Brevet FR2913888A1 — publié le 20080926

Procédé et dispositif d'irradiation par rayonnement d'énergie photonique modulée. 10 Domaine technique de l'invention L'invention concerne un dispositif d'irradiation par rayonnement d'énergie 15 photonique, comprenant : - un module émetteur photonique de longueur d'ondes prédéterminée, connecté à une source de courant continu par un transistor, - et un circuit de découpage à impulsions pour commander le transistor. 20 Ce type de dispositif d'irradiation utilise un module émetteur à diodes LED ou laser pour des applications de photo bio stimulation (PBS), notamment pour stimuler ou modifier une réaction de défense des cellules de l'organisme, en apportant notamment un soulagement important des douleurs d'origines inflammatoires et physiologiques. 25 Les cellules vivantes réagissent de manières différentes aux sollicitations électromagnétiques, chimiques, thermiques ou mécaniques . L'analyse protéomique a permis d'identifier des séquences de protéines impliquées dans les mécanismes de stress et de défense, ainsi que dans 30 des réactions de réponses à la lumière. Malgré la complexité due à l'ensemble des participants impliqués dans la séquence mise en jeu, de tels mécanismes de réaction sont rapides (de l'ordre de quelques minutes). Il est maintenant acquis que des combinaisons spécifiques de chemins réactionnels, souvent inter agissants entre eux, mènent à des modes des transcription distincts au cours des phénomènes de stress (on définit par stress, des conditions d'application d'énergies au milieu vivant qui ne sont pas celles que les cellules rencontrent de manière physiologique habituelle). L'application d'un stress énergétique doux permet tout à la fois de modifier les mécanismes physiologiques cellulaires, mais également, de par l'application envisagée, d'en influencer les cinétiques et les orienter vers le but recherché. io Ce réseau régulateur permet, dans le cas des plantes par exemple, de fournir des réponses très finement adaptées aux différents stimuli, et qui gèrent le développement des cellules, tissus et organes. La majorité des séquences protéiniques générées par les conditions de stress impliquent en même temps des réactions de défense. Des séquences similaires 15 sont impliquées dans les mêmes mécanismes stress - défense dans les cellules animales et les levures. Les mécanismes physiologiques (synthèse de protéines, stimulation et modification des mécanismes de synthèses endogènes de métabolites, modification des facteurs sigma, implication de séquences génétiques 20 différentes, poration, etc....) modifiés par l'application de ce stress peuvent être, selon les énergies mises en jeu, temporaires et/ou réversibles, ou mener à la destruction sélective de certaines populations, alors que d'autres populations sont modifiées différemment, menant à leur croissance ou à leur décroissance. Les réponses cellulaires dépendent en plus d'autres facteurs tels que la 25 fréquence, la puissance et la durée de l'irradiation, de la nature des milieux de couplage entre le module émetteur et le milieu traité. Par la combinaison originale de trois domaines d'ondes électromagnétiques, la présente technologie permet d'orienter les effets selon les plages de fréquences utilisées et les paramètres dont elles dépendent. 30 État de la technique Le document US 6602275 décrit un dispositif de photothérapie faisant usage de trois séries de diodes LED de différentes longueurs d'ondes (470nm, 630nm, et 880nm). Un circuit de commande est branché entre l'alimentation et les diodes LE:D, et comporte un processeur électronique connecté par l'intermédiaire d'interrupteurs et d'un convertisseur numérique analogique à des amplificateurs opérationnels destinés à piloter des transistors FET associés aux différentes séries de diodes LED. L'ensemble permet d'ajuster le niveau de puissance, la durée et la vitesse de répétition et de séquence des impulsions d'alimentation. Les documents US No. 3.280.816 , FR 1.342.772 et FR 1.501.984 concernent l'émission d'électrons dans un large spectre de fréquences 15MHz à 300MHz, nécessitant une énorme énergie (afin de réaliser un plasma) d'hyper 15 fréquences et de fréquences HF. A ces fréquences et ces puissances, l'effet thermique est important. Le document US No. 5,584,863 se rapporte à un appareillage de traitements électromagnétiques qui utilise des hautes fréquences, à hautes énergies, mais 20 sans effet thermique. La photo bio stimulation (PBS) dans le domaine rouge à infrarouge proche (630- 1000 nm) permet d'accélérer la guérison des blessures, d'améliorer la récupération de blessures ischémiques cardiaques et d'atténuer la 25 dégénérescence d'un nerf optique blessé (voir brevet US No 2004215293). La photothérapie LED a été également utilisée pour accélérer l'éclosion et diminuer le taux de mortalité des oeufs de poule. 3 30 Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste en un procédé et un dispositif d'irradiation permettant une meilleure pénétration du rayonnement électromagnétique 5 dans le milieu à traiter, en stimulant de manière optimale les réactions physiologiques des cellules de l'organisme. Le procédé d'irradiation par rayonnement d'énergie photonique consiste à émettre un rayonnement de photons de fréquence nanométrique, caractérisé 10 en ce que l'émission nanométrique est modulée par un premier découpage à radiofréquence RF pour dépolariser les cellules, et par un deuxième découpage à basse fréquence BF pour stimuler les cellules. Le procédé met en jeu la combinaison originale de trois domaines d'ondes 15 électromagnétiques, à savoir : - une émission de photons, de fréquence nanométrique, - un découpage de l'émission nanométrique par Radio Fréquence afin de dépolariser les cellules, permettant ainsi une pénétration plus efficace des photons 20 -. un découpage de l'émission nanométrique par basse fréquence pour stimuler les cellules et permettre une action plus efficace des ondes nanométriques. Le rayonnement des photons de fréquence nanométrique et modulé par la 25 RF et la BF est émis par des diodes LEDs ou des diodes laser. Le signal résultant est composé d'une émission de photons par onde électromagnétique de plusieurs centaines de THz (Tera-Hertz = 1012 Hz) clécoupée en impulsions par une basse fréquence et une radiofréquence et modulée par les harmoniques de ces deux fréquences. 30 Ce rayonnement de photons s'effectue dans des conditions énergétiques douces. 4 25 C'est la combinaison du découpage et de la modulation de la fréquence nanométrique par deux fréquences et la modulation par leurs harmoniques qui provoque l'effet recherché. La propagation de ces ondes se fait sans contact direct avec la cible que représentent les organismes vivants, dans des conditions énergétiques douces propres aux mécanismes fondamentaux du vivant et sans apport ni utilisation d'aucun agent ou réactifs de nature chimique ou autre. L'avantage de cette technique réside dans le fait qu'elle permet une pénétration plus aisée de l'onde, tout en n'utilisant qu'une faible énergie. ~o Les effets observés par l'application du procédé selon l'invention sont, entre autres : - la modification de la germination des graines, de la levée de semis et la croissance des plantes, 15 - les effets physiologiques de soulagement des douleurs musculaires, foulures, maux de dos, douleurs post-traumatiques. 1) Effets physiques de pénétration de l'onde: L'effet physique est dû à la modulation RF . 20 Le choix s'est porté sur un oeuf, milieu représentatif d'un milieu vivant, et sur une irradiation infrarouge proche de 875 nanomètres. L'émetteur IR délivre 100 mW/cm2, il est placé à 20 cm de l'oeuf. La mesure se fait au centre de l'oeuf, à l'aide d'un capteur IR. traitement Mesure (mW/cm2) Facteur d'atténuation Effet de pénétration de l'onde IR IR seuls 0,5 200 _ Pénétration faible IR avec modulation BF 0,5 200 Pénétration faible IR avec modulation RF 10 10 RF est la porteuse de l'IR IR avec modulation( 10 10 RF permet la pénétration, la BF BF+RF) l'effet biocellulaire 2) Effets de réponse bio cellulaires : l'effet est dû aux basses fréquences BF a) traitement des graines de radis : essais de germination après exposition des graines durant 15 minutes, traitement Germinaison_ Croissance Témoin 3 jours IR, seuls 3 jours Identique au témoin IR. modulation( BF+RF) 5 jours Retard (qui se rattrape par rapport aux autres après 3-4 jours (JO + 8- 9) : donc croissance plus rapide en finale. Le plant est plus vigoureux, les feuilles sont déjà découpées et plus vertes après 8 jours (JO + 14) ensuite, après plantation, irradiation de 15 min/jour b) traitement des graines de concombre 5 Non irradiation avant plantation, mais après plantation, irradiation des pots tous les jours15'/jour traitement Germinaison Croissance Témoin 8 jours IR seuls 8 jours Croissance plus rapide que témoin IR modulation( BF+RF) 6 jours Croissance plus rapide, mais également croissance plus vigoureuse (feuilles plus vertes) c) traitement des graines de salade et de persil Les graines de persil sont difficiles à faire germer (il faut généralement 40 io jours pour les faire germer) Résultats après 21 jours : Germination traitement Germinaison persil Germinaison salade IR seuls Pas de germinaison Faible germinaison témoin Pas de germinaison Germinaison moyenne IR modulation( BF+RF) Germinaison très nombreuse Germinaison très nombreuse 15 irradiation avant plantation, mais après plantation, irradiation des pots 15 tous les jours durantl5'/jour Les effets sur les graines de persil et de salades sont différents : L.'irradiation pulsée fait germer plus les graines L.'irradiation continue fait germer moins de graines de salade, mais celles qui sont germées, lèvent plus haut que celles irradiées en pulsé. Par contre, pour le persil, qui est connu pour mal pousser, après un long délai, l'irradiation pulsée seule permet la levée ; ni l'irradiation continue, ni le semis naturel ne permettent la germination rapide. Croissance traitement Croissance persil Croissance salade IR seuls -Montée plus vigoureuse Témoin - Montée moyenne IR modulation( BF+RF) -montée uniquement sous Montée moyenne _ conditions pulsées Un exemple de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend: un module émetteur photonique de longueur d'ondes prédéterminée, connecté à une source de courant continu par un transistor, -. et un circuit de découpage à impulsions pour commander le transistor, 15 et est caractérisé en ce que le circuit de découpage comporte un premier oscillateur à basse fréquence et un deuxième oscillateur radio fréquence, connectés tous les deux aux entrées d'un circuit logique ET, et que la sortie du circuit logique ET est branchée à la grille du transistor pour moduler l'alimentation à double découpage par les deux fréquences desdits premier 20 et deuxième oscillateurs. Selon un mode de réalisation préférentiel, le module émetteur est doté d'une série de diodes électroluminescentes à rayonnement proche de l'infrarouge, et du type GaAlAs. La fréquence BF du premier oscillateur est comprise de 25 préférence entre 10Hz et 20Hz, tandis que la fréquence RF du deuxième oscillateur est comprise entre 1000kHz et 1500kHz.10 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre 5 d'exemple non limitatif et représenté au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 représente le schéma simplifié du circuit électronique du dispositif d'irradiation selon l'invention ; la figure 2 montre la forme du train d'impulsions en sortie du circuit de 1 o découpage. Description détaillée de l'invention 15 En référence à la figure 1, un dispositif d'irradiation 10 par rayonnement d'énergie photonique modulée, est composée d'un module émetteur 11 photonique capable de délivrer une onde électromagnétique nanométrique, notamment de plusieurs centaines de THz (Tera-Herz 1012). 20 Le module émetteur photonique 11 est formé par une pluralité de diodes électroluminescentes LED (une seule est représentée sur la figure 1) à rayonnement proche de l'infrarouge, par exemple du type GaAlAs. Les cliodes LED sont alimentées par une source de courant continu AL à très basse tension (par exemple entre 3V et 12V) à travers un transistor TR de 25 commande. Le transistor TR de commande peut être un transistor à effet de champ dont la grille est connectée électriquement à la sortie S1 d'au moins un circuit logique ET, l'ensemble formant un circuit de découpage 14. Le transistor TR 30 et le circuit logique ET peuvent bien entendu être remplacés par tout autre composant pour assurer le découpage des impulsions d'alimentation. Un premier oscillateur 12 à basse fréquence, et un deuxième oscillateur 13 à radio fréquence sont reliés à l'entrée du circuit logique ET. A titre d'exemple, le premier oscillateur 12 de fréquence 12Hz délivre des 5 impulsions El carrées de 60ms tous les 22ms. Le deuxième oscillateur 13 de fréquence 1230kHz délivre des impulsions E2 de 0,37microseconde tous les 0,40 microseconde. La figure 2 illustre le train d'impulsions en sortie S1 du circuit de découpage ~o '14, soit un total de 77922 impulsions de 0, 37microseconde pendant 60ms et renouvelé tous les 22ms. Ces impulsions de découpage sont appliquées à la grille G du transistor TR, laquelle est connectée à la masse par une résistance R1. L'une des 15 électrodes du transistor TR est en liaison avec la masse, et l'autre électrode est connectée à la cathode des diodes LED émettrices. L'anode des diodes L.ED est branchée à la source de courant continu AL, soit directement, soit à travers des résistances R2, R3. La source de courant continu AL peut être constituée par une batterie ou un convertisseur AC-DC associé à un circuit 20 de régulation à basse tension. Les diodes LED émettent des rayonnements de mêmes longueurs d'ondes, et sont avantageusement connectées en série dans une même branche. Plusieurs branches peuvent être reliées en parallèle en fonction du nombre 25 de diodes LED. Une diode de signalisation Dl marche-arrêt est connectée en série avec une résistance R4 entre la source de courant continu AL et la cathode des diodes LED du module émetteur 11. Des condensateurs C sont branchés en 30 parallèle entre la source AL et la masse. 30 La présence du circuit de découpage 14 piloté par les deux oscillateurs 12, 13 assure l'alimentation pulsée des diodes LED pour l'émission de l'onde électromagnétique nanométrique de plusieurs centaines de THz, laquelle est découpée en impulsions par la basse fréquence de 12Hz et la radio fréquence de 1230kHz. Ce double découpage génère des harmoniques qui modulent l'émission principale en THz aux fréquences de 12Hz et 1230Hz. On a constaté que l'utilisation de telles ondes électromagnétiques nanométriques découpées et modulées par une basse fréquence et une radio fréquence, permet également de stimuler les cellules de l'organisme, en apportant notamment un soulagement important des douleurs d'origines inflammatoires et physiologiques (foulures, maux de dos, douleurs post-traumatiques, etc....). Le découpage à basse fréquence (12 Hz) favorise la pénétration des ondes électromagnétiques dans les cellules, et le découpage à radio fréquence (1230 kHz) permet une dépolarisation du milieu à traverser. L'émission du rayonnement produite par les diodes LED a une fréquence centrale de l'ordre de 875nm (343THz) qui se situe à la limite du visible et de l'infrarouge. La puissance moyenne émise est faible, environ de 0,3W/cm2. En fonction de l'effet recherché pour une application prédéterminée, il est possible de modifier les valeurs des fréquences de découpage. La fréquence EDF du premier oscillateur peut être comprise de préférence entre 10Hz et 20Hz, tandis que la fréquence RF du deuxième oscillateur est comprise entre 1000kHz et 1500kHz. Les réponses cellulaires dépendent en plus d'autres facteurs, tels que la fréquence, la puissance et la durée de l'irradiation, de la nature des milieux de couplage entre le module émetteur 11 et le milieu traité. Les diodes LED du module émetteur 11 qui subissent la double modulation peuvent être remplacées par d'autres composants électroluminescents, notamment des diodes laser, pour obtenir des effets différents, notamment sur la germination des graines ou semis. Les domaines d'applications de la présente technologie de photo-bio-5 stimulation (à savoir l'utilisation de fréquences nanomètriques découpées et modulées par une fréquence RF et BF) sont les suivants: - stimulation des réponses cellulaires des milieux biologiques (cellules prokaryotes, eukaryotes, bactéries, levures, moisissures... ) 10 -• traitement des cellules dans les domaines identiques à ceux de la photothérapie et de la photophérèse , - amélioration des techniques utilisées en biotechnologies cellulaires (poration, transfection), -croissances cellulaires (cultures) 15 - optimalisation du fonctionnement des milieux nutritifs. - croissance des embryons, éclosion des oeufs, -régénération des fractures osseuses, de la peau, de cartilages, tendons, muscles - traitement de l'arthrite et autres inflammations 20 application en vétérinaire - semis et croissance des plantes - action dans les milieux gazeux (air, oxygène... ou autres mélanges de gaz), liquide, ou sur toutes masses vivantes. - application dans le domaine du traitement des eaux, des boues et de 25 l'épuration. Revendications 1. Procédé d'irradiation par rayonnement d'énergie photonique consistant à émettre un rayonnement de photons de fréquence nanométrique, caractérisé en ce que l'émission nanométrique est modulée par un premier découpage à radiofréquence RF, et par un deuxième découpage à basse fréquence BF. 2. Dispositif d'irradiation (10) par rayonnement d'énergie photonique, comprenant : - un module émetteur (Il) photonique de longueur d'ondes prédéterminée, connecté à une source de courant continu (AL) par un transistor (TR) et un circuit de découpage (14) à impulsions pour commander le transistor (TR), caractérisé en ce que le circuit de découpage (14) comporte un premier oscillateur (12) à basse fréquence (BF) et un deuxième oscillateur (13) à radio fréquence (RF), connectés tous les deux aux entrées d'un circuit logique (ET), et que la sortie du circuit logique est branchée à la grille du transistor (TR) pour moduler l'alimentation à double découpage par les deux fréquences (BF et RF) desdits premier et deuxième oscillateurs (12,13). 3. Dispositif d'irradiation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module émetteur (11) est doté d'une série de diodes, électroluminescentes (LED) ou laser, à rayonnement proche de l'infrarouge. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence (BF) du premier oscillateur (12) est comprise entre 10Hz et 20Hz. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence (RF) du deuxième oscillateur (13) est comprise entre 1000kHz et 1500kHz. 1230