CN1585662A - 有疗效的发光装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于医疗和/或美容治疗中的可移动装置，该装置包含有机发光半导体，其在使用中覆盖要治疗的区域并发射电磁辐射以引起所述区域的医疗和/或美容治疗。光源可以是大范围的以提供要治疗区域的均匀照射，并是脉冲式的。该装置也可以包含光药剂。

Description

有疗效的发光装置
发明领域
本发明涉及用于医疗和/或美容治疗的装置，更具体而言，用于一种涉及暴露部分身体于电磁辐射下的治疗。本发明也涉及此装置和随其应用的光治疗剂。
背景技术
光可以用来治疗多种疾病。当光单独用来治疗疾病，该治疗称作光线疗法。光可以与药物结合使用，这时该治疗称作光动力疗法(PDT)。这些疗法可用于治疗大量皮肤和内部疾病。在PDT中，将称为光药剂的光敏治疗剂从外部或内部供应到要治疗的身体部分。该部分然后暴露于合适频率和强度的光线下，活化光药剂。目前可以获得多种光药剂。例如，有局部剂(topical agent)例如5-氨基乙酰丙酸盐酸盐(Crawford制药)、甲基氨基乙酰丙酸(Metfix，光疗)。也有主要用于内部癌的可注射药物，包括Photofin(来自Axcan)和Foscan(来自Biolitech Ltd)。一般，该药物以非活性形式应用，其代谢转变为光敏光药剂。
光动力疗法中，向光药剂提供光的主要技术是从孤立光源例如激光或过滤的弧光灯发射合适波长的光线。这些光源笨重且昂贵，因此只适合于医院使用。这导致对患者不方便，和治疗费用高。需要高光辐射以便每天治疗可接受的数量的患者(为了治疗成本效率好)以及避免过度地使患者不方便。
WO98/46130(Chen和Wiscombe)公开了用于光动力疗法的LED阵列。其中教导的小LED源导致对患者不均匀光投射。阵列的制造很复杂，因为需要大量的连接。其中给出的装置设计用于医院治疗。
GB2360461(Whitehirst)公开了使用光动力疗法光源产生光线，然后通过光纤传输的柔韧服装。由于此种光源沉重，该装置不能移动，并限于医院使用。
US5698866(Doiron等)公开了使用超受动(over driven)无机LED的光源。得到的光输出不均匀。需要散热器设备，并且该装置只适于医院使用。
WO93/21842(Bower等)公开了使用无机LED的光源。虽然可运输，但是该装置不适用于患者在家移动应用，且临床治疗只是设想。
现有的装置的进一步问题是使用此光源难以获得均匀照射，尤其对弯曲的身体部分。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了用于医疗和/或美容治疗的可移动装置，该装置包含有机发光半导体，其在使用中覆盖了要治疗的表面并发射电磁辐射来促成所述区域的治疗。
该装置优选用于对人体或动物患者使用光动力疗法的治疗。
优选运行该有机半导体来发射300～900nm波长的光线。
有机半导体量轻，且易于由便携式低压电源例如电池驱动，形成完全自备的便携式部件。实际上，光治疗装置可以有利地包含用于运行有机发光半导体的电源。该装置足够轻便，从而使得能够移动治疗即治疗中患者能够自由移动。因此患者可以根据自己的时间将其除下来，所以能够在家中或工作中进行治疗。这导致更大的方便性和更低的成本(从避免非住院患者(out patient)或住院患者(in patient)在医院的停留)。这也意味着可以使用更低的光水平，因为可以暴露更长时间。这克服了由医院中使用的传统光源的高辐射引起某些患者的疼痛的问题。另外，更低的辐射对PDT更有效，因为光药剂的光漂白程度降低。
优选地，发光半导体提供大范围的发光面积。与点光源相比(例如无机发光二极管)，由此得到了更均匀的光线输出。发光半导体优选具有至少1cm2，优选3(对于小病灶)～100cm2的范围，虽然对头部可以使用大至400cm2的半导体。半导体的发光表面也优选是连续的。发光表面可以传统地为方形例如1×1cm、2×2cm、5×5cm、10×10cm或圆形。
该装置可以是平面的，或可以是预先或原位弯曲的，以与要暴露于有机发光半导体的光线的区域表面相一致。
该装置优选是柔韧的，以便能够预先或临时地形成多种可能的构造，其形状为将要施用该装置的身体部分的外形。该装置可以是一次性的，即用于进行一次治疗然后丢弃。
该装置可以用作管状结构固定模，例如比如10～12cm长1.25～2.25cm半径的用于食管内部的管子。
该装置优选包括透明或半透明的优选均匀厚度的基材层，其还作为有机发光半导体的支撑层的作用。该支撑层也可作为隔离层，并被选作用于防止氧气和/或湿气穿透有机发光半导体，其优选是玻璃。玻璃/塑料层压结构也可使用，并可能存在另外的覆盖有机发光半导体的隔离层。
该装置一般包括将该装置粘结到患者的粘结剂表面。
对平面装置，优选的基材是玻璃。但是，由于有机半导体可以是柔韧的，可以使用柔韧元件(包括基材)的结合制造柔韧装置。铟锡氧化物(ITO)涂覆的聚酯是合适的基材，但是其较低的隔离性质意味着使用该基材的装置需要在惰性气氛中贮存(或包装)。可以使用的另一种基材是塑料和合适的玻璃的交替层的层压材料。如果此层压材料或实际上单玻璃层足够薄，就可以表现出可以用于柔韧装置的合适的弹性。
优选的，该有机发光半导体是有机发光二极管。该发光二极管优选包含导电聚合物PEDOT/PSS层，其有助于将空穴注入到发光层，降低装置的操作电压。该发光二极管可以包含有机发光层OC1C10-PPV(见图2)，其可以容易地通过旋涂制成薄膜，并发出桔红色光。该发光半导体可以基于小的有机分子、发光聚合物、发光dendrimer或其它有机发光半导体材料。
多层有机半导体结构仅是一项选择，单有机半导体层可以满足所需要的功能，即电子和空穴以相对的关系注入，在层上传输，并俘获相对的电荷然后形成之后能发光的激发态。单半导层装置可以与在铟锡氧化物层上的另外的导电聚合物PEDOT层结合使用。
该装置可以装备有光化学和/或光药剂制剂。这可以为凝胶、药膏或乳剂的形式。作为选择或同时，该装置装备有用光药剂浸渍的薄膜。典型地，光药剂制剂以与光源接触的层的形式提供。只要光药剂制剂对激发光的频率是透明的或是充分半透明的，那么所得到的装置就可以容易地应用，而不需要向患者应用光药剂的单独的步骤。如果在光源打开前，乳剂已经被吸收了，则会发散光线的乳剂仍然可以使用。光药剂层可以由可剥落的释放介质覆盖，例如有机硅背衬片材。该光药剂制剂可以包含惰性的化合物，其在生物体内可代谢转化为活性化合物。释放光药剂可以由离子电渗疗法辅助。
来自有机发光半导体的光线输出可以为脉冲的，可以配备电子控制电路或微处理器来控制该脉冲和/或装置功能的其它方面，例如要治疗的区域的暴露持续时间和发射光的强度。脉冲装置可以配备有光化学制剂和/或光药剂物质，其为可光漂白的或在生物体内能代谢转化为可光漂白的化学物质。
半导体的输出可以为脉冲串的形式，优选其中脉冲宽度与连续脉冲间的间歇基本相同。脉冲串的周期可以例如为20ms～2000s，取决于所述物质的光漂白特性。
根据本发明的第二方面，提供了用于治疗处理(优选通过光动力疗法)的可移动装置，该装置包括发光层，其中包含所述层的装置是柔韧的，以致当应用到身体的弯曲部分时，发光层与要治疗的区域表面的形状相一致。
该装置优选包括包含粘结剂表面的粘结物，以使得该装置能够粘结到患者上。
更优选的特点与上述第一方面相一致。
根据本发明的第三方面，提供了本发明第一或第二方面的可移动装置和与该装置结合使用的光治疗化学品，优选用于光动力疗法的光药剂。
用来活化光药剂化学品的光脉冲也可以有利地在刚性装置或具有不同于半导体的光源类型例如激光的装置中。
因此，根据本发明的再一方面，提供了用于光动力疗法的可移动装置，该装置包括电磁辐射源、将该电磁辐射源粘结到患者的粘结物和活化以及失活该源以引起后者发射光脉冲串来活化光动力化学品，由此降低光漂白对该化学品的影响的控制装置。
该可移动装置优选配备有光化学和/或光药剂制剂。制剂优选的特征及其释放如上所述。具体的，光化学和/或光药剂制剂是可光漂白的或在生物体内可被代谢转化为可光漂白的化学物质。
活化和失活光源的装置可以控制装置的其它方面例如要治疗的区域的暴露持续时间以及发光强度。
控制装置可以有利地被操作；以便覆盖光源来发射脉冲串，该序列具有本发明第一方面的装置制造的脉冲串的优选特征的一种或多种。
附图简述
现在只以实施例的方式，参考下面的附图描述本发明实施方案，其中
图1为本发明治疗装置的横截面示意图。
图2为在该装置中使用的聚合物OC1C10-PPV的化学结构。
图3为包含OC1C10-PPV作为发光层的治疗装置发出的光线的光谱图。
图4(a)～(d)分别为图3装置的电流电压特征、光输出-电压特征、光输出-电流强度特征以及外部量子效率-电压特征图。
图5为发光层为聚(二己基芴)的装置发射的光线的光谱图。
图6为用于本发明的108克光源的电路图。
图7(a)～(c)解释了操作的脉冲周期为(a)20ms、(b)200ms、(c)2000ms的OC1C10-PPV装置的光输出功率。
发明详述
光治疗装置1通过导线3与电池电源2连接。该光治疗装置包括光产生元件10，其由电源2供电。
光产生元件10包含有机发光二极管，其使用聚合物OC1C10-PPV层作为在合适的触点间的发光层14。空穴注入触点由铟锡氧化物涂覆的玻璃基材(11和12)组成，该基材涂有一层导电聚合物层13，即由聚苯乙烯磺酸酯掺杂的聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT/PSS)。电子注射触点为由于其低功函而被选择的钙层15，并用铝16覆盖。当电流在此触点间流过时，开始发光。
下部的电极层12和玻璃基材11是透明的。玻璃是合适的材料，因为其也具有透明和防氧气和防水的性质。上部支撑层18也由玻璃形成，作为对水和氧气的隔离层，其提供附加的机械支撑，并与上部电极层16连接而且使用环氧层17密封。粘结剂带19在光产生元件10上延伸，并超出该元件10来提供将该装置粘结到患者的粘结剂表面22和24。在粘结之前，这些表面由可除去的塑料膜20和21保护。
图2解释了OC1C10-PPV的化学结构。主要特点在于能够传输电荷的共轭主链，并且其能隙在光谱的可见光区域。烷氧取代基赋予了溶解性，因此聚合物的薄膜可以容易地使用旋涂制备。
光线从光产生元件10通过透明基材11传到患者的皮肤。在第一个实例中，透明的下部支撑层11和上部支撑层18是平面的和刚性的，其产生机械强度。电池是合适的电源，具有结合控制暴露时间的控制电子元件，包括延迟开始的可能性，以使得光药剂能代谢转化为光活性形式。可以包含对亮度和脉冲的控制。
现在将描述制造装置的方法的实例。铟锡氧化物涂覆的玻璃基材11和12(Merck 20Ω/□)在丙酮中接着在丙-2-醇中用超声波清洗(各自10分钟)。在干燥，和任选的暴露于氧气等离子体中的步骤后，导电聚合物PEDOT/PSS(Bayer Bayton VP A14083)层从水溶液中，以2200rpm的速度旋涂1分钟。在80℃烘焙膜3分钟。然后使用5mg/ml的聚合物氯苯溶液，用1750rpm的速度旋涂来沉积发光聚合物OC1C10-PPV(见图2)。得到的膜为100nm厚。在氮气手套箱的惰性气氛中，进行此和接下来的制造步骤。将该结构装入蒸发器(Edwards 306)使得顶部触点沉积。加热蒸发钙的薄层(25nm)，接着铝的较厚的层(140nm)。蒸发过程中的压力为1.5～5×10-6mbr，沉积该两种金属时不破坏真空。将上面的层用带有环氧树脂7的玻璃层18密封。施用粘结剂带19并用塑料膜20和21覆盖。
为了测试该装置，将其与电源(Keithley 2400电源测量单元)连接。发光区域为1cm2。当施加电压(3～10V)，通过基材观察到桔红色发射光。该装置产生了0～10mW/cm2的辐照度，这小于传统光源例如激光和过滤的灯产生的辐照度，后者典型地产生75～150mW/cm2的辐照度。或者；该装置可以施加电流来驱动，光强度与施加的电流几乎成比例。发射光谱如图3所示。通过除去塑料膜20和21，并使粘结剂带粘结到皮肤上，而将该装置连接到皮肤上。
电流-电压、光输出-电压、光输出-电流强度特征和外部量子效率(EQE)-电压特征以图4(a)～(d)的形式表现。
使用聚二己基芴作为发光层制造的相似装置在光谱的蓝-绿区域产生发射，如图5所示。
使用具有108g电池电源，重量1.26g，1cm×1cm的装置，提供质量轻的可移动装置。电源由4个传统的AA电池和图6的简单电流调节电路组成。对于2cm×2cm的装置，108g的电源也提供了合适的功率输出。200g电池组可以驱动5cm×5cm的装置。
该装置可以用于皮肤和体内不适。前恶性疾病，恶性疾病和炎症疾病可以作为目标。前恶性疾病的实例为博温病、日光角化症、佩吉特病和放射性皮肤炎。恶性疾病包括所有类型的基底细胞癌、鳞状细胞癌、继发转移、皮肤T细胞淋巴癌。炎症皮肤疾病包括所有类型的皮炎和牛皮藓。
作为潜在目标的其它疾病为前恶性、恶性和非皮肤性不适例如原发和转移的瘤，以及炎症疾病，例如结缔组织疾病、所有类型的关节炎、炎性肠病。
光药剂可能会进行可逆的光致变化，特别在高辐射下，其降低了下面的治疗效果，这称作光漂白效应。
因为已知光药剂的可逆光漂白导致降低光线穿入目标组织中，所以该装置改进的形式具有自动开和关辐射的仪器，以便传递希望的剂量、限制光漂白并使得光药剂的新鲜吸收/在仍然存活的目标细胞内进行代谢成为可能。这将具有增加治疗效率的明显益处。如图7所示，脉冲串构成了这种脉冲装置的光输出(周期20、200、2000ms)。对周期为20s、200s、2000s的脉冲操作也进行了举例说明，并且可以想到更长的周期。对具体的应用，通过实验和计算，可以容易的最优化脉冲类型和持续时间。如实例所示，每一个周期由脉冲和此脉冲与下一个脉冲间的间歇构成，该间歇与脉冲的持续时间相同。
该发光装置可以直接简单光源施加到皮肤上。或通过内部应用装置例如鼻饲管，胸导管或支架来使用。对于皮肤病灶癌的治疗，可以单独应用该装置或与半透明基的光药剂，如作为单独敷料的凝胶或药膏结合使用。如果其能充分吸收到皮肤中，则也可以使用会发散光的乳剂。现在可以获得一系列的光药剂，并预期具有更高的专一性和光毒性效果的新光药剂将会出现。目前使用的局部剂的实例包括5-氨基乙酰丙酸盐酸盐(Crawford制药)、甲基氨基乙酰丙酸(Metfix，Photocure)。主要用于内部癌的可注射的药物是两种，即Photofrin(Axcan)和Foscan(Biolitech)。
本发明的第二个实施例由柔韧装置组成。这里，基材由聚酯膜代替玻璃层11组成。层12～16与第一个实施例相同。环氧层17非常薄，层18为聚酯。塑料层11和18较低的隔离性意味着该装置必需在惰性气氛例如氮气中贮存(或包装)，但是可以在空气中操作。
在该实施例中，元件10能够弯曲来贴合于患者身体某部分，例如胳膊的形状。在该实施例中，透明的支撑层和上部支撑层由薄的柔韧的玻璃、塑料/玻璃层压物或铟锡氧化物(ITO)涂布的聚酯制成。后者必需贮存在惰性气氛中直至使用。
本领域技术人员可以进行进一步的变换和修改，而不脱离这里公开的范围。例如可以在美容治疗中，和/或兽医的，以及医药应用中，使用光药剂而利用本发明。

Claims (16)

1.一种用于医疗和/或美容治疗中的可移动装置，该装置包含有机发光半导体，其在使用中覆盖要治疗的区域并发射电磁辐射以引起所述区域的治疗。
2.根据权利要求1的可移动装置，其中所述发光半导体为大范围的。
3.根据权利要求1或2的可移动装置，其中所述发光半导体具有1～400cm2的表面积。
4.根据权利要求3的可移动装置，其中所述发光半导体具有3～100cm2的表面积。
5.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，用于使用光动力疗法的对人或动物患者的治疗。
6.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，使其与要暴露于来自所述有机发光半导体的光线的表面一致。
7.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，其为柔韧的，以便能够预先或临时地形成多种可能的构造，其形状为将要施用该装置的身体部分的外形。
8.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，其包括透明或半透明的基材层。
9.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，其包括将该装置粘结到患者的粘结剂表面。
10.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，其中所述有机发光半导体为有机发光二极管。
11.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，其中从所述发光半导体的光输出为脉冲式的。
12.根据权利要求11的可移动装置，其中所述光输出为周期是至少20ms、至少200ms、至少2s、至少20s、至少200s或至少2000s的脉冲。
13.根据前述权利要求中任意一项的可移动装置，进一步包含光药剂制剂。
14.根据权利要求13的可移动装置，其中所述光药剂制剂包含可在生物体内代谢转化为活性化合物的惰性化合物。
15.基本如图1和图2中描述和解释的可移动装置。
16.用于光动力疗法的可移动装置，该装置包括电磁辐射源、将该电磁辐射源粘结到患者的粘结物和活化以及失活该源以引起后者发射光脉冲串来活化光动力化学品，由此降低光漂白对该化学品的影响的控制装置。
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