。

图3表示一个直方图，其比较了对于辐照度值为10mW/cm²在蓝光辐照条件下(453nm，被定义为BLI)和没有辐照条件下(被定义为控制)对大肠杆菌的菌落计数的影响。

结果表明，用辐照度特征分别为10和23mW/cm²的设备将大肠杆菌暴露于蓝光(453nm)也会引起各自不同的问题。更准确地说，无论暴露时间长短，以23mW/cm²对大肠杆菌进行蓝光辐照(图2)都会引起所计数菌落的数量大大减少。相反，对于相同暴露时间，在以蓝光(10mW/cm²)处理的大肠杆菌和控制组之间测量的菌落数量没有显著影响(图3)。

实际上，示例1-3示出了一种包括用于发出具有以下特性的光的发光元件的设备：

波长范围在435至520nm之间，以及

功率密度大于20mW/cm²，

光源设备为任何污染原和/或致病原提供大于11J/cm²的有效通量，呈现对污染原和/或致病原(尤其是细菌)的特定且令人惊讶的作用，无论细菌种类是什么(革兰氏阳性或革兰氏阴性)。

示例4：循环蓝光对肺炎克雷伯氏菌、铜绿假单胞菌和大肠杆菌的生长和数量的影 响。

细菌培养

在4.5mL营养液体培养基(8g/L(Merck))中接种在0.9％NaCl中浓度为1×10⁶CFU/mL的0.5mL大肠杆菌(K12菌株)(Taxon标识符：83333)溶液。之后，制备稀释液系列，然后在蓝光辐照后，将细菌播种在平板上，并在24小时后计数菌落数量。

光处理

对于光处理，使用了来自Koninklijke Philips N.V.(Eindhoven/Netherlands)的Lumileds Luxeon Rebel LXML-PR01-0275，其中主发射波长为453nm(蓝光)。

悬浮液被直接辐照：

-连续暴露于功率密度为23mW/cm²的光下，以及

-不连续暴露于功率密度为23mW/cm²的光下，其特征在于曝光率为50％，频率为0,02Hz，与连续曝光相比，总暴露持续时间增加了一倍。

光源设备为任何污染原和/或致病原提供大于11J/cm²的有效通量。

细菌计数

在光处理之前和孵育之后进行细菌计数，以观察光处理对细菌生长和数量的抑制作用。

结果

结果呈现在图4、5和6中。

图4表示两条曲线，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在连续蓝光辐照条件下(453nm)与不连续蓝光辐照条件下(453nm，曝光率50％，频率0.02Hz)对肺炎克雷伯氏菌的菌落计数的影响。

图5表示两条曲线，其分别比较了对于辐照度值为23mW/cm²在连续蓝光辐照条件下(453nm)与不连续蓝光辐照条件下(453nm，曝光率50％，频率为0.02Hz)对铜绿假单胞菌的菌落计数的影响。

图6表示两条曲线，其比较了对于辐照度值为23mW/cm²在连续蓝光辐照条件下(453nm)与不连续蓝光辐照条件下(453nm，曝光率50％，频率为0.02Hz)对大肠杆菌的菌落计数的影响。

结果表明，使用功率密度为23mW/cm²且处理持续时间延长一倍的设备将肺炎克雷伯氏菌、铜绿假单胞菌或大肠杆菌暴露于不连续蓝光下，与连续用相同的蓝光处理的相同细菌相比增强了计数的菌落的数量的减少。

示例5：蓝光对金黄色葡萄球菌生长和数量减少的影响

固定在刚性和惰性金属板上(载体)的细菌细胞[采用法国标准NF EN 13697: 2015]

在刚性和惰性金属板的表面上接种浓度为1.5至5×10⁸CFU/mL的金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)。

然后，用蓝光处理接种细菌的载体。

样本：n＝3

光处理

对于光处理，使用了OSRAM GD PSLR31.13，其主发射波长为450nm(蓝光)。直接以功率密度为23或80mW/cm²辐照载体。

细菌计数

在光处理之前和曝光后进行细菌计数，以观察光处理对细菌生长和数量的减少作用。

表4：在载体上辐照金黄色葡萄球菌细胞后观察到的细菌生长和数量减少

⁽¹⁾有效通量与功率密度之比

与示例1和/或2中进行的测试相反，用本方法获得的结果以对数刻度减少的标准偏差表示。

但是，这不会改变结果的解释：

有效通量为24J/cm²，功率密度为80mW/cm²时观察到的细菌生长和数量减少，并且因此，对于0.3的测量比率，按照“污染原和/或致病原的数量生长和数量减少”的给定定义显然没有意义，无论使用哪种方法。

结果表明，比率至少为1.7或更大，优选至少为3时，获得预期的细菌生长和数量减少的技术效果。

示例6：脉冲蓝光对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的生长和数量减少的影响

固定在刚性和惰性金属板上(载体)的细菌细胞[采用法国标准NF EN 13697: 2015]

在刚性和惰性金属板的表面分别接种浓度为1.5至5×10⁸CFU/mL的金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)或铜绿假单胞菌(ATCC 15442)。

然后，用脉冲蓝光处理接种有细菌的载体。这种使用的脉冲蓝光的条件是：频率为3Hz，占空比为80％。

样本：n＝1

光处理

对于光处理，使用OSRAM GD PSLR31.13，其主发射波长为450nm(蓝光)。直接以功率密度为23、198、300或400mW/cm²辐照载体。

细菌计数

在光处理之前和曝光后进行细菌计数，以观察光处理对细菌生长和数量的减少影响。

表5：在载体上辐照金黄色葡萄球菌细胞后观察到的细菌生长和数量减少

⁽¹⁾有效通量与功率密度之比

表6：在载体上辐照铜绿假单胞菌细胞后观察到的细菌生长和数量减少

⁽¹⁾有效通量与功率密度之比

当暴露于脉冲蓝光下时，结果显示出在减少细菌生长和数量方面具有显著且急剧的效果。

在每种测试的细菌菌株之间，结果似乎是相同的。

与在示例5(连续光)中获得的结果相比，无论使用特定的和定义的有效通量的比率如何，脉冲蓝光在减少细菌生长和数量方面显示出增强的效果。

Claims (16)

1.一种光源设备(10)，包括用于发射具有以下特性的光的发光元件(12)：

波长的范围为435nm至520nm，以及

功率密度大于20mW/cm²，

所述光源设备(10)向任何污染原和/或致病原提供大于11J/cm²的有效通量。

2.根据权利要求1所述的光源设备(10)，其中，主发射波长的范围为440nm至490nm，更特别地，范围为450nm至460nm。

3.根据权利要求1或2所述的光源设备(10)，其中，所述光源设备(10)向任何污染原和/或致病原提供大于40J/cm²的有效通量，优选大于80J/cm²的有效通量。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光源设备(10)，其中，所述发光元件(12)的功率密度的范围为23mW/cm²至400mW/cm²，更特别地，功率密度的范围为21mW/cm²至150mW/cm²，尤其是23mW/cm²至46mW/cm²。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光源设备(10)，其中，所述有效通量与所述功率密度之间的比率大于1.7，优选地大于3。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光源设备(10)，其中，所述发光元件(12)包括至少一个LED。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光源设备(10)，还包括：向所述发光元件(12)提供电力的电源。

8.根据权利要求7所述的光源设备(10)，其中，所述污染原和/或所述致病原是微生物，诸如细菌、酵母或真菌，优选地是细菌。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光源设备(10)，其中，所述污染原和/或所述致病原是细菌，特别是革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌，优选地选自金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌。

10.一种光源组件，包括：

产品，其适合与载体接触，特别是与包括皮肤、粘膜或伤口的表面接触；

根据权利要求1至9中的任一项所述的光源设备(10)，其被连接到所述产品以向至少一种污染原和/或致病原提供光。

11.根据权利要求10所述的光源组件，其中，所述产品是以下中的一种：敷料、条带、压缩装置、创可贴、贴剂、凝胶、成膜组合物、以及刚性或柔性载体，优选地是敷料。

12.一种用于抑制污染原和/或致病原的生长以及减少污染原和/或致病原的数量的方法，包括：将所述污染原和/或所述致病原暴露于根据前述权利要求中任一项所述的光源设备或光源组件。

13.一种根据权利要求1至9中任一项所述的光源设备的用途或根据权利要求10至11中任一项所述的光源组件的用途，用于减少所述污染原和/或所述致病原的生长和数量。

14.根据权利要求13所述的用途，用于优选地通过光生物调节装置来处理介质或表面去污。

15.根据权利要求13所述的用途，用于优选地通过光生物调节装置来消毒伤口、粘膜和皮肤。

16.根据权利要求13所述的用途，用于优选地通过光生物调节装置来去污或消毒包装、包装材料、食品、以及清洁和/或家用设备。

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