DE102010017892A1 - Device, useful for highly efficient production of singlet oxygen in a gaseous aggregate state, comprises a housing, which forms two rooms respectively arranged at least in two opposite surfaces - Google Patents

Device, useful for highly efficient production of singlet oxygen in a gaseous aggregate state, comprises a housing, which forms two rooms respectively arranged at least in two opposite surfaces Download PDF

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Abstract

Device comprises a housing, which forms two rooms, where each room is arranged at least in two opposite surfaces, one of which carries a two-sided coating with a photosensitizer to be excited by light. Both the photosensitizer surfaces are arranged against a light source for irradiation of the photosensitizer. The light source is a printed circuit board equipped with a LED. The carrier plate of the photosensitizer is prepared so that the photosensitizers are applied between the LED's. The carrier plate of the photosensitizer is an LED-printed circuit board. Device comprises a housing, which forms two rooms, where each room is arranged at least in two opposite surfaces, one of which carries a two-sided coating with a photosensitizer to be excited by light. Both the photosensitizer surfaces are arranged against a light source for irradiation of the photosensitizer. The light source is a printed circuit board equipped with a LED. The carrier plate of the photosensitizer is prepared so that the photosensitizers are applied between the LED's. The carrier plate of the photosensitizer is an LED-printed circuit board. The device has a finely roughened surface, which is coated with the photosensitizer and the photosensitizer is fixed by kinetic-thermal processes on the surface. An independent claim is also included for producing a surface coated with photosensitizer for a device, comprising providing the carrier material of the photosensitizer with a finely roughened surface on which the photosensitizer is evenly and thinly distributed and incorporated with pressure in the fine roughening with high movement speed under pressure and short-term temperature increase in a dust-tight chamber using fine fibers of a polishing coat or a micro-fiber surface during continuous dust extraction system, or providing the surface of the LED-printed circuit board between the LED's with a finely roughened surface on which the photosensitizer is evenly and thinly distributed and incorporated with pressure in the fine roughening with high movement speed under pressure and short-term temperature increase in a dust-tight chamber using fine fibers of a polishing coat or a microfiber surface during continuous dust extraction system.

Description

Die Erfindung ist sowohl ein Verfahren zur Herstellung einer Fläche die mit Photosensitizern beschichtet ist als auch einer Vorrichtung, in der an dieser Photosensitizerfläche Sauerstoff vom Triplett- zum Singulett-Zustand in gasförmigem Aggregatzustand angeregt werden kann.The invention is both a process for producing an area coated with photosensitizers and a device in which triphosphate-to-singlet oxygen in gaseous state can be excited at this photosensitizer area.

Sauerstoff ist in der Luft in einem unreaktiven Zustand. Damit er von Lebewesen genutzt werden kann, bringen sie den Sauerstoff in einen reaktionsfähigen Zustand. Diese Leistung der Lebewesen kann durch die Erfindung angeregt werden.Oxygen is in an unreactive state in the air. So that it can be used by living beings, they bring the oxygen into a reactive state. This performance of the living beings can be stimulated by the invention.

In der atmosphärischen Luft wird Sauerstoff fortwährend mehr oder weniger angeregt und wieder inaktiviert. Die Inaktivierung geschieht vorwiegend durch ubiquitär vorhandene Wassermoleküle. Die Sauerstoff-Aktivierung in der Luft führt zu den drei bekannten Formen: Ozon, Ionisierter Sauerstoff und Singulett-Sauerstoff. Ozon und Ionisierter Sauerstoff rückreagieren über den Singulett-Zustand in den Triplett-Grundzustand, wenn sie nicht chemische Bindungen eingehen. Die Aktivierung und Inaktivierung des Sauerstoffs und dabei Übernahme von Energie durch Wassermoleküle kann mehr oder weniger intensiv erlebt werden als erfrischende, belebende Wirkung der Luft, besonders durch die Atmung. In geschlossenen Räumen ist diese natürliche Luftwirkung mehr oder weniger vermindert oder nicht vorhanden. Dadurch kann es zum Nachlassen oder Ausbleiben dieser natürlichen Luftwirkung auf Sauerstoff nutzende Lebensformen wie z. B. Menschen, Tiere und Pflanzen kommen. Der Sinn des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die natürliche Luftbelebung technisch nachzubilden. So werden mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung Geräte hergestellt, die ebenso wie in der Natur, die Luft in z. B. Wohnräumen, Arbeitsräumen, Autos, Flugzeugen als erfrischend, belebend, und das Arbeiten als weniger ermüdend erleben lassen.In the atmospheric air, oxygen is constantly more or less excited and inactivated again. The inactivation occurs predominantly by ubiquitous water molecules. Oxygen activation in the air leads to the three known forms: ozone, ionized oxygen and singlet oxygen. Ozone and ionized oxygen revert back to the triplet ground state via the singlet state if they do not undergo chemical bonding. The activation and inactivation of oxygen and the absorption of energy by water molecules can be experienced more or less intensively as a refreshing, invigorating effect of the air, especially through breathing. In confined spaces, this natural air effect is more or less diminished or absent. This may lead to the relaxation or absence of this natural air effect on oxygen-using life forms such. As humans, animals and plants come. The purpose of the method according to the invention is to simulate the natural air revival technically. Thus, devices are produced with the device according to the invention, as well as in nature, the air in z. As living spaces, work spaces, cars, aircraft as refreshing, invigorating, and work as less tiring experience.

Sauerstoff kann nicht direkt durch Licht angeregt werden. Nur wenige Ausnahmen durchbrechen diese Regel. So kann Sauerstoff z. B. durch bestimmte Laser oder weitere Lichtquellen im Wellenlängenbereiche des UV-Spektrums direkt angeregt werden.Oxygen can not be directly excited by light. Few exceptions break this rule. So oxygen can z. B. be excited by certain laser or other light sources in the wavelength ranges of the UV spectrum directly.

Sauerstoff ist in der Luft in einem energiearmen, unreaktiven Grundzustand. Dabei existiert er im Triplett-Zustand.Oxygen is in the air in a low-energy, unreactive ground state. He exists in the triplet state.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Sauerstoff direkt an angeregten, energiereichen Photosensibilisatoren aus dem Triplett-Zustand in den Singulett-Zustand angeregt. Dieser ist ein Elektronenangeregter Zustand des Sauerstoffs.With the method according to the invention oxygen is excited directly to excited, high-energy photosensitizers from the triplet state in the singlet state. This is an electron-excited state of oxygen.

Für diesen Vorgang werden die Photosensibilisatoren durch eine geeignete Photonenquelle von ihrem energiearmen Singulett-Grundzustand in den energiereicheren Triplett-Zustand gebracht. Im angeregten Zustand übertragen Sie ihre Energie durch Exitonenstößen an die Sauerstoffmoleküle, wodurch sie wieder in den Grundzustand gelangen und erneut angeregt werden können. Durch die Exitonenstöße erhalten die π·2p Elektronen der Sauerstoffmoleküle eine Spininversion, haben dadurch gegensinnige Spins und sind erst dadurch in der Lage mit anderen Biomolekülen zu reagieren.For this process, the photosensitizers are brought by a suitable photon source from their low-energy singlet ground state in the higher-energy triplet state. In the excited state, they transfer their energy to the oxygen molecules through exiton collisions, allowing them to return to the ground state and be stimulated again. Due to the exiton collisions, the π · 2p electrons of the oxygen molecules acquire a spinin version, thus have opposing spins and are only then able to react with other biomolecules.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung inaktivieren, ebenso wie in der Natur, ubiquitär vorhandene Wassermoleküle der Luft den Singulett-Sauerstoff. Der Sauerstoff gelangt wieder in den Triplett-Zustand. Die Wassermoleküle übernehmen durch die Inaktivierung des Sauerstoffs die dabei frei werdende Energie.In the apparatus according to the invention, as well as in nature, ubiquitous water molecules of the air inactivate the singlet oxygen. The oxygen returns to the triplet state. By inactivating the oxygen, the water molecules take over the released energy.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber herkömmlichen Luftionisations- und Ozonisierungsgeräten besteht darin, dass die erheblich höheren Reaktionsenergien des Ionisierten Sauerstoffs und Ozons zu unerwünschten Reaktionen führen, was beider Singulett-Sauerstoff Aktivierung und Inaktivierung nicht geschieht.The advantage of the method according to the invention over conventional air ionization and ozonization devices is that the significantly higher reaction energies of the ionized oxygen and ozone lead to undesired reactions, which does not occur in singlet oxygen activation and inactivation.

Beschrieben ist in WO 2002/026621 eine Vorrichtung, bei der Photosensibilisatoren auf eine Fläche aufgebracht werden und darüber ein Raum durch eine gegenüberliegende transparente Fläche und das umschließende Gehäuse gebildet wird, der von dem zu aktivierenden Gas durchströmt wird. In WO 002007124816 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, in der für die Photosensibilisatoren ein extra Raum benötigt wird, aus dem heraus eine Energieübertragung des darin eingeschlossenen angeregten Sauerstoffs auf Sauerstoff erfolgen soll, der in einem direkt benachbarten und durch ein transparentes Medium getrennten und einen wie im vorigen Patent beschrieben gebildeten Raum durchströmt.Described in WO 2002/026621 a device in which photosensitizers are applied to a surface and above a space is formed by an opposite transparent surface and the enclosing housing, which is traversed by the gas to be activated. In WO 002007124816 A1 there is described an apparatus in which the photosensitizers require an extra space from which to transfer energy of the oxygen occluded therein to oxygen, formed in a directly adjacent and separated by a transparent medium and as described in the previous patent Space flows through.

Für bekannte Vorrichtungen wird einerseits relativ viel Photosensitizer Material benötigt mit dem Problem, dass erhebliche Energiebeträge nach deren Anregung in benachbarte nicht angeregte Moleküle abwandert statt Sauerstoffmoleküle zu aktivieren, da sie nicht fixiert sind und viele Molekülschichten aufeinander lagern, oder in sehr vielen Schichten unterschiedlicher Stärken aufeinander haften. Das Abwandern der Energie entsteht wegen des höheren Anregungsniveaus der Sauerstoffmoleküle gegenüber der Photosensitizer.For known devices, on the one hand, a relatively large amount of photosensitizer material is needed with the problem that considerable amounts of energy after their excitation migrate into adjacent non-excited molecules instead of activating oxygen molecules, since they are not fixed and store many molecular layers on top of each other, or in very many layers of different thicknesses be liable. The migration of energy occurs because of the higher level of excitation of the oxygen molecules compared to the photosensitizers.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt erheblich weniger Raum als bisherige Vorrichtungen bei gleichzeitig erheblich höherer Singulett-Sauerstoff Erzeugung.The device of the invention requires considerably less space than previous devices with significantly higher singlet oxygen generation.

Diese Vorteile werden erreicht, indem das Trägermaterial des Photosensitizers von beiden Seiten grundiert und mit Photosensitizer behaftet ist. Gleichzeitig kommen LED's jüngster Entwicklung zur Photosensitizer-Aktivierung zum Einsatz, die ein Vielfaches bisheriger LED's leisten bei erheblich verringerter Bauhöhe, z. B. Chip-on-Board-Technologie(COB)-Hochleistungs-SMD-LED Module. Damit steigt das Maß der Aktivierung der Photosensitizer und der Photonenreflektion von der Photosensitizerschicht derart an, dass die Leiterplatte der LED's mit den gleichen Eigenschaften wie die Trägerplatte der Photosensitizer ausgeführt und ebenso zwischen den LED's mit Photosensitizern versehen wird und ebenso Sauerstoffaktiviert. Die LED-Leiterplatte wird dadurch unmittelbar zum Teil des Gasaktivierungsraumes und der Gasaktivierung. These benefits are achieved by priming the photosensitizer substrate from both sides and bearing photosensitizer. At the same time LED's recent development for photosensitizer activation are used, which provide a multiple of previous LED's at significantly reduced height, z. B. Chip-on-board technology (COB) high performance SMD LED modules. Thus, the degree of activation of the photosensitizers and the photon reflection from the photosensitizer layer increases such that the printed circuit board of the LEDs is made with the same characteristics as the support plate of the photosensitizers and also provided with photosensitizers between the LEDs and also activates oxygen. The LED circuit board is thus directly part of the gas activation space and gas activation.

Ebenso werden OLED's eingesetzt, die sowohl den Raum begrenzen, als auch einerseits eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung der Photosensitizerfläche erreichen, andererseits besonders Anordnungen mit gekrümmten Flächen, wie z. B. Anordnungen in Röhrenform ermöglichen.Likewise, OLEDs are used, which both limit the space, and on the one hand achieve a very uniform illumination of photosensitizer surface, on the other hand arrangements with curved surfaces, such. B. allow arrangements in tubular form.

Es entfällt eine transparente Scheibe, die den Raum zwischen den LED-Leiterplatten bzw. den OLED's zu dem Raum trennt, durch den der aktivierte Sauerstoff strömt, der andererseits durch die mit Photosensitizern beschichtete Fläche begrenzt wird. Durch die Verringerung der Baugröße der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Ausführungen realisiert werden, die Bruchteile an Raum bisheriger Anordnungen betragen und gekrümmte Flächen, wie z. B. Röhrenformen möglich machen. Sowohl durch die Größe, als auch durch die Bauteilreduzierung vermindern sich Produktionskosten.It eliminates a transparent disc, which separates the space between the LED boards and the OLEDs to the space through which flows the activated oxygen, on the other hand, is limited by the surface coated with photosensitizers. By reducing the size of the device according to the invention embodiments can be realized, which amount to fractions of space previous arrangements and curved surfaces such. B. make tube shapes possible. Both the size and the component reduction reduce production costs.

Die Photosensitizer werden in einem staubdichten Raum aufgebracht. Pro Fläche wird eine sehr geringe, definierte Menge der Photosensitizer auf die zu beschichtende Fläche gleichmäßig aufgebracht, um eine hauchfeine, nur wenige Molekülschichten dünne Schicht zu erreichen. Die Partikelfixierung wird durch minimale flächige Rotation unter Druck bei kurzzeitiger Temperaturerhöhung mittels Mikrofasern erreicht. Während der mechanischen Fixierungsvorgänge der Photosensitizerpartikel in der feinrauen Fläche wird die Luft im Bearbeitungsraum ständig abgesaugt, um zu verhindern, dass es unkontrollierbar durch noch nicht fixierte Photosensitizerpartikel zu unerwünscht mehrfacher Schichtbildung kommt.The photosensitizers are applied in a dust-tight room. For each surface, a very small, defined amount of the photosensitizer is uniformly applied to the surface to be coated in order to achieve a wafer-thin layer that is only a few molecule layers thick. Particle fixation is achieved by minimal surface rotation under pressure with short-term temperature increase by means of microfibers. During the mechanical fixation processes of the photosensitizer particles in the fine-grained surface, the air in the processing chamber is constantly sucked off in order to prevent uncontrollable unfixed photosensitizer particles from causing undesired multiple layer formation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt eine Aktivierungseinheit. Sie besteht aus einer LED-Leiterplatte die mit Photosensitizer versehen ist, oder einer OLED, gegenüber angeordnet eine von beiden Seiten mit Photosensitizer versehene Trägerplatte, wiederum gegenüber angeordnet einer LED-Leiterplatte die mit Photosensitizer versehen ist, oder OLED, die gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. In dem Gehäuse sind Öffnungen zum Luftein- und Auslass. Die Abstände zwischen LED-Leiterplatte oder OLED und Photosensitizerfläche kann von Bruchteilen eines Millimeters bis zu wenigen Millimetern betragen. Zwischen LED-Leiterplatte oder OLED und Photosensitizerfläche strömt Luft oder auch Luft mit höherem Anteil an Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.The device according to the invention requires an activation unit. It consists of an LED printed circuit board which is provided with photosensitizer, or an OLED, arranged opposite to a provided from both sides with photosensitizer support plate, in turn arranged opposite an LED printed circuit board which is provided with photosensitizers, or OLED, which are arranged together in a housing are. In the housing are openings for air inlet and outlet. The distances between LED PCB or OLED and photosensitizer surface can range from fractions of a millimeter to a few millimeters. Air or even air with a higher proportion of oxygen or pure oxygen flows between the LED circuit board or OLED and photosensitizer surface.

Die Erfindung führt zu erheblichen Material- und Kosteneinsparungen bei der Trägerplatte des Photosensitizerfläche, dem Wegfall der transparenten Scheiben und der Verkleinerung des Gehäuses. Durch die Verkleinerung des Gehäuses und die Nutzung der OLED's können völlig neue Anwendungen realisiert werden. So z. B. kleine Geräte mit Akkubetrieb für die Raumluftaktivierung, die z. B. auf dem Schreibtisch zur Nutzung während der Arbeit oder neben dem Bett während des Schlafes bequem genutzt werden können oder auch Anordnungen in Röhrenform z. B. zum Einbau in Klimaanlagen.The invention leads to significant material and cost savings in the support plate of the photosensitizer surface, the elimination of the transparent panes and the reduction of the housing. By reducing the size of the case and using the OLEDs, completely new applications can be realized. So z. B. small devices with battery operation for room air activation, z. B. on the desk for use during work or next to the bed during sleep can be used comfortably or even arrangements in tubular form z. B. for installation in air conditioning.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2002/026621 [0010] WO 2002/026621 [0010]
  • WO 002007124816 A1 [0010] WO 002007124816 A1 [0010]

Claims (10)

Vorrichtung zur hocheffizienten Erzeugung von Singulett-Sauerstoff im gasförmigen Aggregatzustand, mit einem Gehäuse, das zwei Räume bildet in denen jeweils zumindest zwei gegenüberliegende Flächen angeordnet sind, von denen eine eine beidseitige Beschichtung mit einem durch Licht anzuregenden Photosensitizer trägt. Beiden Photosensitizerflächen gegenüber ist eine Lichtquelle angeordnet zur Bestrahlung der Photosensitizer. Die Lichtquelle ist eine mit LED's bestückte Leiterplatte. Diese ist ebenso wie die Trägerplatte des Photosensibilisators präpariert, so dass zwischen den LED's ebenso Photosensitizer aufgebracht werden kann. Die Trägerplatte des Photosensibilisators und die LED-Leiterplatte sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine fein aufgeraute Fläche haben die mit dem Photosensitizer beschichtet wird und dass der Photosensitizer durch kinetisch-thermische Verfahren auf der Oberfläche fixiert ist.Apparatus for the highly efficient production of singlet oxygen in the gaseous state of matter, comprising a housing which forms two spaces in each of which at least two opposing surfaces are arranged, one of which carries a two-sided coating with a photosensitizer to be excited by light. Opposite the photosensitizer surfaces, a light source is arranged for irradiating the photosensitizers. The light source is a PCB equipped with LEDs. This is prepared in the same way as the carrier plate of the photosensitizer so that photosensitizers can be applied between the LEDs as well. The support plate of the photosensitizer and the LED circuit board are characterized in that they have a finely roughened surface which is coated with the photosensitizer and that the photosensitizer is fixed on the surface by kinetic-thermal methods. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch Hochleistungs-LED's gebildet ist, deren Emission eine Wellenlänge hat, die im Bereich der maximalen Strahlungsabsorption des Photosensitizers ist.Device according to claim 1, characterized in that the light source is formed by high power LEDs whose emission has a wavelength which is in the range of the maximum radiation absorption of the photosensitizer. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle durch OLED's gebildet ist, deren Emission eine Wellenlänge hat, die im Bereich der maximalen Strahlungsabsorption des Photosensitizers ist.Device according to claim 1, characterized in that the light source is formed by OLEDs whose emission has a wavelength which is in the range of the maximum radiation absorption of the photosensitizer. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Photosensitizer ein Phtalozyanin ist.Device according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that the photosensitizer is a phthaloanine. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtemission in einem Spektralbereich zwischen 600 bis 700 nm liegt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light emission is in a spectral range between 600 to 700 nm. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial des Photosensitizers aus Polycarbonat besteht, dessen zu beschichtende Oberfläche feinstkörnig aufgeraut ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material of the photosensitizer consists of polycarbonate whose surface to be coated is roughened to a very fine grain. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial des Photosensitizers aus eloxiertem Aluminium besteht.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material of the photosensitizer consists of anodized aluminum. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial des Photosensitizers aus Glas besteht, dessen zu beschichtende Oberfläche feinstkörnig aufgeraut ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier material of the photosensitizer consists of glass, the surface to be coated is roughened very fine grained. Verfahren zur Herstellung einer mit Photosensibilisator beschichteten Fläche für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial des Photosensitizers mit einer fein aufgerauten Oberfläche versehen ist, auf der der Photosensitizer gleichmäßig und sehr dünn verteilt und mit Druck in die feine Aufrauung mit hoher Bewegungsgeschwindigkeit unter Druck und kurzzeitiger Temperaturerhöhung in einem staubdichten Raum mittels feiner Fasern eines Polierfells oder Mikrofaserfläche eingearbeitet wird, während ständiger Staubabsaugung.A process for producing a photosensitizer-coated surface for a device according to any one of the preceding claims, characterized in that the support material of the photosensitizer is provided with a finely roughened surface on which the photosensitizer uniformly and very thinly distributed and with pressure in the fine roughening with high speed movement under pressure and temporary increase in temperature in a dust-tight space by means of fine fibers of a polishing pad or microfiber surface is incorporated, while continuous dust extraction. Verfahren zur Herstellung einer mit Photosensibilisator beschichteten Fläche für eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der LED-Leiterplatte zwischen den LED's mit einer fein aufgerauten Oberfläche versehen ist, auf der der Photosensitizer gleichmäßig und sehr dünn verteilt und mit Druck in die feine Aufrauung mit hoher Bewegungsgeschwindigkeit unter Druck und kurzzeitiger Temperaturerhöhung in einem staubdichten Raum mittels feiner Fasern eines Polierfells oder Mikrofaserfläche eingearbeitet wird während ständiger Staubabsaugung.A method of making a photosensitizer coated surface for a device according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface of the LED circuit board is provided with a finely roughened surface between the LED's, on which the photosensitizer distributes uniformly and very sparingly and with pressure is incorporated into the fine roughening with high speed of movement under pressure and brief increase in temperature in a dust-tight room by means of fine fibers of a polishing pad or microfiber surface during continuous dust extraction.
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