ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЕ ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО
ELECTROCHROMIC DEVICE AND DEVICE FOR PHOTODYNAMIC TREATMENT HAVING SAID ELECTROCHROMIC DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение относится к электрохромному устройству. Настоящее изобретение также относится к устройству для фотодинамического лечения, содержащему такое электрохромное устройство.
Предшествующий уровень техники
В настоящее время в медицине используются различные варианты лечения светом. Основные примеры - фотодинамическое лечение in-vivo или ex-vivo кожных заболеваний, раковых опухолей, псориаза, психических расстройств, инфекций мочевого пузыря, ускорение заживления ран, восстановление после травм спинного мозга и противодействие атрофии мышц и костей. Фотодинамическое лечение - это лечение, при котором используется лекарство, которое называется "фотосенсибилизатор" или "фотосенсибилизирующий агент", и свет конкретного типа. Когда на фотосенсибилизаторы воздействует свет с определенной длиной волны, они производят реактанты, такие как радикалы кислорода, которые убивают соседние клетки. Каждый фотосенсибилизатор активируется светом с конкретной длиной волны. Поскольку эта длина волны определяет, насколько глубоко свет может пройти внутрь тела, для лечения разных участков тела используют конкретные фотосенсибилизаторы и длины волн. В настоящее время в большинстве устройств для фотодинамического лечения применяют различные монохромные источники света, такие как лазеры и светоизлучающие диоды, и которые могут охватить диапазон длин волн от инфракрасного (ИК, 1100 нм) до ультрафиолетового (УФ, 300 нм) участка спектра. Основным недостатком известных устройств для фотодинамического лечения является то, что для лечения доступна лишь одна длина волн. Поскольку конкретные (биологические) процессы требуют определенных (единственных) длин волн, применение известных устройств для фотодинамического лечения ограничивается активацией фотосенсибилизаторов, чувствительных к тому диапазону длин волн, который излучает устройство для фотодинамического лечения. Имеется растущая потребность в устройствах для фотодинамического лечения, адаптированных как к одновременной, так и к последовательной активации различных фотосенсибилизаторов, что требует различных активирующих длин волн или диапазонов длин волн.
Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства, с помощью которого можно последовательно активировать множество фотосенсибилизаторов.
Краткое описание изобретения
Эта задача может решаться с помощью электрохромного устройства, описанного в преамбуле, содержащего: по меньшей мере одно полихромное осветительное устройство, по меньшей мере одно переключаемое электрохромное окно для селективного регулирования пропускания по меньшей мере одной длины волны, излучаемой осветительным устройством в ответ на напряжение, поданное на электрохромное окно. Поскольку электрохромное окно электрохромного устройства по настоящему изобретению имеет разную непрозрачность из-за электрохимической окислительно-восстановительной реакции, протекающей в этом электрохромном окне при подаче на него напряжения, это электрохромное окно будет проявлять разные характеристики светопропускания (непрозрачности). С помощью такого переключаемого электрохромного устройства, таким образом, можно селективно фильтровать свет, излучаемый полихромным осветительным устройством, и, следовательно, селективно передавать свет с конкретной длиной волны или с конкретным диапазоном длин волн, в зависимости от напряжения, приложенного к электрохроматическому окну. Посредством селективного переключения и, в итоге, регулирования электрохромного окна электрохромное устройство по настоящему изобретению выполнено с возможностью эффективно излучать свет с множеством длин волн и/или с множеством диапазонов длин волн, не только одновременно, но и последовательно. Таким образом, если устройство по настоящему изобретению встроено в устройство для фотодинамического лечения, оно может последовательно активировать множество фотосенсибилизаторов, требующихся для активации различных длин волн. В этом контексте следует отметить, что термин "свет" следует толковать в широком смысле. Этот термин включает не только электромагнитное излучение видимого спектра (типично имеющее длину волн от 380 до 780 нм), но также включает и невидимое электромагнитное излучение, такое как инфракрасное, ультрафиолетовое и даже может включать рентгеновские лучи.
В варианте электрохромного устройства по настоящему изобретению осветительное устройство содержит множество монохромных источников света. Примерами монохромных источников света являются лазер и светоизлучающий диод. В этом варианте предпочтительно использовать множество светоизлучающих диодов, которые предпочтительно уложены в пакет поверх друг друга. В предпочтительном варианте осветительное устройство содержит по меньшей мере один полихромный источник света. Таким образом, осветительное устройство и, следовательно, электрохромное устройство можно изготовить относительно компактным. Хотя в устройстве по настоящему изобретению можно использовать обычную (полихромную) лампу накаливания, более предпочтительно применять один или множество полихромных органических светоизлучающих диодов (OLED) или один или множество полихромных пластиковых или полимерных светоизлучающих диодов (PLED), хотя стоимость полимерных светоизлучающих диодов довольно высока. Полихромные светодиоды существенно более компактны, чем обычные лампы накаливания. По сравнению с обычными твердотельными светоизлучающими диодами, органические светоизлучающие диоды потенциально гораздо дешевле в производстве. Более того, органические светоизлучающие диоды легче, чем обычные светодиоды, и их можно относительно легко изготавливать известными способами осаждения. Типичный органический светоизлучающий диод содержит анод, катод и по меньшей мере два слоя органического материала, расположенные между анодом и катодом. Анод во многих органических светоизлучающих диодах содержит материал с относительно широкими функциональными возможностями, такой как оксид иридия и олова (ITO), а катод содержит материал с относительно узкими функциональными возможностями, такой как кальций (Са). Один из слоев органического материала в типичном органическом светоизлучающем диоде содержит материал, способный транспортировать дырки, и этот слой обычно называют слоем транспортировки дырок. Другой слой органического материала содержит материал, способный транспортировать электроны, и он обычно называется слоем транспортировки электронов. Слой транспортировки электронов может также функционировать как люминесцирующая среда (или эмиссионный слой). Альтернативно, между слоем транспортировки дырок и слоем транспортировки электронов может располагаться дополнительный эмиссионный слой. В любом случае, когда на органический светоизлучающий диод подается нужное смещение, анод инжектирует дырки (носители положительного заряда) в слой транспортировки дырок, а катод инжектирует электроны в слой транспортировки электронов. Инжектированные дырки и электроны мигрируют к противоположно заряженному электроду. Когда электрон и дырка локализуются на одной и той же молекуле, возникает возбуждение по Френкелю и излучается (видимый) свет.
В предпочтительном варианте электрохромное устройство содержит множество электрохромных окон. Этот вариант может давать преимущества в случае, когда желательно или требуется получить относительно большую площадь освещения, и разные электрохромные окна можно расположить рядом друг с другом. В альтернативном варианте по меньшей мере два электрохромных окна выполнены с возможностью проявлять разные оптические характеристики в ответ на напряжение, поданное на эти окна. Согласно этому варианту такие разные электрохромные окна можно укладывать одно на другое. Поскольку каждое электрохромное окно можно включать и выключать и, следовательно, оно работает как переключаемый световой фильтр, множество переключаемых фильтров можно укладывать один на другой. Такое накопительное фильтрование может оптимизировать и настраивать излучение и получать излучение требуемого конкретного спектра.
Электрохромное окно предпочтительно содержит пакет множества слоев, осажденных на поддерживающую поверхность. Более конкретно, пакет множества слоев электрохромного окна осажден на осветительное устройство, предпочтительно образованное множеством светоизлучающих диодов, в частности, органических. Электрохромное окно типично содержит пакет, состоящий из слоя хранения ионов, электрохромного слоя и соответствующего твердотельного электролита, разделяющего слой хранения ионов и электрохромный слой, где выбор материала для электрохромного слоя определяет длины волн или диапазоны длин волн, поглощаемых и, соответственно, пропускаемых электрохромным слоем. Пакет выполнен с возможностью осаждения на подложку. На слой хранения ионов и на электрохромный слой нанесен прозрачный токовый коллектор, такой как, например, оксид иридия и олова (ITO). Эта сборка слоев нормально заключена между двумя стеклянными слоями. Источник питания подключен к двум слоям ITO, и напряжение выбивает ионы из слоя хранения ионов через ионопроводящий слой (электролит) и в электрохромный слой. Это приводит к тому, что стекло становится непрозрачным. Подбирая соответствующее напряжение, ионы можно выбивать из электрохромного слоя в слой хранения ионов. Когда ионы покидают электрохромный слой, электрохромное окно восстанавливает свою прозрачность.
5
x
1-x
2
2
2
2
2
2
Напряжение, необходимое для питания осветительного устройства и электрохромного окна, можно брать от внешнего источника питания, например, от сети. Однако в предпочтительном варианте электрохромное устройство содержит по меньшей мере один электрохимический источник питания для питания по меньшей мере одного осветительного устройства и по меньшей мере одного электрохромного окна. В более предпочтительном варианте электрохимический источник питания является интегральной частью электрохромного устройства по настоящему изобретению. Электрохимический источник питания предпочтительно содержит по меньшей мере одну батарею, содержащую первый электрод батареи, второй электрод батареи и промежуточный твердотельный электролит, разделяющий первый электрод батареи и второй электрод батареи. Такая тонкопленочная батарея может быть полностью интегрирована в пакетную систему (system-in-package, SiP) вместе с осветительным устройством и электрохромным окном. Предпочтительно, тонкопленочная батарея имеет трехмерную ориентацию для улучшения характеристик батареи. Варианты трехмерно-ориентированной тонкопленочной батареи описаны в международной заявке на патент WO 2005/027245. Предпочтительно, по меньшей мере один электрод источника питания по настоящему изобретению выполнен с возможностью хранения активных разновидностей по меньшей мере одного из следующих элементов: водород (Н), литий (Li), бериллий (Be), магний (Mg), алюминий (Al), медь (Cu), серебро (Ag), натрий (Na) и калий (К), или любые другие подходящие элементы, отнесенные к группе 1 или группе 2 периодической системы химических элементов. Поэтому электрохимический источник питания системы по настоящему изобретению может быть основан на различных механизмах интеркаляции и, следовательно, пригоден для формирования элементов батареи, относящихся к разным типам, например, литий-ионные элементы, никель-металл-гидридные элементы и пр. В предпочтительном варианте по меньшей мере один электрод, скорее анод батареи, содержит по меньшей мере один из следующих материалов: C, Sn, Ge, Pb, Zn, Bi, Li и, предпочтительно, легированный Si. Для формирования электрода (электродов) можно также использовать комбинацию этих материалов. Предпочтительно в качестве электрода используется легированный Si n-типа или p-типа, или соединение, содержащее легированный Si, например, SiGe или SiGeC. В качестве анода можно использовать и другие подходящие материалы, предпочтительно, любой подходящий элемент, отнесенный к группам 12-16 периодической системы, при условии, что этот материал электрода батареи пригоден для интеркаляции и хранения вышеупомянутых реактивных видов. Вышеупомянутые материалы, в частности, пригодны для применения в литий-ионных батареях. Если используется водородный топливный элемент, положительный электрод предпочтительно содержит материал, формирующий гидрид, например, материалы типа АВ-5, в частности, LaNi, и такие как сплавы на основе магния, в частности MgTi. Отрицательный электрод для литий-ионного элемента предпочтительно содержит по меньшей мере один материал на основе оксида металла, например, LiCoO, LiNiO, LiMnO или их комбинацию, например, Li(NiCoMn)O. В случае источника питания на основе водорода катод предпочтительно содержит Ni(OH) и/или NiM(OH), где M - один или более элементов из группы, например, включающей Cd, Co или Bi.
В предпочтительном варианте электрохромного устройства по настоящему изобретению электрохромное устройство содержит управляющее устройство для управления напряжением, подаваемым на по меньшей мере одно электрохромное окно. Управляющее устройство также может получать питание от интегрированного электрохимического источника питания электрохромного устройства.
Для обеспечения по существу гомогенного светового потока, исходящего из электрохромного устройства, предпочтительно на по меньшей мере одно электрохромное окно нанесен один или множество слоев оптической пленки для диффузии света, пропускаемого этим электрохромным окном. Эти диффузионные и/или отражающие пленки известны специалистам.
В предпочтительном варианте электрохромное устройство частично окружено корпусом. Защитный корпус применен для предотвращения повреждений или, по меньшей мере, противодействия повреждениям электрохромного устройства. Поскольку корпус обычно изготовлен из непрозрачного материала, электрохромное окно предпочтительно оставлено по существу не закрытым этим корпусом.
Настоящее изобретение также относится к устройству для фотодинамического лечения, содержащему электрохромное устройство по настоящему изобретению. Для этого предпочтительно выбран полихромный источник света так, что длиной (длинами) волны (волн) света, излучаемого этим источником, можно активировать по меньшей мере один фотосенсибилизатор. В предпочтительном варианте устройство для фотодинамического лечения является биоимплантируемым. В альтернативном предпочтительном варианте устройство для фотодинамического лечения выполнено с возможностью лечения тела человека или животного ex-vivo. Эти (интегрированные или имплантируемые) устройства для фотодинамического лечения могут быть преимущественно использованы для лечения in-vivo или ex-vivo кожных заболеваний, раковых опухолей, псориаза, психических расстройств, инфекций мочевого пузыря, для ускорения заживления ран, реабилитации после травм спинного мозга и для противодействия атрофии мышц и костей.
Краткое описание чертежей
Далее следует подробное описание неограничивающих примеров настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг.1 - схематическое сечение электрохромного устройства по настоящему изобретению.
Фиг.2 - схематическое сечение другого электрохромного устройства по настоящему изобретению.
Фиг.3а - подробное схематическое сечение электрохромного окна, которое может использоваться в электрохромном устройстве по фиг.1 и 2.
Фиг.3b - подробное схематическое сечение другого электрохромного окна, которое может использоваться в электрохромном устройстве по фиг.1 и 2.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 показано схематическое сечение электрохромного устройства 1 по настоящему изобретению. Электрохромное устройство 1, показанное на фиг.1, выполнено с возможностью применения в качестве устройства для фотодинамического лечения. Электрохромное устройство 1 содержит ламинат 2 из тонкопленочной твердотельной батареи 3, осажденной на подложку (явно не показана), и поверх батареи 3 последовательно осаждены первый разделительный слой 5, управляющее устройство 5, второй разделительный слой 6, полихромный органический светоизлучающий диод 7 и электрохромное окно 8. Интегрированная батарея 3 выполнена с возможностью осуществлять питание и полихромного органического светоизлучающего диода 7, и электрохромного окна 8. Электрохромное окно 8 выполнено с возможностью переключения посредством управляющего устройства 5 и, следовательно, может быть включено и выключено. Электрохромное окно 8 выполнено с возможностью переключения между по существу прозрачным состоянием и состоянием, в котором электрохромное окно 8 по меньшей мере частично непрозрачно. Таким образом, электрохромное окно 8 работает как регулируемый светофильтр для селективного фильтрования света, излучаемого полихромным органическим светоизлучающим диодом 7, что позволяет электрохромному устройству эффективно излучать свет с заранее определенной длиной волны или с заранее определенным диапазоном длин волн, тогда как другие длины волн (изначально также излучаемые органическим светодиодом 7) поглощаются электрохромным окном 8. При фотодинамическом лечении электрохромным устройством 1 можно управлять так, чтобы оно эффективно одновременно или последовательно излучало свет с разными длинами волн или разными диапазонами длин волн, что позволяет использовать устройство 1 для фотодинамического лечения для одновременной или последовательной активации разных фотосенсибилизаторов. Ламинат 2 окружен защитным корпусом 9. Электрохромное устройство может применяться ex-vivo, а также может быть использовано in-vivo путем биоимплантации.
На фиг.2 показано схематическое сечение другого электрохромного устройства 10 по настоящему изобретению. Электрохромное устройство 10, показанное на фиг.2, конструктивно по существу аналогично устройству 1 по фиг.1, а разница между ними заключается в том, что это электрохромное устройство 10 содержит множество монохромных светоизлучающих диодов 11а, 11b, уложенных один поверх другого, при этом монохромные светоизлучающие диоды 11а, 11b выполнены с возможностью излучать свет разного цвета. Электрохромное устройство 10 далее содержит подложку, на которой находится твердотельная батарея 12, а поверх батареи 12 последовательно расположены первый разделительный слой 13, управляющее устройство 14, второй разделительный слой 15, монохромные светодиоды 11а, 11b и электрохромное окно 16. Защитный корпус 17 защищает батарею 12, управляющее устройство 14 и монохромные светодиоды 11а, 11b. Монохромные светодиоды 11а и 11b совместно образуют полихромное осветительное устройство. Электрохромное устройство 10 работает так же, как и электрохромное устройство 1 по фиг.1.
2
2
x
3
На фиг.3а показано детальное сечение электрохромного окна 18, которое может применяться в электрохромных устройствах 1, 10 по фиг.1 и 2. В электрохромном окне 18, показанном на фиг.3а, присутствуют активные виды на основе лития. Электрохромное окно 18 содержит две стеклянные подложки 19, 20, между которыми расположены первый токовый коллектор 21, слой 22 хранения ионов, электролит 23, электрохромный слой 24 и второй токовый коллектор 25. В этом примере токовые коллекторы 21, 25 выполнены из оксида иридия и олова (ITO). Слой 22 хранения ионов сформирован слоем CeO-TiO, электролит 23 образован LiPON, а электрохромный слой 24 образован LiWO. Источник питания (не показан) подключен к двум токовым коллекторам 24, 25 и напряжение выбивает ионы лития из слоя хранения ионов, через ионопроводящий слой 23 и в электрохромный слой 24. Это придает электрохромному окну 18 по меньшей мере частичную непрозрачность. Подбирая соответствующее напряжение, ионы можно выбивать из электрохромного слоя 24 в слой 22 хранения ионов. Когда ионы покидают электрохромный слой 24, электрохромное окно 18 восстанавливает свою прозрачность.
2
y
x
y
(1-y)
x
На фиг.3b показано подробное схематическое сечение другого электрохромного окна 26, которое можно использовать в электрохромном устройстве 1, 10 по фиг.1 и 2. В электрохромном окне 26, показанном на фиг.3b, присутствуют активные виды на основе водорода. Электрохромное окно 26 содержит две стеклянные подложки 27, 28, между которыми расположены первый токовый коллектор 29, слой 30 хранения ионов, первый слой 31 палладия, электролит 32, второй слой 33 палладия, электрохромный слой 34 и второй токовый коллектор 35. В этом примере токовые коллекторы 29, 35 выполнены из оксида иридия и олова (TIO). Слой 30 хранения ионов сформирован слоем Ni(OH), электролит 32 образован ZrOH, а электрохромный слой 34 образован MgGdH. Слои 31, 33 палладия выполнены ультратонкими и предназначены для катализа абсорбции и десорбции водорода в слое 30 хранения ионов и в электрохромном слое 34.
Следует отметить, что вышеописанные примеры иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и специалисты могут создать множество альтернативных вариантов, не выходящих за пределы объема приложенной формулы. В формуле изобретения любые ссылочные знаки в скобках не должны толковаться как ограничивающие формулу. Использование глагола "включает" и его производных не исключает наличия элементов, или шагов, не упомянутых в формуле. Элемент, указанный в единственном числе, не исключает возможности наличия множества таких элементов. Тот факт, что определенные меры описаны в разных зависимых пунктах, не указывает на то, что нельзя к выгоде использовать комбинацию таких мер.