基本信息
- 项目名称：
- LED多源光子装置的研制及其在生物医学中应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- “ LED多源光子装置”主要由LED组合灯具、驱动电路和控制系统组成。通过对红光等色光的研究，确定了LED组合灯具的主光谱辐射区；对LED优化组合，研制出系列组合灯具；解决了LED驱动、芯片散热等技术问题，基于单片机实现了光色、光强、照射时长、时段的智能控制，提供连续、间断和闪烁照射方式。 利用“LED多源光子装置”进行了家兔血压，光照射孕鼠对子鼠影响、多源光子对家兔烫伤模型试验。
- 详细介绍：
- 为解决分光、滤光、激光器等方式产生单色光存在光谱单调、光强、频率不可调、照射面积小、结构复杂等缺陷，以及在生物医学中受LED装置功能的限制，存在研究手段单调、内容欠丰富等问题，我们提出了“LED多源光子装置的研制及其在生物医学中应用”课题。 “LED多源光子装置”由LED组合灯具、驱动电路和控制系统等三大部分组成。通过对红光、蓝光、红外光等单色光以及多色光的光化学作用的研究，确定了LED组合灯具的主光谱辐射区；对光色、光质、数量、排列进行优化组合，研制出系列LED组合灯具；解决了LED驱动、芯片散热等技术问题，基于单片机实现了光色、光强、照射时长、时段的智能控制，提供连续、间断和闪烁照射方式。 利用“LED多源光子装置”提供的LED红、蓝光对家兔血压的影响、LED不同单色光照射孕鼠对子鼠的影响、多源光子对家兔深II度烫伤模型愈合时间及预后组织形态学的影响的试验，均得到了积极理想的实验结果，为LED光源在医学领域的探索与应用提供了理论依据。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、作品设计发明的目的 目前LED组合光源功率偏小，波段偏窄，多为连续照射研究，LED光源的设计研究较少。 二、项目研究基本思路 1. 理论研究 ： 查资料了解国内外研究现状及各色光的生物学效应，确定主光谱辐射区。 2.设计研究： 对多色LED进行优化组合，研制LED灯具；解决驱动等技术问题，基于单片机实现连续、间断和闪烁照射方式。 3.应用试验研究： 进行多源光子对白兔血压、小鼠胚胎发育以及家兔烫伤模型的研究。 三、创新点： 1、选取大功率多色LED，对其优化组合，可产生准单色、复合光量子； 2、采用铝基板散热器和轴流风扇结合的方式，解决了大功率LED散热问题； 3、基于单片机实现连续、间断和闪烁照射方式； 4、利用“LED多源光子装置”进行实验，得到了理想的实验结果，为LED光源在医学领域的探索与应用提供了理论依据。 四、技术关键和主要技术指标: 1．LED波长： 620-660nm， 415-475nm， 570-590nm， 525-590nm， 815nm。选取1W的红光、蓝光等LED组合为复色灯头。选取2只红光，2只蓝光，2只绿光，2只黄光，4只红外光LED组成组合光源的基元模块。 2．LED驱动电路采用驱动芯片SN3352，输入直流6～40V，输出电流330mA～750mA，输出功率达30W。 3. 控制电路： 模拟控制电路和智能控制电路（调节(PWM)信号调整电路参数）
科学性、先进性
- “LED多源光子装置”利用红外光、蓝光等光量子的特异性、互补性以及叠加效应，实现光色、光强、照射时长、时段的智能控制，提供连续、间断和闪烁照射方式。 在设计LED组合光源中选取大功率红、蓝等多色LED，对光色、光质、数量、排列进行优化组合，制备“LED多源光子”系列组合灯具，能够产生准单色、复合光量子； 解决LED组合光源中LED驱动电路、调光、工作方式以及时间调控等技术问题。涂覆红外高辐射材料的铝基板和风扇结合，降低了大功率LED结温，使得LED组合光源高效、节能环保。 利用“LED多源光子装置”进行研究，得出：红光、蓝光使血压非正常家兔血压恢复正常水平，对正常家兔血压无影响；对孕鼠进行照射，可使子鼠学习记忆能力有不同程度的提高；对家兔烫伤模型进行干预，可明显加速烫伤创面的愈合、抑制疤痕的生成。 LED多源光子装置可为治疗血压疾病提供新的思路，为改良动物品种，促进人类胚胎发育的研究提供新方向，还可为新的烧伤理疗仪器的研发提供设计指导等方面应用。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 样品、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该项目意义在于提供了一种“不同光量子对生物体影响”实验和科学研究的实验装置；通过试验掌握各种条件下“多源光量子”对生物细胞的作用规律、参数及其机理；为各种实用、新型的LED系列试验、光疗仪器开发提供设计指导。 目前，可应用到以下几个方面： 1、为高、低血压的治疗研究提供了一种无创无毒副作用的新方法。 2、为孕期胎儿保健及婴幼儿早期智力开发提供了一个极有发展前景的研究方向。 3、为慢性脑血管疾病的保健治疗与脑损伤后的康复治疗提供了一个安全经济简单有效的方法. 4、可应用于运动医学领域的研究，为增强运动员与战士的体质，为提高训练效果提供一种新的有效的技术手段方法。 5、可应用于动物养殖业(如警犬等)，为提高产值，改良动物品种提供一种新手段。 6、LED多源光子仪器可用于烧伤外科。 7、开展“色光与生理时钟”研究，不同位置和颜色的光照，对人产生不同的心理刺激作用。开发“LED生理节奏灯”、“全波段的LED阵列SAD光源”，满足心理治疗的不同波长和强度的要求。
同类课题研究水平概述
- 综合文献、专利可知：近年来国内外已有LED应用在动物细胞和人体组织细胞的研究、LED应用在动物模型的研究以及LED在临床治疗方面的实验研究报道。 国外：Whelan等人采用688nm的LED对体外培养的上皮细胞进行一定剂量的照射,测得繁殖率比对照组增加55%～71%；P．papagergiou等人对轻中度痤疮患者使用415nm的蓝光和660nm的红光进行治疗实验，得出：红蓝混合光具有抗菌和消炎作用；美国宇航局(NASA)用LED阵光源(630～800nm)对宇航员的肌肉与骨骼进行恢复治疗和加速伤口的愈合，均收到很好效果。 国内：傅相平等人认为采用特色光刺激双眼，可以相对提高副交感神经系统的兴奋性，拮抗交感神经，达到缓解和治疗植物神经功能紊乱相关疾病的目的。李凤敏等用实验证实410 nm的蓝紫光可以提高机体免疫力，促进肉芽组织生长及创面愈合。赵新春等人将患有高胆红素血症的新生儿分组治疗，结果发现LED蓝光照射治疗新生儿黄疸更安全有效。并且经过研究发现，光刺激效应主要与波长、照射剂量和照射方式有关，而相干光的条件不是必须的。 目前国内外LED组合光源多数由小功率的LED组成，多集中在蓝光、红光、近红外等波段的LED疗效研究，而对其他波段特别是紫外LED的医疗研究较少,且主要进行的是连续光照模式下的试验研究，而LED光源的设计研究的报道较少，并且关于LED光源对血压作用方面的研究和应用不同LED光源照射孕鼠,观察其对子鼠学习记忆能力的研究尚未见相关报道。
