光消毒系统和方法技术方案

本申请公开了一种照明系统，所述照明系统包括光源，所述光源被配置成朝一个或多个表面或材料产生光以灭活所述一个或多个表面或材料上的一个或多个病原体。所述光包括灭活部分，所述灭活部分具有在280到380纳米范围内的波长。

Light disinfection system and methods

The application discloses a lighting system, which comprises a light source, which is configured to generate light to one or more surfaces or materials to inactivate one or more pathogens on one or more surfaces or materials. The light includes an inactivated part, and the inactivated part has wavelengths within a range of 280 to 380 nanometers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光消毒系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年3月18日提交的美国临时申请号62/134,954的优先权，其整个公开内容通过引用被并入本文中。
本文中公开的主题的实施例涉及对表面和材料消毒病原体(即灭活病原体)的照明系统。
技术介绍
已经使用光对表面上、空气中或水中的病原体消毒(即，灭活流体中或固体表面上的病原体)。这里，术语“病原体”指能够在人中引起疾病或感染的任何微小的生物体。这些生物体包括细菌、病毒、孢子和真菌。这里，术语“灭活(inactivate)”指使病原体不活跃或者不能够感染人。这可以包括杀死病原体，使其不能或不太能复制，或者使其不能感染人。一些已知的系统使用紫外(UV)光灭活病原体。这里，我们采用标准定义，如下：紫外光指具有在100纳米(nm)到400nm范围内的波长的光；UV范围内的四个子范围包括从100到200nm的真空UV；从200到280nm的UVC；从280到315nm的UVB；以及从315到400nm的UVA。尽管在照明行业不严格地定义可见的颜色，这里我们采用紫色和蓝色的常用定义，分别包括大约400到大约450nm和大约450到大约490nm。一些已知的系统使用在200到300范围内的UV光，包括UVC范围和UVB范围的一些，以通过破坏其DNA或RNA并使它们不能繁殖、因此不能在人中引起疾病来灭活病原体。200到300nm的这个范围有文献称作杀菌范围，在本文也这样称呼。已知光源诸如低压和中压水银灯和脉冲氙气灯通过用在杀菌范围内的波长照射流体(例如水或空气或其它流体)和表面来灭活病原体。参照使用光的杀菌范围的消毒照明的描述在Yin等人的最近出版物“Lightbasedanti-infectives:ultravioletCirradiation,photodynamictherapy,bluelight,andbeyond”,CurrOpinPharmacol，2013年10月中找到。对于表面上、空气中或水中的许多类型的病原体，这些波长的光可能具有高的灭活率。但是，暴露于这些杀菌波长的光可能对人是有害的。结果，这些系统可能只能安全地用在没有人或者阻止人进入的地方。其它系统可以使用紫色、蓝色或更长波长的可见光来灭活最常见的病原体，但是已经发现可见波长的灭活率是光的杀菌波长范围的三到五个数量级低。美国专利号8,398,264描述了一种照明装置，其以足以灭活一个或多个病原体细菌种类的波长和辐照度发射可见光。美国专利号9,039,966描述了一种方法，其中，用于灭活MRSA病原体的可见光包括在400-420nm范围内的波长，即紫外光。但是这些可见光特别是紫外光系统存在几个问题：用可见光对病原体消毒要求非常大的光通量密度(例如大约0.5到大约5W/m2)入射到待消毒表面上几个小时；如果使用紫外光消毒，则以足够的剂量操作可见LED以使常见病原体种群的大约90-99％灭活所需的电功率的量是如此高，以致照明系统的总效率明显降低大约10％到大约50％或更多；如果使用紫光或蓝光消毒，则在由人占据的空间中紫光的通量是如此大，以致一些人居住者遭受眼睛疲劳、头疼、恶心、头晕或不舒服；如果使用紫光或蓝光消毒，则紫光或蓝光的通量是如此大，以致其会使可能与其混合的白光的色点大大地畸变，并且它是如此之大，以致为了达到更有效的消毒的益处，在不超过蓝光光生物学危害标准的允许极限下，通量基本上不能增加，致使光源对人不安全。消毒的有限幅值是紫光的有问题的局限性。通常只在某些有利的条件下对建筑空间消毒实现90-99％的灭活，包括以下因素：植物细菌，可能不包括孢子和病毒；在消毒光源的直视视线方向以及足够接近消毒光源；以及生物膜的缺少；对孢子和病毒具有明显更低的灭活率。在大多数非理想情况下，灭活率可能大大地低于大约90-99％，因此可能是无效的，例如在较低通量水平情况下，由于阴影或与消毒光源的距离；生物膜或高的生物负载；孢子或病毒。结果，这些系统是昂贵的，能量低效的，视觉突兀的，对一些个体造成生理不安，对人的暴露处于安全的边缘，以及由克服这些问题所需的系统设计中的折衷引起的消毒幅值的限制。这里，术语“常见病原体”指常造成人类疾病的病原体，特别是在最常遇到的医院感染即所称的医院获得性感染(HAI)的环境中，包括众所周知的病原体金黄色葡萄球菌(S.aureus)；耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)；艰难梭状芽孢杆菌(C.diff.)；大肠杆菌((E.coli.)；和几个其它革兰氏阳性、革兰氏阴性、孢子、病毒和真菌病原体。其它系统可以使用波长中心在405nm光的可见光提供对许多常见病原体的病原体种群的大约90-99％的灭活，但前提是光源在延长的时间段(即五到十小时或者更长的暴露时间)内产生消毒光，并且以明显大的辐射功率密度产生消毒光。根据文献Maclean等人的High-IntensityNarrow-SpectrumLightInactivationAndWavelengthSensitivityOfStaphylococcusAureus,FEMSMicrobiolLett285(2008)227-232，使用405nm光，灭活常见病原体种群的大约90％的光的剂量通常是大约10-20J/cm2。这对应于暴露时间为8小时的405nm光的3.5-7W/m2辐照度。假定当今405nmLED的典型效率为大约20-30％(将电功率转换成辐射光学功率的效率)，消毒照明需要大约12-35Wel/m2的电功率密度。用于从具有100LPW典型功效的光源以500勒克斯的水平的通常白光照射的电功率密度是大约5Wel/m2。如果提供对目标表面上的大约90-99％消毒的消毒照明被加入并与在目标表面上具有大约500勒克斯的通量密度的白色照明混合，则组合的照明系统的电功率密度会是大约17-40Wel/m2。由于使用405nm光消毒所需的电功率密度比白光照射所需的电功率密度大得多，所以照射和消毒照明系统的总系统效率可以降低高达大约70-90％，通常从100LPW到大约10-30LPW。美国加热、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)能量标准90.1-2013提供了照明功率密度(LPD)的上限在大约0.5到大约2.0Wel/ft2范围内或者在典型的室内照明应用中大约5到大约20Wel/ft2。特别是对于医院，允许的上限LPD是通过建筑面积方法计算的1.05Wel/ft2或11.3Wel/ft2。对于上文给出的典型值，对于使用405nm光的消毒照明系统，大约17-40Wel/m2的LPD超过了11.3Wel/m2的ASHRAE限值。ASHRAE限值还可能将照明的消毒部分(405nm辐射)的通量约束到不超过大约6Wel/m2，这对使用405nm光在8小时周期上灭活90-99％的病原体是不够的。ASHRAE限值可能不利地影响客户在一些规定应用中使用405nm消毒照明的能力。美国专利申请号US2011/0251657A1描述了一种照明装置，其以在3到15％的可见光辐照度的范围内的辐照度，发射在320-380nm范围内的可见光和UVA光，其中，可见光在工作表面提供700勒克斯，足以激活人血清素神经系统，优点是降低对人的进攻性。当320nm或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：光源，所述光源被配置成朝一个或多个表面或材料产生光以灭活所述一个或多个表面或材料上的一个或多个病原体，所述光包括灭活部分，所述灭活部分具有在280到380纳米范围内的波长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.18 US 62/134954;2016.03.10 US 15/0658941.一种系统，包括：光源，所述光源被配置成朝一个或多个表面或材料产生光以灭活所述一个或多个表面或材料上的一个或多个病原体，所述光包括灭活部分，所述灭活部分具有在280到380纳米范围内的波长。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，至少被所述光的灭活部分灭活的所述一个或多个病原体包括以下中的一个或多个：葡萄球菌、梭状芽孢杆菌、链球菌或细菌性肺炎。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成朝所述一个或多个表面或材料产生所述光，同时还并行地使一个或多个人暴露于所述光。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成朝所述一个或多个表面或材料产生所述光以不使用光敏剂而灭活所述一个或多个病原体。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光，使得所述光的灭活部分对所述光的人观察者察觉不到。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过0.00015瓦特光化学紫外光每平方米占地面积。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过0.5瓦特紫外A光每平方米占地面积。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过11瓦特蓝光每立体弧度每平方米占地面积。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过0.001瓦特光化学紫外光每平方米占地面积。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过10瓦特每平方米占地面积的紫外A光每平方米占地面积。11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过100瓦特蓝光每立体弧度每平方米占地面积。12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过0.003瓦特光化学紫外光每平方米占地面积。13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部分，使得所述光的灭活部分包括不超过33瓦特每平方米占地面积的紫外A光每平方米占地面积。14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源被配置成产生所述光的灭活部...

【专利技术属性】
技术研发人员：GR艾伦，T克莱恩，KJ本纳，KJ维克，EL克瓦姆，
申请(专利权)人：通用电气照明解决方案有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US