JP2013146528A - 光刺激方法及び光刺激装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コラーゲン合成を促進したり、細菌の成長を抑制したり、メラニン合成を抑制したりする光刺激方法及び光刺激装置を提供する。
【解決手段】光刺激方法は、黄色発光ダイオード、赤色発光ダイオード又は青色発光ダイオードを含む発光ダイオード光源を準備するステップと、発光ダイオード光源により被験物を照射してコラーゲン合成を促進したり、細菌の成長を抑制したり、メラニン合成を抑制したりするステップとを含む。黄色発光ダイオードの輝度は1000〜3500ルクスである。赤色発光ダイオードの輝度は6000〜9500ルクスである。青色発光ダイオードの輝度は3000〜7000ルクスである。光刺激装置は、ケーシング10、光拡散シート14、第1の光源モジュール40及び制御モジュール30を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、光刺激方法及び光刺激装置に関し、特に、コラーゲン合成を促進したり、細菌の成長を抑制したり、メラニン合成を抑制したりする光刺激方法及び光刺激装置に関する。
皮膚科では、薬物により患者の皮膚病(例えば、ニキビなど)を治療するのが一般的である。しかし薬物治療を行うと長期的には副作用を伴い、長期間服用した場合、身体に新陳代謝の負担が発生する上、治療効果が理想的でなく、再発の可能性があるため、患者の皮膚問題を改善することができない虞がある。
近年、医療産業及び美容産業が発展し、研究結果によると、波長400〜475nmの青色光をニキビの治療に用いると、青色光がプロピオニバクテリウムアクネス(Propionibacterium Acnes)又は組織細胞内のコプロポルフィリン(coproporphyrin)と作用して毒性モノ酸素(toxic mono−oxygen)及びフリーラジカルを発生させることができる上、細菌及び皮脂腺組織細胞の一部を破壊し、ニキビの炎症を防ぐことができる。他方、波長600〜750nmの赤色光、波長550〜600nmの黄色光及び波長500〜570nmの緑色光は、真皮層の線維芽細胞を刺激し、コラーゲン合成を促進し、皮膚の老化を防ぐことができる。
このように、従来は、美容又は治療等の目的を達成するために、個々人の必要に応じて異なる波長光源を用いて光治療を行っていた(例えば、特許文献1および2参照)。
上述の効果を得るために、現在メーカの大部分はレーザ光又はパルス光を使用し、これら2種類の光のエネルギ又は強度を用いて上述の効果を得ていたが、細胞に障害が起きやすかった。近年、上述の高強度光源を代替することができる一般の光源又は発光ダイオードの光源技術が積極的に開発されているが、発光ダイオードの光源は、エネルギが小さく、適宜な輝度でなければ効果を得ることができず、もし輝度が低すぎる場合、治療効果を得ることができなかった。反対に、光線の輝度が高すぎる場合、細胞に障害が起きやすい上、それに必要な装置の体積も大きくなるため、小型で軽量の携帯式光治療器を開発することは困難であった。
上述したことから明らかなように、特定の輝度範囲の発光ダイオードを利用し、コラーゲン合成を促進したり、細菌の成長を抑制したり、メラニン合成を抑制したりするとともに、人的コスト及び時間コストを減らし、患者の肌を短期間できれいにすることができる光刺激方法及び光刺激装置の開発が求められていた。
台湾登録番号M308080(請求の範囲等) 台湾登録番号M323898(請求の範囲等)
本発明の目的は、発光ダイオードから特定の輝度範囲である赤色光又は黄色光を出射し、線維芽細胞を刺激してコラーゲン合成を促進させるとともに、血液循環を促進し、細胞代謝を促進したり、或いは、特定の輝度範囲の青色光を出射することにより、プロピオニバクテリウムアクネスを抑制したり殺したり、或いは、メラノサイト内のメラニン合成を低減したり抑制したりする光刺激方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態によれば、黄色発光ダイオード、赤色発光ダイオード又は青色発光ダイオードを含む発光ダイオード光源を準備するステップと、発光ダイオード光源により被験物を照射してコラーゲン合成を促進したり、細菌の成長を抑制したり、メラニン合成を抑制したりするステップと、を含み、黄色発光ダイオードの輝度は1000〜3500ルクスであり、赤色発光ダイオードの輝度は6000〜9500ルクスであり、青色発光ダイオードの輝度は3000〜7000ルクスであることを特徴とする光刺激方法が提供される。
従来技術では、通常、様々な波長のレーザ光又はパルス光を使用してニキビを治療したり、真皮層の線維芽細胞を刺激してコラーゲン合成を促進させるが、レーザ光又はパルス光の強度は非常に強く、それに必要な設備が非常に大きいため、一般の消費者は所有することが困難であった。近年、発光ダイオードを光源として使用して上述したようにニキビを治療してコラーゲン合成を促進させる効果を得ることが期待されているが、従来、発光ダイオードの発光輝度が細胞又はバクテリアに与える影響は研究されていないため、特定の輝度が設定されていない条件下において、従来方法により上述の効果を得ることができるか否か知られていない。反対に、本発明で述べる方法は、青色光、黄色光又は赤色光を出射する発光ダイオードを光源として用い、異なる輝度範囲に限定されるため、線維芽細胞を刺激してコラーゲン合成を促進させたり、プロピオニバクテリウムアクネスを抑制したり殺したり、或いは、メラノサイト内のメラニン合成を低減したり抑制したりすることができる。
赤色光又は黄色光の発光ダイオードを使用して適宜な輝度で適宜な時間照射すると、マクロファージ(macrophage)を刺激して細胞のサイトカイン(cytokine)を放出し、線維芽細胞の分裂を促進するとともに、線維芽細胞を刺激してDNAを合成し、増殖因子(Fibroblast Growth Factor:FGF)を分泌してコラーゲン合成を促進させる。被験物が体内細胞(例えば、真皮層内の線維芽細胞又はマクロファージ細胞)である場合、光が直接透過して皮膚に照射されると傷口が癒合されてアンチエージングの効果を得たり、被験物が体外細胞である場合、上述の処理を行った後、処理した細胞を生体へ殖入して上述の効果を得たりする。以上述べたことから明らかなように、本発明で述べる被験物とは、光の刺激を受ける物体である。
本発明の上述の光刺激方法において、発光ダイオード光源が黄色発光ダイオード又は赤色発光ダイオードである場合、被験物が線維芽細胞、マクロファージ細胞又はそれらの組み合わせであることが好ましい。本発明の好適な実施例において、被験物とは線維芽細胞である。また、黄色発光ダイオードの光波長範囲は570〜590nmであり、赤色発光ダイオードの光波長範囲は620〜750nmである。赤色発光ダイオードの照射時間又は黄色発光ダイオードの照射時間は、上述の効果を得て被験物に障害が起きない限り、特に限定されず、赤色発光ダイオード及び黄色発光ダイオードから出射される光線の所定輝度に応じて調整することができる。例えば、輝度が高い場合、照射時間を短くして同等の効果を得たり、反対に、輝度が低い場合、照射時間を長くして同等の効果を得たりしてもよい。
例えば、赤色発光ダイオードが6000〜9500ルクス又は黄色発光ダイオードが1000〜3500ルクスの輝度の光を出射する場合、照射時間は5〜90分間である。例えば、赤色発光ダイオードを使用して輝度が9890ルクスの光を照射すると、短時間の場合、大きな影響は無いが、長時間の場合、輝度が高すぎて細胞に障害が起きる虞がある。反対に、赤色発光ダイオードを使用して、輝度が6000ルクス以下の光を出射すると、輝度が低すぎるため、長時間使用することができずに効果を得ることはできない。
青色発光ダイオードを使用し、適宜な輝度により、適宜な時間照射すると、メラノサイトを刺激し、チロシナーゼ(tyrosinase)に直接的又は間接的に影響を与えてメラニン合成を減らし、メラニン色素の沈着を防ぐこともできる。一方、プロピオニバクテリウムアクネス中のコプロポルフィリンに化学作用が発生し、細胞毒性のモノ酸素及びフリーラジカルを発生させ、プロピオニバクテリウムアクネス自身の活性に障害が起きて死ぬとともに、皮脂腺組織細胞の一部に悪影響を及ぼして皮脂分泌を減少させる。もし被験物が皮膚である場合、皮膚表面のニキビ又はプロピオニバクテリウムアクネスに対して殺菌効果を与えたり、皮膚表面のメラノサイトに対してメラニン合成を抑制したりすることにより、皮膚の色が濃くなることを防いで美白効果を得る。
本発明の上述の光刺激方法において、発光ダイオード光源が青色発光ダイオードである場合、被験物はプロピオニバクテリウムアクネス、メラノサイト又はそれらの組み合わせである。さらに、青色発光ダイオードの光波長範囲が450〜475nmである場合、上述の効果を得て、被験物に障害が起きることを防ぐことができる限り、青色発光ダイオードの照射時間は特に限定されず、青色発光ダイオードから出射される光線の所定輝度に応じて調整してもよい。例えば、輝度が高い場合、照射時間を短くして同等の効果を得たり、反対に輝度が低い場合、照射時間を長くして同等の効果を得たりしてもよい。
例えば、青色発光ダイオードが3000〜7000ルクスの輝度の光を出射する場合、その照射時間は5〜90分間である。しかし、使用する輝度が上述の輝度範囲より高い場合、短時間では大きな影響を受けないが、長時間の場合、輝度が高すぎるために細胞に障害が起きる虞がある。反対に、使用する輝度が上述の輝度範囲より低い場合、輝度が低すぎるために、長時間使用しても効果を得ることが困難である。本発明の好適な実施例では、青色発光ダイオードが5330ルクスの輝度の光を出射する場合、その照射時間が30分間を超えないとメラニン生成を減らすことはできない。本発明の好適な実施例では、青色発光ダイオードが5710ルクスの輝度の光を出射する場合、10分以上照射するだけでプロピオニバクテリウムアクネスを抑制する効果を得ることができる。
本発明のもう一つの目的は、特定の輝度範囲を有する光を赤色発光ダイオード又は黄色発光ダイオードから出射させ、線維芽細胞を刺激してコラーゲン合成を促進するとともに、血液循環を促進し、細胞代謝を高めたり、或いは、特定の輝度範囲を有する光を青色発光ダイオードから出射すると、プロピオニバクテリウムアクネスを抑制して殺したり、メラノサイト内のメラニン合成を低減させたり抑制させたりすることができる。
上記課題を解決するために、本発明の第2の形態によれば、ケーシング、光拡散シート(diffuser plate)、第1の光源モジュール及び制御モジュールを備えた光刺激装置であって、ケーシングは、光取出し口が設けられた頂面と、側縁と、を有し、光拡散シートは、ケーシングの光取出し口を覆い、第1の光源モジュールは、ケーシングの収納空間中に配置され、第1の発光ダイオードを有し、第1の発光ダイオードは、光拡散シートの下方へ配置され、第1の発光ダイオードは、赤色発光ダイオード、黄色発光ダイオード又は青色発光ダイオードを含み、黄色発光ダイオードから出射されて光拡散シートを透過する光の輝度は1000〜3500ルクスであり、赤色発光ダイオードから出射されて光拡散シートを透過する光の輝度は6000〜9500ルクスであり、青色発光ダイオードから出射されて光拡散シートを透過する光の輝度は3000〜7000ルクスであり、制御モジュールは、第1の光源モジュール及び電源モジュールと電気的に接続されることを特徴とする光刺激装置が提供される。
以上述べたことから明らかなように、本発明の光刺激装置は、青色光、黄色光又は赤色光を出射させる発光ダイオードを光源として用い、様々な色の光線が対応した輝度範囲に限定されるため、本発明の光刺激装置により照射を行うと、線維芽細胞を刺激してコラーゲン合成を促進したり、プロピオニバクテリウムアクネスを抑制したり殺したり、メラノサイト内のメラニン合成を低減したり抑制したりすることができる。
本発明の上述の光刺激装置では、電源モジュールは、外部電源でもよいし、ケーシングの収納空間中へ配置したりしてもよい。電源モジュールをケーシングの収納空間中に配置する場合、電源モジュールは、二次電池を含んだり一般の乾電池又はボタン電池が収納された構成により電源供給を行ってもよい。一方、電源モジュールが外部電源であったり、ケーシングの収納空間中に配置する二次電池である場合、制御モジュールは、電源モジュールを制御モジュールへ電気的に接続する充電ソケットを選択的に含んでもよい。
これ以外に、本発明の上述の光刺激装置の制御モジュールは、ケーシングの表面に配置されて、電源モジュールの電源供給を制御する電源スイッチを選択的に含んでもよい。さらに、ケーシングは、光刺激装置の光リーク現象を減らすことができるように、光透過率が低い材料(例えば、反射性が高かったり密度が高かったりする材料)からなることが好ましい。さらに、当業者であれば分かるように、様々な構造設計により、光刺激装置の全体構造の密着度を高めて、光刺激装置の光リーク現象を減らしてもよい。
他方、本発明の上述の光刺激装置は、ケーシングの側縁に光取出し孔を選択的に設けてもよい。このような場合、光刺激装置は、光取出し孔を覆う透光性プレートと、透光性プレートに対応して配置されて透光性プレートへ光線を透過させる第2の光源モジュールと、をさらに含んでもよい。また、このような構成の場合、制御モジュールは、ケーシング表面に配置され、第1の光源モジュール又は第2の光源モジュールをオンするモード切換スイッチをさらに含んでもよい。言い換えると、モード切換スイッチは、第1の光源モジュールと第2の光源モジュールとの作動を切り換える。第1の光源モジュール及び第2の光源モジュールで採用する発光ダイオードは、同じ色でもよいし異なる色でもよい。
本発明の上述した光刺激装置は、光取出し口に設けた光拡散シートにより出射される光を均一にし、治療光がユーザの目に直接照射されることを防ぎ、装置の光刺激効果の均一性を高める。言い換えると、元々、点光源であった発光ダイオードの光を拡散させて光取出し口の箇所で面光源を形成する。さらに、光取出し孔に設けた透光性プレートは、特に光拡散シートに限定されるわけではなく、もし光拡散シートである場合、上述の効果を得て、もし光拡散シートでない場合、点光源からの光線を直接透過させる。
本発明の上述の光刺激装置において、第1の光源モジュールと第2の光源モジュールとは交換してもよい。言い換えると、第1の光源モジュール及び第2の光源モジュールは、赤色発光ダイオード、黄色発光ダイオード又は青色発光ダイオードにより構成されてもよい。赤色光を照射する場合、赤色発光ダイオードで構成される光源モジュールへ交換し、青色光を照射する場合、青色発光ダイオードで構成される光源モジュールへ交換する。これ以外に、第1の光源モジュール及び第2の光源モジュールで使用する発光ダイオードを交換可能な方式に設計してもよい。言い換えると、赤色光を照射する場合、光源モジュール上の発光ダイオードを赤色発光ダイオードへ交換する。
以上述べたことから明らかなように、本発明の光刺激方法及び光刺激装置は、様々な色の発光ダイオード(例えば、赤色光、黄色光又は青色光の発光ダイオード)を使用し、光刺激作用を行うことができるため、プロピオニバクテリウムアクネスを抑制したり殺したり、メラノサイトのメラニン合成を低減したり抑制したり、コラーゲン合成を向上させたりすることにより、ニキビを治療したり、美白の効果を得たり、アンチエージングの効果を得たりすることができる。
本発明の第1実施例に係る光刺激装置を示す斜視図である。 本発明の第1実施例に係る光刺激装置を示す側面図である。 本発明の第1実施例に係る光刺激装置を示すシステムブロック図である。 本発明の第2実施例に係る人線維芽細胞の生存率を示すグラフである。 本発明の第3実施例に係る人線維芽細胞の生存率を示すグラフである。 本発明の第4実施例に係るコラーゲン合成率を示すグラフである。 本発明の第5実施例に係る人線維芽細胞の生存率を示すグラフである。 本発明の第6実施例に係る人線維芽細胞の生存率及びコラーゲン合成率を示すグラフである。 本発明の第7実施例に係るヒトメラノサイトの生存率を示すグラフである。 本発明の第8実施例に係るメラニンの合成率を示すグラフである。 本発明の第9実施例に係るプロピオニバクテリウムアクネスの生存率を示すグラフである。 本発明の比較例に係る人線維芽細胞の生存率を示すグラフである。
以下、本発明の実施例について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
(第1実施例)
図1〜図3を参照する。図1は、本発明の第1実施例に係る光刺激装置を示す斜視図である。図2は、本発明の第1実施例に係る光刺激装置を示す側面図である。図3は、本発明の第1実施例に係る光刺激装置を示すシステムブロック図である。
図1〜図3に示すように、本発明の第1実施例に係る光刺激装置は、ケーシング10、光拡散シート14、透光性プレート13、第1の光源モジュール40、第2の光源モジュール50及び制御モジュール30を含む。
ケーシング10には、各モジュールを収納するために用いる収納空間が形成されている。さらに、ケーシング10は、頂面11及び側縁12を有する。頂面11には、光取出し口111が設けられている。側縁12には、光取出し孔121が設けられている。
頂面11に設けられた光取出し口111は、光拡散シート14により覆われる。側縁12に設けられた光取出し孔121は、透光性プレート13により覆われる。第2の光源モジュール50は、透光性プレート13に対応してケーシング10の収納空間中に配置されるとともに、光線を出射して透光性プレート13に透過させ、少なくとも1つの第2の発光ダイオード51を有する。ここで、透光性プレート13を単純に光を透過させるだけに用い、光を拡散させるために用いない場合は、第2の光源モジュール50を点光源にしてもよい。
第1の光源モジュール40は、ケーシング10の収納空間中に配置され、アレイ状に配列された複数の第1の発光ダイオード41を有する。第1の発光ダイオード41は、光拡散シート14の下方へ配置される。第1の発光ダイオード41は、赤色発光ダイオード、黄色発光ダイオード又は青色発光ダイオードを含む。黄色発光ダイオードから出射されて光拡散シートを透過する光の輝度は1000〜3500ルクスであり、赤色発光ダイオードから出射されて光拡散シートを透過する光の輝度は6000〜9500ルクスであり、青色発光ダイオードから出射されて光拡散シートを透過する光の輝度は3000〜7000ルクスである。
制御モジュール30は、第1の光源モジュール40及び電源モジュール20と電気的に接続される。制御モジュール30は、電源モジュール20と電気的に接続するために用いる充電ソケット33と、ケーシング10の表面に設置して電源モジュール20の電源供給を制御する電源スイッチ31と、ケーシング10の表面に設置して第1の光源モジュール40又は第2の光源モジュール50を起動するモード切換スイッチ32と、を含む。
電源モジュール20は、外部電源でもよいし、ケーシング10の収納空間中へ配置されてもよい。電源モジュール20は、ケーシング10の収納空間中に配置される。電源モジュール20は、二次電池を含んだり一般の乾電池又はボタン電池が収納された構成により電源供給してもよい。
そのため、上述の光刺激装置は、特定の輝度範囲を有する光を赤色発光ダイオード又は黄色発光ダイオードから出射させ、線維芽細胞を刺激してコラーゲン合成を促進したりするとともに、血液循環を促進し、細胞代謝を促進する。或いは、特定の輝度範囲を有する光を青色発光ダイオードから出射してプロピオニバクテリウムアクネスを抑制して殺したり、メラノサイト内のメラニン合成を低減させたり抑制させたりしてもよい。
(第2実施例)
上述の第1実施例の光刺激装置を利用し、人線維芽細胞を照射し、細胞の生存率の影響を研究した。第2実施例の光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードから出射される光は、輝度が9250ルクスの赤色光である。
まず、人線維芽細胞を含むDMEM細胞培養液を48ウェルプレート内へ加え、接種する細胞数を2×10個/ウェルにし、48ウェル内の各ウェル内の培養液の総体積(細胞を含む)を計0.5mlにし、COインキュベータにおいて24時間培養した。その後、全ての培養液を取り出してから、PBS緩衝液0.5mlを加えて第1実施例の赤色光刺激装置(9250ルクス)を使用し、5、10、15、30、45、60、90分間照射してから、ウェル内の全てのPBS緩衝液を取り出して0.5mlの培養液を加えて24時間培養した。
その後、新しい培地0.5mlを交換して0.125mlのMTT試薬を加え、37℃、5%のCOの細胞インキュベータへ入れて4時間反応させた後、全ての培地を取り出し、0.5mlのDMSOに溶解したホルマザン(formazan)を加えて0.2mlを96ウェル内へ入れ、ELISA Reader(ELISA Reader SpectraMax M2)により、OD570nmのときの吸光度を測定した。細胞生存率の計算式は、細胞生存率(%)=(照射後のOD570/コントロールOD570)×100%であり、コントロールとは、光刺激装置により照射されない細胞を指し、その実験結果を図4に示す。
図4を参照する。図4に示すように、輝度が9250ルクスである赤色光を5分間照射した後の細胞生存率は116%であり、10分間照射した後の細胞生存率は116%であり、15分間照射した後の細胞生存率は111%であり、30分間照射した後の細胞生存率は110%であり、45分間照射した後の細胞生存率は109%であり、60分間照射した後の細胞生存率は108%であり、90分間照射した後の細胞生存率は103%であり、それらの結果は、実験を3回行って得た平均値である。ヒューマンエラーが±10%以内である条件下では、照射時間が5〜30分間の細胞生存率はこの値を超える。このことから明らかなように、輝度9250ルクスの赤色発光ダイオードを5〜30分間照射すると、人線維芽細胞の生存率が僅かに増加する。この結果から明らかなように、赤色光を使用しても細胞生存率が減らないため、輝度が9250ルクスの赤色発光ダイオードの光を治療に使っても安全である。
(第3実施例)
上述の第2実施例の結果から明らかなように、輝度が9250ルクスの赤色発光ダイオードを5〜30分間照射すると、人線維芽細胞の生存率を向上させることができるとともに、如何なる照光時間であっても治療の安全性に合致する。第3実施例では、照射回数を1回から2回へ変更し、赤色発光ダイオードの輝度を7800ルクスまで弱めてから、細胞の生存率を試験した。
まず、人線維芽細胞を含むDMEM細胞培養液を48ウェルプレート内へ加え、接種する細胞数を2×10個/ウェルにし、48ウェル内の各ウェル内の培養液の総体積(細胞を含む)を計0.5mlにし、COインキュベータへ置いて24時間培養した。その後、全ての培養液を取り出してから、PBS緩衝液0.5mlを加えて第1実施例の赤色光刺激装置(7800ルクス)を使用し、5、10、15、30、45、60、90分間照射してから、ウェル内の全てのPBS緩衝液を取り出し、0.5mlの培養液を加えて24時間培養し、上述の光刺激ステップを再び繰り返した。
その後、新しい培地0.5mlを交換して0.125mlのMTT試薬を加え、37℃、5%のCOの細胞インキュベータへ入れて4時間反応させた後、全ての培地を取り出し、0.5mlのDMSOに溶解したホルマザン(formazan)を加え、0.2mlを96ウェル内へ入れて、ELISA Reader(ELISA Reader SpectraMax M2)により、OD570nmのときの吸光度を測定した。細胞生存率の計算式は、細胞生存率(%)=(照射後のOD570/コントロールOD570)×100%であり、コントロールとは、光刺激装置で照射されない細胞を指し、その実験結果を図5に示す。
図5を参照する。図5に示すように、輝度が7800ルクスである赤色光を5分間照射した後の細胞生存率は122%であり、10分間照射した後の細胞生存率は132%であり、15分間照射した後の細胞生存率は121%であり、30分間照射した後の細胞生存率は119%であり、45分間照射した後の細胞生存率は121%であり、60分間照射した後の細胞生存率は116%であり、90分間照射した後の細胞生存率は107%であった。
上述の結果は、実験を3回繰り返して得た平均値である。ヒューマンエラーが±10%である条件下では、照射時間が5〜60分間の細胞生存率はこの値を超える。このことから明らかなように、輝度7800ルクスの赤色発光ダイオードを5〜60分間照射すると、人線維芽細胞の生存率が高まり、特に5〜45分間照射したときの効果が最も高い。
(第4実施例)
上述した第1実施例の光刺激装置により人線維芽細胞を照射し、人線維芽細胞が分泌するコラーゲンの影響を研究した。第4実施例では、光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードから輝度が7800ルクスの赤色光を出射させた。
まず、人線維芽細胞を含むDMEM細胞培養液を48ウェルプレート内へ加え、接種した細胞数は2×10個/ウェルであり、48ウェル内の各ウェル内の培養液の総体積(細胞を含む)は計0.5mlであり、COインキュベータへ置いて24時間培養した。その後、全ての培養液を取り出してから、PBS緩衝液0.5mlを加えて第1実施例の赤色光刺激装置(7800ルクス)を使用し、5、10、15、30、45分間照射してから、ウェル内の全てのPBS緩衝液を取り出し、0.5mlの培養液を加えて24時間培養し、上述の光刺激ステップを再び繰り返した。
その後、ウェル内の培地を全て取り出し、1.5mlのエッピンチューブへ入れた後、培養後の細胞のウェルへ0.5ml、0.5Mの酢酸水溶液(4℃)をそれぞれ加え、20分間放置して、その中のコラーゲンを溶解した後、ウェル内の全ての水溶液を取り出して1.5mlのエッペンチューブ内へ入れ、エッペンチューブへ50μlの酸中和剤(acid neutralizing reagent:Biocolor)、4℃、100μlの分離濃縮剤(Isolation & Concentration Reagent:Biocolor)をそれぞれ加え、4℃の冷蔵庫に一晩置いた。その後、エッペンチューブを取り出して12000rpmで10分間遠心させて上澄み液を取り除いてから、エッペンチューブ内に1mlの呈色試験液(Sircol Dye Reagent:Biocolor)を加えてエッペンチューブへ入れて30分間、音波処理し、12000rpmで10分間遠心処理した後、上澄み液を取り除いてから、4℃、750μlの酸塩洗浄剤(Acid−Salt Wash Reagent:Biocolor)を加え、その後、12000rpmで10分間遠心して上澄み液を取り除き、エッピンチューブに250μlのアルカリ剤(Alkali Reagent:Biocolor)を加えてから、最後に各チューブから200μlを取り出して96ウェル内へ入れ、555nmの吸光度を測定した。コラーゲン生成率(%)=(照射後のコラーゲン生成量/コントロールのコラーゲン生成量)×100%において、コントロールとは、光刺激装置により照射されていない細胞のことを指し、その実験結果を図6に示す。図6は、線維芽細胞の生存率を示し、この細胞生存率は上述の第2実施例の方法により測定して得た結果である。
図6を参照する。図6に示すように、輝度7800ルクスの赤色発光ダイオードを30分間照射した後のコラーゲン合成率は123%であり、輝度は7800ルクスの赤色発光ダイオードを照射した後、人繊維芽細部から分泌するコラーゲン効果を増進させるが、30分間照射したときの効果が最も高かった。
(第5実施例)
上述の第1実施例の光刺激装置を利用して人線維芽細胞を照射し、線維芽細胞の生存率に与える影響を研究した。第5実施例の光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードから出射される光の輝度は2290ルクスの黄色光であり、第3実施例の方法により分析を行い、照射時間は、5、10、15、30、45分間であり、その実験結果を図7に示す。
図7を参照する。図7に示すように、2290ルクスの黄色発光ダイオードを15分間照射した後の細胞生存率は115%であり、これは人線維芽細胞の生存率を高める効果が得られることを表し、10〜45分間照射した後の効果が最も高いことを表す。
(第6実施例)
上述した第1実施例の光刺激装置を利用し、人線維芽細胞を照射し、線維芽細胞が分泌するコラーゲンに対する影響を研究した。第6実施例の光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードから出射される黄色光の輝度は2290ルクスであり、第4実施例の方法により分析し、その実験結果を図8に示す。また、図8は、線維芽細胞の生存率を表し、この細胞生存率は、第5実施例の方法により測定した。
図8を参照する。図8に示すように、2290ルクスの黄色発光ダイオードを15分間照射した後のコラーゲン合成率は125%である上、細胞毒性が無く、これは人線維芽細胞が分泌するコラーゲンを増やす効果があることを表すが、その効果は照射時間10〜45分間のときが最も高かった。
(第7実施例)
上述の第1実施例の光刺激装置を利用し、ヒトメラノサイトを照射し、ヒトメラノサイトの生存率に対する影響を研究した。第7実施例の光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードから輝度5330ルクスの青色光を出射させた。
まず、α−MSH培地を含むヒトメラノサイトを24ウェルプレート内へ接種し、この細胞数を7×10個/ウェルにした。続いて、各ウェルに10%のFBS(Hyclone)の培地を加え、細胞を含む総体積を計0.5mlにし、COインキュベータにおいて24時間培養した。その後、全ての培養液を取り出してから、PBS緩衝液0.5mlを加えて第1実施例の青色光刺激装置(5330ルクス;ファンを増設して放熱し、温度を維持した)を使用し、5、10、15、30、45、60、90分間照射してから、全てのPBS緩衝液を取り出して、0.5mlの培地を加えて24時間培養した。
その後、新しい培地0.5mlを交換して0.125mlのMTT試薬を加え、37℃、5%のCOの細胞インキュベータへ入れて4時間反応させた後、全ての培地を取り出して0.5mlのDMSOに溶解したホルマザン(formazan)を加え、0.2mlを96ウェル内へ入れて、ELISA Reader(ELISA Reader SpectraMax M2)により、OD570nmのときの吸光度を測定した。細胞生存率の計算式は、細胞生存率(%)=(照射後のOD570/コントロールOD570)×100%であり、ここでコントロールとは、光刺激装置により照射されていない細胞を指し、その実験結果を図9に示す。
図9を参照する。図9から明らかなように、細胞が死ぬ現象は全く起こらず、コントロールと比較した後のヒューマンエラーは±10%以内であり、これはこの輝度の条件下において青色光が依然として安全範囲内にあることを表す。
(第8実施例)
上述の第1実施例の光刺激装置を利用し、ヒトメラノサイトを照射し、メラニン合成に与える影響を研究した。第8本実施例の光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードにより輝度5330ルクスの青色光を出射させた。
まず、α−MSH培地を含むヒトメラノサイトを24ウェルプレート内へ接種する。この細胞数は1×10個/ウェルであり、各ウェル内に10%のFBSの培地及び細胞液を加え、その総体積を総計0.5mlにし、COインキュベータにおいて24時間培養した。その後、全ての培地を取り出してから、PBS緩衝液0.5mlを加えて第1実施例の青色光刺激装置(5330ルクス;ファンを増設して放熱し、温度を維持した)を使用し、5、10、15、30、45、60、90分間照射してから、PBS緩衝液の全てを取り出して0.5mlの培地を加えて24時間培養した。その後、全ての培地を取り出し、Trypsin−EDTA溶液(1X)により細胞を洗浄した後、1000rpmで10分間遠心して上澄み液を取り除き、200μlの1M、NaOHを加えて沸騰水に10分間浸漬し、細胞内のメラニンをNaOH内へ溶解させてから、分光光度計を利用してOD490nmによりメラニンの含有量を測定した。その結果を図10に示す。
図10を参照する。図10に示すように、5330ルクスの青色発光ダイオードの場合、5分間照射した後のメラニンの発生率は105%であり、10分間照射した後のメラニンの発生率は101%であり、15分間照射した後のメラニンの発生率は105%であり、30分間照射した後のメラニンの発生率は108%であり、45分間照射した後のメラニンの発生率は96%であり、60分間照射した後のメラニンの発生率は98%であり、90分間照射した後のメラニンの発生率は91%であった。上述の結果は、実験を3回繰り返して得た平均値であり、この実験結果から明らかなように、青色光を90分間照射するとメラノサイトのメラニン量が約10%減少する。
(第9実施例)
上述の第1実施例の光刺激装置を利用し、プロピオニバクテリウムアクネスを照射し、プロピオニバクテリウムアクネスの生存率に与える影響を研究した。第9実施例の光刺激装置中の光源モジュールが使用する発光ダイオードにより、輝度が5710ルクスである青色光を出射させた。
まず、冷凍保存された菌液を取り出し、平板培地で3つの区画線で培養し、1つのコロニーを選択し、そのコロニーを無菌接種で耳取り、平板培地上へ塗布し、48時間後に平板培地上から掻き取って無菌水に溶かし、無菌水のOD値(OD600=0.1)を調整した後、無菌水で2倍に希釈して菌数が10の菌液を得ることができる。
続いて、菌液を6cmの9枚のシャーレへ置き、各シャーレの菌液量はそれぞれ5mlであり、第1実施例の青色光刺激装置(5710ルクス)を用いて、5、10、15、20、30、45、60、90分間照射した。その後、光を照射した後の菌液を連続して10倍希釈し、その濃度を10−3、10−4、10−5にし、各濃度で0.1mlの培養液を取り出してRCM(BD biosciences)のシャーレ上に塗布し、夫々3枚に分け、37℃の嫌気性条件にて48時間培養し、その後、シャーレを取り出して菌の数を計算し、30〜300個のコロニーの数/シャーレをコロニーの有効数とした。
さらに、光照射後の残りの菌液を、0.1ml取り出して液体5mlのRCM培地において、37℃の嫌気性条件にて48時間培養した後、OD600にて光照射後のプロピオニバクテリウムアクネスの成長変化を観察し、その結果を図11に示す。図11に示すように、45分間照射した後、プロピオニバクテリウムアクネスを抑制する効果は95%に達することから、菌抑制効果が十分あることは明らかである。
(比較例)
光刺激装置により人線維芽細胞を照射し、人線維芽細胞の生存率に対する影響を研究した。本比較例において、光源モジュールが使用する発光ダイオードは、輝度9890ルクスの赤色光を出射し、第2実施例で述べる方法により分析を行い、その実験結果を図12に示す。
図12に示すように、9890ルクスの赤色発光ダイオードを5分間照射した後の細胞生存率は111%であり、10分間照射した後の細胞生存率は105%であり、15分間照射した後の細胞生存率は108%であり、30分間照射した後の細胞生存率は91%であり、45分間照射した後の細胞生存率は82%であり、60分間照射した後の細胞生存率は75%であり、90分間照射した後の細胞生存率は85%であり、それらの結果は、実験を3回繰り返して得た平均値である。
ヒューマンエラーが±10%以内である条件下では、光照射時間が5分間の細胞生存率はこの値を超える。しかし、光照射時間が45〜90分間の細胞生存率はこの値より低い。このことから明らかなように、9890ルクスの赤色発光ダイオードを5分間照射すると、人線維芽細胞の生存率が僅かに高まるが、照光時間が長くなるに従い、人線維芽細胞の生存率が下がり始め、30分に達するとコントロールよりも生存率が低くなり、45分を超えるとさらに減少する。そのため、9890ルクスの赤色発光ダイオードで細胞を照射すると、安全性に問題が発生する虞がある。
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
10 ケーシング
11 頂面
12 側縁
13 透光性プレート
14 光拡散シート
20 電源モジュール
30 制御モジュール
31 電源スイッチ
32 モード切換スイッチ
33 充電ソケット
40 第1の光源モジュール
41 第1の発光ダイオード
50 第2の光源モジュール
51 第2の発光ダイオード
111 光取出し口
121 光取出し孔

Claims (16)

  1. 黄色発光ダイオード、赤色発光ダイオード又は青色発光ダイオードを含む発光ダイオード光源を準備するステップと、
    前記発光ダイオード光源により被験物を照射してコラーゲン合成を促進したり、細菌の成長を抑制したり、メラニン合成を抑制したりするステップと、を含み、
    前記黄色発光ダイオードの輝度は1000〜3500ルクスであり、前記赤色発光ダイオードの輝度は6000〜9500ルクスであり、前記青色発光ダイオードの輝度は3000〜7000ルクスであることを特徴とする光刺激方法。
  2. 前記発光ダイオード光源は、前記黄色発光ダイオード又は前記赤色発光ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の光刺激方法。
  3. 前記被験物は、線維芽細胞、マクロファージ又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1または2に記載の光刺激方法。
  4. 前記黄色発光ダイオードの光波長範囲は570〜590nmであり、
    前記赤色発光ダイオードの光波長範囲は620〜750nmであることを特徴とする請求項2または3に記載の光刺激方法。
  5. 前記赤色発光ダイオードの照射時間又は前記黄色発光ダイオードの照射時間は5〜90分間であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の光刺激方法。
  6. 前記発光ダイオード光源は、前記青色発光ダイオードであることを特徴とする請求項1に記載の光刺激方法。
  7. 前記被験物は、プロピオニバクテリウムアクネス、メラノサイト又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項6に記載の光刺激方法。
  8. 前記青色発光ダイオードの光波長範囲は450〜475nmであることを特徴とする請求項6または7に記載の光刺激方法。
  9. 前記青色発光ダイオードの照射時間は5〜90分間であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の光刺激方法。
  10. ケーシング、光拡散シート、第1の光源モジュール及び制御モジュールを備えた光刺激装置であって、
    前記ケーシングは、光取出し口が設けられた頂面と、側縁と、を有し、
    前記光拡散シートは、前記ケーシングの前記光取出し口を覆い、
    前記第1の光源モジュールは、前記ケーシングの収納空間中に配置され、第1の発光ダイオードを有し、前記第1の発光ダイオードは、前記光拡散シートの下方へ配置され、前記第1の発光ダイオードは、赤色発光ダイオード、黄色発光ダイオード又は青色発光ダイオードを含み、前記黄色発光ダイオードから出射されて前記光拡散シートを透過する光の輝度は1000〜3500ルクスであり、前記赤色発光ダイオードから出射されて前記光拡散シートを透過する光の輝度は6000〜9500ルクスであり、前記青色発光ダイオードから出射されて前記光拡散シートを透過する光の輝度は3000〜7000ルクスであり、
    前記制御モジュールは、前記第1の光源モジュール及び電源モジュールと電気的に接続されることを特徴とする光刺激装置。
  11. 前記電源モジュールは、外部電源であるか、前記ケーシングの前記収納空間中に配置されることを特徴とする請求項10に記載の光刺激装置。
  12. 前記制御モジュールは、前記電源モジュールを前記制御モジュールへ電気的に接続する充電ソケットを含むことを特徴とする請求項10または11に記載の光刺激装置。
  13. 前記制御モジュールは、前記ケーシングの表面に配置されるとともに前記電源モジュールの電源供給を制御する電源スイッチを含むことを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項に記載の光刺激装置。
  14. 前記ケーシングの側縁には、光取出し孔が設けられることを特徴とする請求項10〜13のいずれか一項に記載の光刺激装置。
  15. 前記光取出し孔を覆う透光性プレートと、前記透光性プレートに対応して配置されるとともに前記透光性プレートを透過させる光線を出射する第2の光源モジュールと、をさらに備えることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一項に記載の光刺激装置。
  16. 前記制御モジュールは、前記ケーシングの表面に配置されるとともに前記第1の光源モジュール又は前記第2の光源モジュールを起動するモード切換スイッチと、を含むことを特徴とする請求項10〜15のいずれか一項に記載の光刺激装置。
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