CZ302084B6

CZ302084B6 - Svetelný zdroj s homogenitou svetelného pole, zejména k navození a monitorování fotodynamického jevu in vitro

Info

Publication number: CZ302084B6
Application number: CZ20090863A
Authority: CZ
Inventors: Bajgar@Robert; Kolárová@Hana
Original assignee: Univerzita Palackého
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2010-09-29
Also published as: CZ2009863A3; SK288148B6; SK500302010A3

Abstract

Svetelný zdroj s homogenitou svetelného pole, zejména k navození a monitorování fotodynamického jevu in vitro, tvorený telesem (1) upraveným pro umístení uložište (3) analyzovaného vzorku a obsahující sadu LED diod (5), kde podstata rešení spocívá v tom, že LED diody (5) jsou uloženy v telese (1) a jsou usporádány do kruhu po obvodu uložište (3), a to minimálne v jedné horizontální rovine, pricemž jsou smerovány dostredne šikmo dolu do analyzované oblasti (O).

Description

Světelný zdroj $ homogenitou světelného pole, zejména k navození a monitorování fotodynamického jevu in vitro

Oblast techniky

Vynález se týká uspořádání světelného zdroje s homogenitou světelného pole, zejména k navození a monitorování fotodynamického jevu in vitro, určeného především pro léčby nádorových onemocnění pomocí fotodynamické terapie.

io

Dosavadní stav techniky

Fotodynamická terapie (PDT) je vedle chemoterapie, radioterapie a imunoterapie další možností léčby nádorového onemocnění. Jedná se o fotochemoterapii, která představuje kombinované (5 použití fotodynamicky aktivní látky, tzv. senzitizeru, a světla za přítomnosti kyslíku. Princip této léčby nádorů je založen na celkovém nebo zevním podání fotodynamicky aktivní látky s následným ozářením ultrafialovými paprsky (UVA) nebo viditelným zářením, tj. světlem. Fotosenzitizující látka se po určité době selektivně akumuluje v nádoru, a pak je provedeno ozáření světlem o vhodné vlnové délce shodné s absorpčním maximem senzitizeru. Fyzikální podstatou foto20 dynamické terapie je přenos energie nebo elektronu z excitované molekuly senzitizeru na molekulu kyslíku nebo jiný substrát provázený vznikem reaktivních forem kyslíku nebo volných radikálů. Doba života těchto produktů v buněčném prostředí velmi krátká, neboť velmi rychle reagují s okolními biomolekulami. V závislosti na velikosti takto navozených změn v jejich molekulami struktuře, a tedy míře buněčného poškození, může dojít k nastartování řady buněčných procesů vedoucí k zániku buňky.

V preklinické výzkumné fázi se při studiu efektivnosti tohoto druhu terapie využívají různé nádorové a nenádorové buněčné kultury, kultivované např. na Petriho miskách. Jako zdroje světelné energie k aktivaci senzitizeru se nejčastěji používá laserové nebo diodové světlo. K vytvoření

3o Širší ozaróvací plochy se často umísťuje mezi laserový paprsek a zkoumaný objekt optický difuzér. U světla pocházejícího z LED diod je dosaženo osvětlovacího pole různým uspořádáním několika LED diod, vytvářejících různou míru homogenity světelného toku pro aplikace, jak pro aplikace in vivo, jak je popsáno například v dokumentech KR 20090055891, EP 2044974, US 2009088824, CN 101214403, US 2007239233, US 2007225778, WO 02098508,

WO 2005035058, WO 9321842, tak pro aplikace in vitro, což je známo z dokumentů DE 102008008875, CZ 2006-813 Al nebo WO 9321842. Uspořádání diod v ozařovačích je buď nahodilé nebo v řadách se stejnou nebo rozdílnou vzájemnou vzdáleností.

Vhodné uspořádání diod spojené se vznikem homogenního světelného poleje řešeno jen v něko40 lika málo spisech, například ve WO 2005035058 nebo CZ 2006-813 Al, které řeší problém homogenity při ozařovaní ze shora. LED diody jsou u tohoto řešení uspořádány v hexagonálním tvaru, v konstantní vzdálenosti vůči sobě a jsou upevněny na podložce nad úložištěm. Analýza vzorku se běžně provádí detekcí signálu pomocí detekčního zařízení umístěného nad nebo pod vzorkem. Nevýhodou tohoto řešení je, že analýzu výsledného účinku fotodynamické terapie in vitro, tedy stanovení celkového množství oxidované látky, je možno provádět až po určitém Čase ozáření. Velmi Často užívaným a oblíbeným detektorem je totiž chemická značka, která se po proniknutí do buněk a její oxidaci přeměňuje na fluorescenční produkt, jehož celkový výtěžek lze snadno stanovit pomocí komerčně dostupných fluorescenčních spektrofotometrů nebo readerů. Z důvodu rychlých fotofyzikálně-chemických změn spojených se vznikem reaktivních forem kys50 líku a samotné autofotooxidaci detekční značky je žádoucí, aby měření probíhala kontinuálně v čase.

Úkolem předkládaného vynálezu je představit k využívání takový světelný zdroj, který by byl konstrukčně poměrně jednoduchý, poskytoval světlo o rovnoměrném světelném toku a zároveň

-1 CZ 302084 B6 umožňoval kontinuální monitorování produktů vzniklých pri fotodynamického jevu pomocí komerčně dostupných spektrofotometrů nebo readerů.

s Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je do značné míry dosaženo vynálezem, kterým je světelný zdroj s homogenitou světelného pole, zejména k navození a monitorování fotodynam ického jevu in vitro, tvořený tělesem upraveným pro umístění úložiště analyzovaného vzorku a obsahující sadu LED diod, kde io podstata řešení spočívá v tom, že LED diody jsou uloženy v tělese ajsou uspořádány do kruhu po obvodu úložiště, a to minimálně v jedné horizontální rovině, přičemž jsou směrovány dostředně

Šikmo dolů do analyzované oblasti (O).

Ve výhodném provedení jsou LED diody v tělese uloženy vyjímatelně a ve středové části tělesa je vytvořeno kruhové vybrání, jehož dno je opatřeno průchozím otvorem opatřeným obvodovým osazením pro umístění úložiště analyzovaného vzorku, přičemž v bočních stěnách vybrání jsou uloženy palice pro uchycení LED diod.

V optimálním případě jsou LED diody rozmístěny po obvodu vybrání a jsou zapojeny paralelně, přičemž spojovací vodiče palic jsou vyvedeny bočně vně tělesa.

Hlavní výhodou nového konstrukčního řešení světelného zdroje je, že umožňuje kontinuální monitorování produktů vznikajících při fotodynam ického jevu. Další výhodou je, že LED diody jsou snadno vyjímatelné aje možné pouze vysunutím a zasunutím vyměnit za jiné LED diody s jinými vyzařovacími charakteristikami. Nezanedbatelnými přednostmi zařízení je jeho nízká pořizovací cena, malé zástavbové rozměry a minimální energetická náročnost provozu.

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklad konstrukčního provedení světelného zdroje bude objasněn pomocí přiložených výkresů, kde obr. 1 je pohled na světelný zdroj shora.

obr. 2 je vertikální osový řez světelným zdrojem z obr. 1, obr. 3 je schéma elektrického zapojení LED diod, obr. 4 je pohled na světelný zdroj shora se znázorněním rozložení analyzovaných oblastí, obr. 5 je schéma pro výpočet minimálních horizontálních vyzařovacích úhlů (γ) LED diod k dosažení maximální homogenity světelného pole pro zvolenou analyzovanou oblast.

Příklady provedení vynálezu

Světelný zdroj podle vynálezu je v základním provedení podle obr. 1 a obr. 2 tvořen deskovitým tělesem i, s výhodou obdélníkového tvaru, v jehož středové části je vytvořeno kruhové vybrání

2, jehož dno 21 je opatřeno průchozím otvorem 22 opatřeným obvodovým osazením 23 pro umístění úložiště 3 analyzovaného vzorku, například Petriho misky. V bočních stěnách 24 vybrání 2 jsou uloženy patice 4 s dostředně šikmo dolů směrovanými LED diodami 5. Patice 4, a tedy i LED diody 5, jsou pravidelně rozmístěny po obvodu vybrání 2 ajsou zapojeny paralelně, jakje patrné z obr. 3, přičemž spojovací vodiče 41 patic 4 jsou vyvedeny bočně vně tělesa i.

-2 CZ 302084 B6

Pro dosažení rovnoměrného dopadu světla ze soustavy LED diod 5 na zvolenou snímanou analyzovanou oblast O o průměru g, znázorněnou na obr. 4, je nutnost dodržení minimálního horizontálního vyzařovacího úhlu χ, jehož velikost je vypočtena podle vzorce g/2 ^(r/Zf+s¹ a pro výpočet minimálního vertikálního vyzařovacího úhlu q platí vzorec úf = 2xarccos s^:+r(r-g)/4 ^(r/2)² + s ^(r-g)²/4 + s^: io kde: g/2 - je poloměr analyzované oblasti O, r/2 - je vzdálenost mezi průmětem vrcholu vyzařovacího kužele LED diody 5 do roviny analyzované oblasti O a středem této oblasti, s - je vzdálenost mezi vrcholem vyzařovacího kuželu LED diody 5 od jeho průmětu do roviny analyzované oblasti O.

Objasňující schémata pro výpočet minimálních vyzařovacích úhlů q, γ LED diod 5 ve vertikálním a horizontálním směru jsou pak znázorněna na obr. 2 a obr. 5.

Účinnost a funkčnost světelného zdroje byla testována pro současně komerčně vyráběné vysoce svítivé LED diody 5 o průměru 3 a 5 mm s vyzařovacími úhly v rozmezí hodnot 15° až 175° a s emitací záření v rozsahu vlnových délek 300 až IlOOnm. Pro uspořádání pole 24 diod podle obr. 1 s vyzařovacím vrcholem ve vzdálenosti r/2 = 25 mm od středu analyzované oblasti O byla vytvořena homogenně ozářená plocha pro detekční oblasti O o průměru g = 19,6 mm obsahující čtyři kruhové oblasti o průměru m = 6,8 mm, přičemž bylo použito nastavení analyzátoru na čtení z 96-jamkových analyzačních destiček. Pro vyzařovací úhel LED diod 5 ve vertikálním směru byla optimální hodnota úhlu minimálně γ = 42,2° a pro vyzařovací úhel v horizontálním směru minimálně a = 12,6°.

Při potřebě dosažení homogenního osvětlení větší oblasti vzorku například o průměru 35 mm u Petři ho misek, bylo nutné pro tento případ vybrat LED diody 5 s minimálním vyzařovacím úhlem γ = 87,2°.

Pro navození fotodynamického jevu v buňkách lze pak využít v závislosti na použitém senzitize35 ru různé LED diody 5 lišící se ve spektru vyzařovaných vlnových délek, jak je popsáno ve spisu CZ2006-813 Al.

Popsané provedení není jediným možným řešením podle vynálezu, ale bez vlivu na jeho podstatu může být řešena vlastní konstrukce tělesa i jiným způsobem a může být použit jiný počet LED diod 5 podle velikosti analyzované oblasti O. LED diody 5 nemusí být uspořádány pouze v jedné horizontální rovině, ale pro větší analyzované oblasti O a při potřebě dosažení větší světelné intenzity mohou být umístěny v několika řadách nad sebou.

Průmyslová využitelnost

Světelného zdroje podle vynálezu lze použít pro sledování fotodynamických změn metodami in vitro, zejména pro fotodynam ickou terapii, která se používá k destrukci nádorových buněk pomocí singletního kyslíku a jiných radikálů vznikající v nádorové tkáni po jejím ozáření svět50 lem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Světelný zdroj s homogenitou světelného pole, zejména k navození a monitorování fbtodynamíckého jevu in vitro, tvořený tělesem (1) upraveným pro umístění úložiště (3) analyzovaného vzorku a obsahující sadu LED diod (5), vyznačující se tím, že LED diody (5) jsou uloženy v tělese (1) a jsou uspořádány do kruhu po obvodu úložiště (3), a to minimálně v to jedné horizontální rovině, přičemž jsou směrovány dostředně šikmo dolů do analyzované oblasti (O).

2. Světelný zdroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že LED diody (5) jsou v tělese (1) uloženy vyjímatelně.

3. Světelný zdroj podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že ve středové části tělesa (I) je vytvořeno kruhové vybrání (2), jehož dno (21) je opatřeno průchozím otvorem (22) opatřeným obvodovým osazením (23) pro umístění úložiště (3) analyzovaného vzorku, přičemž v bočních stěnách (24) vybrání (2) jsou uloženy patice (4) pro uchycení LED diod (5).

4. Světelný zdroj podle nároku 3, vyznačující se tím, že LED diody (5) jsou rozmístěny po obvodu vybrání (2) ajsou zapojeny paralelně, přičemž spojovací vodiče (41) patíc (4) jsou vyvedeny bočně vně tělesa (1).