用于减少微生物的系统和方法

技术领域

本公开内容总体上涉及减少微生物；并且更具体地，涉及用于使用处于两个或更多个不同波长的蓝光来减少微生物的系统和方法。

背景技术

微生物诸如细菌、真菌和病毒无所不在，并且构成整个生物圈的相当重要的一大部分。这些微生物中有很大一部分是造成了许多感染和疾病的病原体，感染和疾病中的一些可能是非常危险且有可能致命的。这些病原体可以通过被污染的表面、被污染的食物、物品、家具、纺织品(即污染物)或通过空气(如气溶胶)与人类接触。根据欧洲疾病预防和控制中心(ECDC)，在所有欧洲患者中，有6％(国家范围为2.3％至10.8％)的患者在其住院期间感染了至少一种HAI(卫生保健相关感染)。在2011至2012年中，欧洲急诊医院中每年有HAI的患者总数估计为320万。因此，在公共区域和空间中坚持和维持一定的消毒水平对疾病管理和预防至关重要，从而保持安全和健康的环境。

污染问题不限于医院环境，因为通过表面、物品、空气等的污染也会将病原体转移到食品和食品处理器材以及实验室器材上。因此，场所诸如工业洁净室、食品加工厂、办公室、学校、以及实验室等需要适量的卫生和经控制的环境，以用于预防传染病。

所谓杀菌，通常是指破坏或消除一切形式的微生物生命并在卫生保健设施中通过物理或化学方法执行的过程。所谓消毒，通常是指消除无生命物品上除细菌孢子以外的许多或所有病原微生物的过程。

用于减少或消除室内环境中的微生物的常规方法包括但不限于：热杀菌(即使用高压灭菌器、干热等)、化学处理(使用金属离子(诸如铜/银离子化)、臭氧、过氧化氢蒸汽、杀菌剂(例如抗生素和灭微生物剂)、氯及其化合物等)、电化学消毒、使用紫外(UV)光对微生物进行光灭活等。具体地，微生物的光灭活在全球范围内获得了许多关注，以用于控制环境中微生物的生长。具体地，最近开发的微生物的光灭活是通过使用HINS(高强度窄谱)技术、窄谱UV光技术等实现的。然而，目前的光灭活技术只靶向微生物中的一个灭活机制。此外，UV光对人和材料有害，并且因此应该优选地避免其使用。

由于可用的发光二极管(LED)技术为产生窄带蓝光提供了具成本效益且能量有效的手段，因此使用这样的光对微生物进行光灭活是特别令人感兴趣的。例如，光反应性卟啉吸收峰值波长为405纳米(nm)的蓝光，以产生活性氧簇(ROS)。然而，不同的微生物具有不同数量的光反应性物质诸如卟啉和/或黄素，并且因此以个体方式对不同波长的光进行反应。

因此，目前的解决方案没有有效地利用蓝光的全部抗菌潜力。具体地，它们无法靶向在被蓝光激活时引发生物响应的所有关键和重要的微生物灭活机制。此外，广谱光源不能较好地适合于减少和/或消除微生物，因为它们在没有抗菌潜力的波长上浪费了大量的能量。此外，UV光技术采用的广UV光光谱(范围从100至400纳米)损害材料并且对其他生物体诸如人和动物有害。此外，一些微生物已经对UV光产生了抗性，从而使常规的机制失效。

图1A(现有技术)是卟啉的吸收光谱根据光的波长变化的示例图形表示。如图所示，X轴表示光的波长，以及Y轴表示卟啉对光的吸收率。如图所示，卟啉的最大吸收在405nm附近，即蓝光范围内。此外，随着蓝光的波长从405nm增加到425nm，卟啉对光的吸收率急剧减少。

图1B(现有技术)是黄素的吸收光谱根据光的波长变化的示例图形表示。如图所示，X轴表示光的波长，以及Y轴表示黄素对光的吸收率。如图所示，黄素在UV区中有一个最大吸收，但由于UV光对人和材料有害，所以本发明只靶向蓝光区(在442nm附近)中的最大吸收。

因此，鉴于上述讨论，存在通过同时靶向微生物的不止一个光反应性成分来克服与消毒材料、物品和空气相关联的上述缺点的需要。

发明内容

本公开内容寻求提供一种用于减少微生物的系统。本公开内容还寻求提供一种用于使用上述系统来减少微生物的方法。本公开内容寻求提供一种针对减少微生物的生长的现有问题的解决方案，以用于减少微生物的数目量和消除微生物。本公开内容旨在提供一种至少部分克服和改进现有技术中遇到的问题的解决方案，并提供用于减少微生物的有效且高效的系统和方法。实际上，在本说明书中，“减少微生物”是指减少或降低微生物的数目或数量，最有利的是消除所有微生物。在这方面有时也使用术语“灭活病原体”。本公开内容寻求提供一种用于对房间诸如会议室、操作室、浴室或牛棚内的表面和物品及空气进行消毒的解决方案，其中，消毒效果是足够的并且是用相对较少量的电能量来产生的。表面包括任何房间的屋顶、墙壁和地板以及其中的任何物品诸如椅子、桌子、马桶座、垫子、电脑、手机、仪器等。

在一个方面，本公开内容的实施方式提供了一种用于减少微生物的系统，该系统包括：

-光组件，其可操作以发射下述中的至少两者：

-第一蓝光，其处于400至410nm的第一峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第一峰值具有第一时间平均强度I

-第二蓝光，其处于440至464nm的第二峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第二峰值具有第二时间平均强度I

-第三蓝光，其处于465至490nm的第三峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第三峰值具有第三时间平均强度I

-处理器，其与光组件可通信地耦合，以控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度，使得如果使用两种蓝光，则一种蓝光的时间平均强度在另一蓝光的时间平均强度的0.67至1.33倍之间；以及如果使用三种蓝光，则任何一种蓝光的时间平均强度在其他两种蓝光的时间平均强度的时间平均强度的0.76至1.24倍之间。

在另一方面，本公开内容的实施方式提供了一种用于通过包括光组件和处理器的系统来减少微生物的方法，该方法包括：

-发射下述中的至少两者

-第一蓝光，其处于400至410nm的第一峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第一峰值具有第一时间平均强度I

-第二蓝光，其处于440至464nm的第二峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第二峰值具有第二时间平均强度I

-第三蓝光，其处于465至490nm的第三峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第三峰值具有第三时间平均强度I

-控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度，使得如果使用两种蓝光，则一种蓝光的时间平均强度在另一蓝光的时间平均强度的0.67至1.33倍之间；以及如果使用三种蓝光，则任何一种蓝光的时间平均强度在其他两种蓝光的时间平均强度的时间平均强度的0.76至1.24倍之间。

本公开内容的实施方式基本上消除或至少部分地应对了在使用单波长蓝光的常规系统和方法来减少微生物生长的现有技术中的上述问题，并且能够使用特定波长的蓝光靶向不止一个微生物灭活机制来减少微生物。

本公开内容的其他方面、优点、特征和目的将从附图以及结合下面所附权利要求书解释的例示性实施方式的详细描述中变得明显。

将理解的是，在不脱离所附权利要求所限定的本公开内容的范围的情况下，本公开内容的特征易于以不同组合方式来组合。

附图说明

当结合附图阅读时，可以较好地理解上述发明内容以及下面对例示性实施方式的详细描述。为了例示本公开内容的目的，附图中示出了本公开内容的示例性构造。然而，本公开内容并不限于本文所公开的具体方法和工具。此外，本领域技术人员将理解的是，附图没有按比例绘制。在可能的情况下，类似的元件已经用相同的附图标记表示。

现在将仅以示例的方式，参照以下图来描述本公开内容的实施方式，其中：

图1A(现有技术)是卟啉的吸收光谱根据光的波长变化的示例图形表示；

图1B(现有技术)是黄素的吸收光谱根据光的波长变化的示例图形表示；

图2是根据本公开内容的实施方式的用于减少微生物的系统的框图；

图3是根据本公开内容的实施方式的单蓝波长系统与双蓝波长系统之间的差异的图形表示，其中微生物的相对量(％)根据光能剂量变化；

图4是根据本公开内容的实施方式的第一光反应性成分(诸如卟啉)和第二光反应性成分(诸如黄素)的吸收光谱根据蓝光的波长变化的示例图形表示；

图5A是用405nm的蓝光照射金黄色葡萄球菌时微生物的数量相对于光剂量的图形表示；以及

图5B是用470nm蓝光照射金黄色葡萄球菌时微生物的数量相对于光剂量的图形表示。

图6是示出用于消毒的有效区域的示意图。

在附图中，采用图下说明的(underlined：衬在下面的)数字来表示图下说明的数字所位于的项或图下说明的数字所邻近的项。非图下说明的数字涉及由连接非图下说明的数字与项的线所标识的项。当数字为非图下说明的并附有相关箭头时，非图下说明的数字用于标识箭头所指的一般项。

具体实施方式

以下的详细描述例示了本公开内容的实施方式和可以实施它们的方式。尽管已经公开了执行本公开内容的一些模式，但本领域技术人员将认识到，执行或实践本公开内容的其他实施方式也是可能的。

在一个方面，本公开内容的实施方式提供了一种用于减少微生物的系统，该系统包括：

-光组件，其能操作以发射下述中的至少两者：

-第一蓝光，其处于400至410nm的第一峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第一峰值具有第一时间平均强度I

-第二蓝光，其处于440至464nm的第二峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第二峰值具有第二时间平均强度I

-第三蓝光，其处于465至490nm的第三峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第三峰值具有第三时间平均强度I

-处理器，其与光组件可通信地耦合，以控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度，使得如果使用两种蓝光，则一种蓝光的时间平均强度在另一蓝光的时间平均强度的0.67至1.33倍之间；以及如果使用三种蓝光，则任何一种蓝光的时间平均强度在其他两种蓝光的时间平均强度的时间平均强度的0.76至1.24倍之间。

在另一方面，本公开内容的实施方式提供了一种通过包括光组件和处理器的系统来减少微生物的方法，该方法包括：

-发射下述中的至少两者

-第一蓝光，其处于400至410nm的第一峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第一峰值具有第一时间平均强度I

-第二蓝光，其处于440至464nm的第二峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第二峰值具有第二时间平均强度I

-第三蓝光，其处于465至490nm的第三峰值波长，具有至多25nm的半峰全宽，第三峰值具有第三时间平均强度I

-控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度，使得如果使用两种蓝光，则一种蓝光的时间平均强度在另一蓝光的时间平均强度的0.67至1.33倍之间；以及如果使用三种蓝光，则任何一种蓝光的时间平均强度在其他两种蓝光的时间平均强度的时间平均强度的0.76至1.24倍之间。

本公开内容提供了用于减少微生物的上述系统和方法。有益地，上述系统采用双波长蓝光以同时靶向不止一个微生物灭活机制，以用于以较有效率且较快速的方式减少微生物。在一个实施方式中，系统采用了三种不同的峰值波长。具体地，在一个实施方式中，采用蓝光来激活微生物的两个或更多个光反应性成分诸如卟啉和黄素，使其较好地吸收波长在405nm和450nm附近的蓝光，以释放杀死微生物的细胞毒性化合物诸如活性氧簇(ROS)。发明人在示出的最近研究中也已经观察到，一些微生物利用464至490nm的波长被光灭活。目前正在研究其潜在机制。

在下文中，即使术语卟啉和/或黄素使用单数形式，也应理解为是指不同的变体，因为通常微生物产生不同种类的卟啉和/或黄素。此外，不同卟啉和/或黄素的吸收光谱彼此之间不会显著变化。此外，如图1B所示，黄素在UV区中有一个最大吸收，但由于UV光对人和材料有害，所以本发明只靶向蓝光区中的最大吸收。

另外，如图6所示，使用特定波长的蓝光防止了蓝光在不被微生物中的光反应性化合物吸收的波长上的浪费。因此，上述系统另外是具成本效益的，并且不需要人工干预或人工干预可忽略不计。典型地，同时使用两个或全部三种蓝光，但也可以交替使用它们，或者如果使用三种蓝光，则可以同时使用其中任何两种蓝光并与第三蓝光交替使用。也可以使用不止两种蓝光，即，使用具有窄带宽且处于特定峰值波长的第三以及可能的第四蓝光。事实上，光组件还可以可操作以发射处于第四峰值波长的第四蓝光，第四峰值具有第四时间平均强度。

根据实施方式，系统和方法使用所述第一蓝光和第二蓝光、或者第一蓝光和第三蓝光、或者第二蓝光和第三蓝光、或者全部三种蓝光。在蓝光不是同时开启的情况下，可以选择例如：第一蓝光和第二蓝光交替开启；第一蓝光和第三蓝光交替开启；第二蓝光和第三蓝光交替开启；第一蓝光和第二蓝光同时开启，同时与第三蓝光交替开启；第二蓝光和第三蓝光同时开启，同时与第一蓝光交替开启；或者第一蓝光和第三蓝光同时开启，同时与第二蓝光交替开启。

蓝光典型地是用使用LED技术的照射器来产生的，该技术可以使用激发波长，该激发波长利用磷光体转换为目标波长。而且，还可以使用可选地与磷光体相结合的其他技术，诸如激光二极管，来产生窄带蓝光。

如已经观察到的，不同的微生物具有不同数量的卟啉和/或黄素，并且对于给定的微生物，卟啉和/或黄素的数量甚至可能随着时间的推移而变化。使用仅一个蓝色峰值波长不是有效率的，并且将不会影响整个微生物范围。实际上已经表明了(在下面的实验部分中)，使用两个目标波长的抗菌效果比使用单个波长时达到的抗菌效果更好。此外，由于一些微生物的卟啉含量可能比其他微生物少，因此目前的仅靶向该机制的光灭活技术又需要较高的强度和/或较长的照射时间来灭活卟啉含量较低的微生物。

在上述中，半峰全宽被限定为根据峰值强度获得的带宽，其包括总幅度一半处的范围。蓝光的时间平均强度被限定为蓝光在处理时间内的平均强度，其中，处理时间被限定为光剂量(能量)达到预限定的目标光剂量时的时间。在本说明书中，时间平均强度有时可以被简单地简称为强度，而这是指时间平均强度。这适用于讨论蓝光的时间平均强度的情况。术语“强度”在本说明书中一般是指单位面积的照射功率(W/cm

光组件发射的蓝光的时间平均强度使得：如果使用两种蓝光，则一种蓝光的时间平均强度在另一蓝光的时间平均强度的0.67至1.33倍之间，优选地使得两个时间平均强度之比为约1：1；以及如果使用三种蓝光，则任何一种蓝光的时间平均强度在其他两种蓝光的时间平均强度的时间平均强度的0.76至1.24倍之间，优选地使得两个时间平均强度之比为约1：1：1。因此，例如I

将理解的是，大多数微生物是通常只有在高分辨率显微镜下才能看到的微小生物体。微生物(或微生物类)包括但不限于细菌、病毒、霉菌和酵母菌。一般地，微生物是无所不在的，并且在自然界中以其单胞(单细胞)形式或以细胞菌落存在，并与其环境中存在的生物体相互作用。典型地，以繁殖体形式或作为生物膜(菌落)存在的微生物彼此有区别。根据发明人的知识，蓝光消除以两种形式(繁殖体和生物膜)的微生物，但其它消毒方法一般对生物膜内的微生物效果不好。

将理解的是，光是占据整个电磁频谱的预限定部分的电磁辐射。具体地，光是指占据电磁频谱的可见光区域的可见光。电磁频谱包括按波长、能量和/或频率(其中，能量和频率与对应的波长成反比)的递减顺序排列的所有电磁波的连续体，电磁波诸如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。芬兰的辐射与核安全局将可见光限定为400至780nm，但有些权威机构会将380至780nm归类为可见光。人眼一般不能看到400nm以下的波长，因此可见蓝光一般被限定为400至500nm。

具体地，和所有其他电磁波一样，可见光也是以波的形式传播，并且可见光所给予的能量粒子被生物体内的暴露于可见光的光反应性代谢物吸收。更具体地，可见光的特定波长范围被生物体的特定部分吸收。实际上，微生物产生作为其自然代谢的一部分的蓝光响应性化合物。微生物中产生的蓝光响应性化合物有效地具有吸收非常特定波长的蓝光，而其他波长不发挥抗菌效果。这在下面的实验部分进一步示出。研究表明，蓝光对人无害。

此外，蓝光还具有抗菌(或杀微生物)特性。具体地，蓝光以光动力学的方式灭活微生物诸如真菌、细菌等的细胞。更具体地，微生物包括吸收处于两个或更多个特定波长的蓝光的至少两个光反应性成分。术语“光反应性成分”涉及微生物内部的吸收光的部分。

本发明涉及一种用于减少微生物的系统，其中，该系统包括光组件，该光组件可操作以发射具有不同峰值波长的三种蓝光峰值中的至少两个。三个波长峰值中的每一个都被限定为具有至多25nm的半峰全宽(FWHM)。如本文所示，微生物中的光反应性化合物的吸收波长较窄。这是微生物中存在生物响应的波长区域。因此，在至多25nm的窄半峰全宽的情况下，可以确保将来自光组件的可以用于减少微生物的能量(消毒能力)集中在存在生物响应的波长处。

本文所示的结果证实，当涉及到蓝光的消毒效率时，在蓝光区域中的不同波长之间存在较大差异。图6以示意性的方式示出了在一区域(纳米)中发射的所有能量(光)，其没有被微生物的光反应性化合物吸收，并且因此没有消毒能力将被浪费掉。因此，为了以能量有效的方式实现足够高的消毒能力，关键是要选择正确的蓝色波长，并且只靶向这些波长，而不将能量浪费在用不增加消毒能力的波长进行照射上。这可以通过根据本发明的光组件来实现。

光反应性成分包括有机化合物诸如卟啉、黄素等，其有效地吸收处于特定波长(诸如405nm和450nm)的蓝光，从而产生细胞毒性活性氧簇(以下用‘ROS’表示)。可选地，光灭活可以通过经由使得减少和消除微生物的任何其他机制来发生。一般地，ROS包括例如单线态氧(或

用于减少微生物的系统包括光组件，该光组件可操作，以发射所选择的处于给定的峰值波长并且半峰全宽为至多25nm的至少两种蓝光。不同的组合如上所述。具体地，蓝光在减少微生物方面的有效性主要由蓝光的波长和所使用的能量剂量(其由时间平均光强度和照射时间确定)确定。更具体地，卟啉具有蓝光的强吸收率带，其峰值吸收率接近405nm，而黄素具有蓝光的强吸收率带，其峰值吸收率接近450nm，并且如上所述，正在研究以第三蓝光的效果为基础的机制。此外，具体地，处于约450nm的峰值波长的蓝光通过黄素(FAD/FMN等)引发光灭活，随后开始产生ROS。将理解的是，ROS的产生引起微生物中DNA的裂解(破坏DNA)以及破坏微生物的RNA、蛋白质结构和细胞膜等，从而造成微生物的破坏和灭活。

第一蓝光具有的第一峰值波长为400至410nm，其半峰全宽为至多25nm，即，峰值波长可以是例如从400、401、402、403、404、405、406、407、408或409nm最多达401、402、403、404、405、406、407、408、409或410nm。第二蓝光具有的第二峰值波长为440至464nm，其半峰全宽为至多25nm，即，峰值波长可以是例如从440、441、442、443、444、445、446、447、448、449、450、451、452、453、454、455、456、457、458、459、460、461、462或463nm最多达441、442、443、444、445、446、447、448、449、450、451、452、453、454、455、456、457、458、459、460、461、462、463或464nm。

第三蓝光具有的第三峰值波长为465至490nm，其半峰全宽为至多25nm，即，峰值波长可以是例如从465、466、467、468、469、470、471、472、473、474、475、476、477、478、479、480、481、482。483或484nm最多达466、467、468、469、470、471、472、473、474、475、476、477、478、479、480、481、482、483、484、485、486、487、488、489或490nm。

每个峰值波长的半峰全宽可以独立地是例如从1、2、5、7、9、10、12、15或17nm最多达5、7、9、10、12、15、17、18、20、23或25nm。

在整个本公开内容中，本文使用的术语“光组件”涉及被布置在水平、竖向或成角度位置的至少一个辐照装置(或光源)的布置结构(arrangement，布置)。可选地，光组件包括部分封闭的隔室，该隔室具有顶部部分、底部部分和至少两个壁。此外，光组件包括附接装置诸如钉和夹具、真空吸盘、螺钉、钩、螺栓与螺母的组合、托架等，以用于附接到例如一封闭柜或一房间的壁或顶。光组件还可以包括两个或更多个辐照装置，每个波长一个。

在实施方式中，光组件包括顶部部分中的至少一个顶部部分、底部部分、具有至少一个狭缝的壁、至少一个镗孔、开关等。具体地，至少一个狭缝将光组件发射的蓝光投射在周围环境的目标区域。此外，开关可操作以使光组件在运行时或在开启模式下发射蓝光。至少一个镗孔允许诸如通过供电布置结构、操作等进入光组件中。在一示例中，光组件包括被布置为经由至少一个镗孔用于向光组件供应电力的供电布置结构。供电布置结构使用常规方法供应电力，常规方法包括但不限于太阳能、电能、化学能、充电式电池、燃料型能源、水力发电等。在另一示例中，光组件包括竖向杆，其被布置为经由至少一个孔用于将布置在竖向杆上的光组件牢固地放置在表面或地面上。竖向杆包括顶部边缘和附接到延伸的稳定平台诸如三脚架支架、平底型支架等的下部部分。在又一示例中，光组件包括在部分封闭的隔室的部分之一上的窗(或门)，用于对光组件进行维护的目的。

在实施方式中，光组件包括用于进行辐照的光源。具体地，光源可操作，以发射处于预限定波长的光，即，蓝光。在优选实施方式中，光源是发光二极管(LED)，但它可以是任何其它合适的光源，即，能够发射处于所需的窄波长区域和所需的时间平均强度的光的光源，诸如激光二极管。所期望的波长可以使用磷光体和激发光源来产生。在实施方式中，光组件包括与布置在光布置结构内的供电布置结构电耦接的多个光源，优选地为LED，例如至少两个LED。

在一个实施方式中，光组件可操作，以发射处于400至410nm的第一峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽的、用以靶向微生物的第一光反应性成分的第一蓝光。第一、第二和第三峰值波长的范围被最佳地选择用于减少微生物。可选地，光组件采用光源，优选地LED，来发射处于第一峰值波长的第一蓝光。在实施方式中，可以使用不止一个LED来发射第一蓝光。此外，第一峰值波长为400至410nm以及半峰全宽为至多25nm的第一蓝光靶向微生物的第一光反应性成分，其中，第一光反应性成分是例如卟啉。实际上，卟啉分子较好地吸收处于400至410nm的波长的第一蓝光。

根据实施方式，光组件还可操作，以发射处于440至464nm的第二峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第二光反应性成分的第二蓝光。第二峰值波长的范围被最佳地选择用于减少微生物，尽管经由与第一峰值波长不同的机制。可选地，光组件采用光源，优选地LED，来发射处于第二峰值波长的第二蓝光。在实施方式中，可以使用不止一个LED来发射第二蓝光。此外，第二峰值波长为440至464nm以及半峰全宽为至多25nm的第二蓝光靶向微生物的第二光反应性成分，其中，第二光反应性成分是例如黄素。实际上，黄素分子较好地吸收波长为440至464nm的第二蓝光。

根据另实施方式，光组件还可操作，以发射处于465至490nm的第三峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第三光反应性成分的第三蓝光。第三峰值波长的范围被最佳地选择用于减少微生物，尽管经由与第一和/或第二峰值波长不同的机制。可选地，光组件采用光源，优选地LED，来发射处于第三峰值波长的第三蓝光。在实施方式中，可以使用不止一个LED来发射第三蓝光。此外，第三峰值波长为465至490nm以及半峰全宽为至多25nm的第三蓝光靶向微生物的第三光反应性成分。

用于减少微生物的系统包括与光组件可通信地耦合以控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度的处理器。可选地，处理器通过增加或减少由光组件发射、用以减少微生物的蓝光的时间平均强度来调节系统。具体地，蓝光的时间平均强度被测量为表面的每单位面积的功率和时间。例如，蓝光的时间平均强度可以是每平方厘米10瓦秒(以下用“Ws/cm

可选地，系统还包括至少一个光传感器，该光传感器可通信地耦合到处理器并被配置为检测由光组件发射的蓝光的时间平均强度，其中，处理器被配置为当表面处的蓝光能量超过预限定的阈值限制时控制蓝光的时间平均强度。预限定的阈值限制可以被设置为例如在1至100Ws/cm

在实施方式中，蓝光由光组件以一时间平均强度发射，该时间平均强度在表面处提供超过每平方厘米1瓦特×秒(Ws/cm

暂时还不知道存在激活光反应性化合物以产生足够的活性氧簇(ROS)所需的蓝光能量的上限，该活性氧簇是高度细胞毒性的并杀死微生物。然而，存在光组件的部件的与热产生和寿命有关的连续输出时间平均强度的实际限制。因此，在连续操作中，上限典型地是100kWs/cm

另一方面，可以注意到，在1Ws/cm

在实施方式中，光组件包括至少两个光源，至少两个光源可操作，以发射处于期望波长的蓝光，并且处理器可操作以控制光源以周期性方式交替地发射蓝光。可选地，可以使用单个光源，优选地LED，来发射具有两种(或三种)不同波长的蓝光。更可选地，处理器可操作以控制光源交替地发射具有两种或三种不同波长的蓝光。具体地，处理器操作LED以周期性的方式发射处于一个波长的第一蓝光及以处于其给定波长的第二蓝光。例如，对应前5秒，只发射第一峰值波长为400至410nm，优选地405nm，半峰全宽为至多25nm的蓝光，并且此后，对应接下来的5秒，只发射第二峰值波长为440至464nm，优选地450nm，半峰全宽为至多25nm的蓝光。上文所讨论的相同组合在这里也适用，而时间可以是任何合适的时间。

在另实施方式中，光组件包括两个光源，每个光源可操作以发射给定蓝光。光组件还可以包括三种光源，每个光源可操作以发射给定蓝光。在又实施方式中，光组件可以包括两个光源，一个可操作以发射两种不同的蓝光，另一个可操作以发射第三蓝光。处理器可操作以控制第一和第二光源同时发射蓝光。可选地，两个不同的光源，优选地两个LED，可以用于发射两个不同波长的蓝光，使得每个光源发射一种蓝光或另一蓝光。更可选地，处理器可操作以控制两个光源中的每一个同时发射蓝光。具体地，例如，处理器同时地或交替地操作第一LED光源发射处于第一波长的第一蓝光以及操作第二LED光源发射处于第二波长的第二蓝光。例如，第一LED光源可以对于前五秒发射第一波长为400至410nm，优选地405nm，半峰全宽为至多25nm的蓝光，并且同时第二LED光源可以发射第二波长为440至464nm，优选地450nm，半峰全宽为至多25nm的蓝光。

可选地，处理器可操作以控制光源以下述方式之一同时发射蓝光：连续地、以短脉冲(脉冲串(burst：丛发、突发))、或者以长脉冲。具体地，第一光源和第二光源可以连续地发射特定波长的相应蓝光，以减少微生物。

可选地，系统还包括可通信地耦合到处理器的至少一个传感器，其中，至少一个传感器可操作以检测在经受由光组件发射的蓝光的目标区域内的对象的存在或移动，并且其中，至少一个传感器可操作以指示处理器控制目标区域内的蓝光的时间平均强度。移动对象可以是人或动物。可选地，至少一个传感器包括但不限于运动传感器、红外传感器、成像设备等。具体地，运动传感器是一种红外传感器，其检测移动对象诸如人或动物在经受由光组件发射的蓝光的目标区域内的接近度。更具体地，运动传感器可以例如检测运动传感器附近的区域内的红外热量热图案(pattern，图案、曲线)的变化。此外，运动传感器可以使用成对的热电元件，用于感测由于红外热量热图案引起的温度变化。因此，在两个热电元件处产生的输出的瞬时差异被检测为移动，特别是热辐射对象诸如人或动物的移动。

在实施方式中，至少一个传感器可操作以指示处理器控制目标区域内的蓝光的时间平均强度。具体地，至少一个传感器用于准确地检测经受由光组件发射的蓝光的目标区域内对象的存在或移动。更具体地，至少一个传感器将关于移动对象的信息记录为传感器数据。至少一个传感器将包括与在经受由光组件发射的蓝光的目标区域内移动对象的存在相关的信息在内的传感器数据发送到处理器。处理器被配置为从至少一个传感器接收传感器数据，并基于接收到的传感器数据来控制目标区域内蓝光的时间平均强度。

可选地，处理器可操作，以便以下述方式之一同时地控制蓝光的时间平均强度：连续地、短脉冲(脉冲串)、或者长脉冲。具体地，可以控制光的时间平均强度以连续地发射相应蓝光，以减少微生物。

可选地，第一光源和第二光源可以以短脉冲或长脉冲发射特定波长的相应蓝光，以减少微生物。具体地，如果至少一个传感器检测到移动对象诸如人或动物的存在，则蓝光以短脉冲或长脉冲被发射。更具体地，处理器可操作以在移动对象在某个时间点存在于经受由光组件发射的蓝光的目标区域内的情况下减少蓝光的时间平均强度。

可选地，基于对对象的存在或移动的检测来指示处理器，包括使光组件在消毒模式和环境模式之间切换。具体地，处理器从至少一个传感器接收传感器数据，传感器数据包括关于对对象的存在或移动的检测的信息。更具体地，基于从传感器数据接收到的指令，处理器操作光组件以在消毒模式和环境模式之间切换。术语“消毒模式”是指以最大限度减少微生物的方式操作光组件的状态。具体地，第一和第二光源可以被切换为开启以辐射蓝光，以减少微生物。系统也可以被配置为连续地处于消毒模式，或者其也可以在期望时被手动设置为消毒模式。可替代地，系统可以配备有预限定的消毒程序(包括使系统开启的时间和使其关掉的时间)。

可选地，当光组件被布置为在消毒模式下操作时，处理器被配置为控制光组件以在表面处提供超过1Ws/cm

将理解的是，递送光剂量或蓝光能量的光的时间平均强度的最佳阈值和蓝光的波长对于蓝光的抗菌活性至关重要。此外，本公开内容利用双波长(或两种/三种有效波长)。有利地，双波长(例如405nm+450nm)蓝色LED技术在减少微生物方面比仅使用一个例如405nm的蓝色波长更有效。这在下面的实验部分进行了例示。

将理解的是，微生物的种类内部存在差别。这样的差别致使它们对蓝光的响应的差异。具体地，对蓝光的响应的差异是由于微生物的对蓝光作出响应的代谢物或光反应性化合物的差别。在一示例中，如果一个微生物所含的卟啉比其它微生物少，并且类似地，如果另一微生物所含的黄素比其它微生物少，则它们的待被蓝光减少的易感性与于其中具有较高水平的卟啉和/或黄素的其它微生物非常不同。有利地，根据一个实施方式，本公开内容提供了下述技术，所述技术使用双波长(405nm+450nm)蓝光以靶向微生物的光反应性化合物或代谢物，来靶向所有生物学上相关的代谢物，从而使它们灭活而不管它们的个体差别。

术语“环境模式”是指下述阶段，所述阶段是当光源的时间平均强度被调整为使得给予目标区域的表面处的蓝光能量在视觉上不会不切实际或令人不愉快时。可选地，环境模式的特征在于，发射出的光的光温度在从3000至10000K的范围内。

系统可以被配置为当存在或移动在空间内被检测到时自动关掉蓝光源。可替换地，系统可以被配置为当存在或移动被检测到时降低蓝光的时间平均强度。

可选地，在这样的情况下，光组件还包括光源，该光源可操作以基于至少一个传感器的数据来在环境模式下发射处于某一波长的白光。具体地，白光源可以是LED。更具体地，白光源可以可操作，以仅在光组件被布置为在环境模式下操作时基于检测到在目标区域内对象的存在或移动，发射白光。此外，处理器可以被配置为基于由至少一个传感器对的对象的存在或移动的检测来控制蓝光和白光的时间平均强度。更具体地，在对象的存在或移动中，处理器可以被配置为降低蓝光的时间平均强度以使光看起来是白的。有利地，降低蓝光的时间平均强度防止了存在或移动的对象暴露于可能令人不愉快的蓝光。

在实施方式中，处理器被配置为基于传感器数据，具体地，在移动对象的存在目标区域内已停止时，逐渐地增加蓝光的时间平均强度及降低白光的时间平均强度，以维持光的整体时间平均强度。例如，处理器可以逐渐地以每分钟各10％至50％增加蓝光的时间平均强度，及以每分钟10％至50％逐渐降低白光的时间平均强度。

可选地，系统还包括微生物感测模块，该微生物感测模块与处理器可通信地耦合，被配置为检测微生物的存在，其中，处理器被配置为基于对微生物的存在的检测来控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度。具体地，微生物感测模块可以包括下述中的至少一者：荧光检测器、红外传感器、成像设备等。更具体地，微生物感测模块有效地检测经受由光组件发射的蓝光的目标区域内微生物的存在。此外，微生物感测模块可以检测在微生物感测模块附近的区域内红外热量热图案在微观层面的变化。

在实施方式中，微生物感测模块与处理器可操作地耦接。具体地，微生物感测模块用于准确地检测目标区域内微生物的存在。更具体地，微生物感测模块将关于微生物的存在的信息记录为微生物感测数据。微生物感测模块将包括与目标区域内微生物的存在相关的信息在内的微生物感测数据发送至处理器。处理器被配置为从微生物感测模块接收微生物感测数据，并基于检测到微生物的存在来控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度。

此外，处理器可操作以基于对微生物的存在的检测来控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度。在实施方式中，处理器被配置为在目标区域内存在微生物时逐渐地增加蓝光的时间平均强度。例如，处理器可以逐渐地以每分钟各1％增加蓝光的时间平均强度，以维持光的整体时间平均强度，从而在表面或空气的截面上提供超过1Ws/cm

在本上下文中，空气的截面是指空气的待被消毒的截面。这意味着本系统也对空气起作用，而不仅仅是对表面。应理解的是，解决方案主要意在并被设计为对表面和物品消毒，然而，在表面和光组件之间存在一定体积空气。当蓝光穿透空气时，与空气结合的微生物也会吸收蓝光。此外，由于蓝光的时间平均强度被设计为对表面消毒，且一定量空气离光组件更近，因此每单位时间接收较大剂量的蓝光能量。

在实施方式中，系统还包括与光组件一起布置的至少一个光学元件，并且该至少一个光学元件被配置为引导由光组件发射的蓝光。本文所使用的术语“光学元件”涉及用于将光引导到目标区域的光学部件。典型地，至少一个光学元件包括但不限于透镜、光圈设备、反射镜、棱镜、波导等。具体地，至少一个光学元件被布置为使得由光组件发射的包括所选蓝光在内的蓝光的窄光束进一步集中在目标区域上。更具体地，由光组件发射的包括所选蓝光在内的蓝光的集中束可以更有效地减少在经受由光组件发射的蓝光的目标区域上的微生物。系统还可以包括用于每个光源的光学元件，或者其可以包括用于所有光源的一个光学元件。

可选地，系统还包括与处理器可通信地耦合的时钟模块，并且该时钟模块可操作，以提供用于调整由光组件发射的蓝光的时间平均强度以减少微生物的时间计划。时钟模块可以是可操作以提供用于调整蓝光的时间平均强度的时间计划的硬件、软件、固件或这些的组合。在实施方式中，时钟模块与处理器一起布置。在另实施方式中，时钟模块可以被布置在远程位置处。在这样的实施方式中，时钟模块通过有线网络、无线网络或其任意组合与处理器可通信地耦合。时钟模块和处理器之间的网络的示例包括但不限于局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线电网络、互联网、无线电网络和电信网络。

可选地，本文所使用的术语“时间计划”是指基于其来调整从光源发射的蓝光的时间平均强度以减少微生物的时间表。可以理解的是，时间计划是基于光传感器数据、至少一个传感器数据和微生物感测数据提供的。在第一示例中，时间计划可以包括一天中的时间段，诸如从晚上10点到早上6点。在这样的示例中，当光组件被布置为在消毒模式下操作时，时间计划可以被设置为从晚上10点到早上6点，那时人类不访问目标区域诸如医院、学校、办公室、实验室、图书馆或其一部分。此外，当目标区域正在被人类访问时，时钟模块可以安排时间计划，使得光组件被布置为在那些时间在环境模式下操作。

此外可选地，时钟模块还可操作以测量当光组件被布置为在消毒模式下操作时的持续时间。如在第一示例中所讨论的，当光组件被布置为从晚上10点到早上6点在消毒模式下操作时，时钟模块可操作以测量持续时间为8小时(第1天的晚上10点到第2天的早上6点))。

可选地，时钟模块还可操作以确定大幅度减少微生物所花费的时间，以基于时间计划和所测量的持续时间来生成时间数据。本文所使用的术语“时间数据”涉及大幅度减少微生物所花费的有效时间。此外，当目标区域正在被人类访问时，时钟模块可以基于由至少一个传感器检测到移动对象的存在，来生成时间数据。可选地，如果目标区域在一天的同一时间期间被人类定期访问，则时钟模块可操作以重置时间计划。

在实施方式中，系统还包括与处理器可通信地耦合的服务器布置结构，其中，该服务器布置结构可操作以提供用于调整由光组件发射的蓝光的时间平均强度以减少微生物的时间计划。可选地，处理器可操作以从服务器布置结构接收该时间计划，并基于该时间计划来控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度。

在另实施方式中，服务器布置结构可操作以提供用于调整由光组件发射的蓝光的时间平均强度和白光的时间平均强度以减少微生物的时间计划。可选地，处理器可操作以从服务器布置结构接收该时间计划，并基于该时间计划和传感器数据来控制由光组件发射的蓝光的时间平均强度和白光的时间平均强度。更可选地，如果至少一个传感器检测到目标区域中存在移动体，则处理器降低蓝光的时间平均强度并增加白光的时间平均强度。

在一示例中，当光组件被布置为在环境模式下操作时，时间计划可以包括一天中的一时间段，在该时间段，蓝光的时间平均强度和白光的强度被调整为减少微生物并同时将色温保持在期望的范围内。

服务器布置结构可以通过通信网络与处理器可通信地耦合，通信网络包括但不限于局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)、无线局域网(WLAN)、无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、互联网、第二代(2G)电信网络、第三代(3G)电信网络、第四代(4G)电信网络、第五代(5G)电信网络、全球微波接入互操作性(WiMAX)网络等。

可选地，服务器布置结构包括数据库，其中，数据库被配置为存储时间计划。更可选地，数据库被配置为从服务器布置结构接收对应于消毒模式和环境模式的预配置的时间计划。

本公开内容还涉及如上所述的方法。以上公开的不同实施方式和变型加以必要的修改适用于该方法。

可选地，该方法包括使用至少一个传感器检测移动对象的存在，以指示处理器控制在目标区域中发射的蓝光的时间平均强度，其中，基于对移动对象的存在的检测指示处理器包括使光组件在消毒模式和环境模式之间切换。

可选地，当光组件被布置为在消毒模式下操作时，该方法还包括控制光组件以在表面处提供超过每平方厘米1瓦秒的蓝光能量的时间平均强度发射蓝光，以减少微生物。

可选地，该方法还包括：提供用于调整由光组件发射的蓝光的时间平均强度以减少微生物的时间计划；测量光组件被布置为在消毒模式下操作时的持续时间；以及基于该时间计划和所测量的持续时间来确定大幅度减少微生物所花费的时间，以生成时间数据。

实验部分

在示例性实现方式中，在减少大肠杆菌(E.coli)的数量方面，与单波长(405nm或450nm)蓝LED光相比，双波长(405nm+450nm)蓝LED光在其抗菌活性方面更有效。

从表1中可以看出，双波长(405nm+450nm)蓝LED光以非常低的光剂量，即以10Ws/cm

表1，其中，AR代表平均减少，所有减少均为百分比

可选地，第一蓝光和第二蓝光的最佳强度和对应波长激活卟啉和黄素化合物产生致使经受由光组件发射的蓝光的目标区域中的微生物减少的ROS。在示例性实施方式中，表2中提供了不同波长的蓝光之间的抗菌效率的差异。此外，在暴露于以23.5Ws/cm

表2金黄色葡萄球菌的减少根据波长变化的变化，其中能量剂量相同

可以看到，在波长为405nm处，与其他测试波长相比，金黄色葡萄球菌的数量显著减少，从而确立波长为405nm处的蓝光具有最大的抗菌活性。

在另一示例性实现方式中，在表3中提供了减少微生物所需的蓝光的波长和强度的重要性。此外，微生物牙龈卟啉菌和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)需要不同的光剂量，以将微生物的数量减少1log

如图所示，在波长为405nm处，牙龈卟啉菌所需的蓝光能量最低，这意味着如果用405nm的波长来靶向牙龈卟啉菌，所需的蓝光能量将较少。此外，在波长为450nm处，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)所需的蓝光能量最低，这意味着如果用450nm的波长来靶向MRSA，所需的蓝光能量将较少。因此，这些波长的蓝光对消除上述微生物最为有效。

表3

附图的详细描述

参照图2，例示了根据本公开内容的实施方式的用于减少微生物的系统100的框图。如图所示，系统包括光组件102和与光组件102可通信地耦合的处理器104。光组件102发射处于400至410nm的第一峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第一光反应性成分的第一蓝光，以及处于440至464nm的第二峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第二光反应性成分的第二蓝光。可选地，光组件102包括发射处于465至490nm的第二第三峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第三光反应性成分的第三蓝光。可选地，光组件102包括用以提供环境光照模式的第四白光。处理器104被配置为控制由光组件102发射的第一蓝光、第二蓝光以及可选的第三蓝光和第四白光的时间平均强度。

参考图3，例示了根据本公开内容的实施方式的微生物的相对量根据光能量剂量变化的图形表示。如图所示，X轴表示用于减少微生物的能量剂量，而Y轴以百分比表示微生物的数量。实线表示使用波长为450nm的蓝光时的微生物的数量，断续线表示使用波长分别为405nm和450nm的第一蓝光和第二蓝光时的微生物的数量(如表1)。

如图所示，与使用双波长蓝光(第一蓝光和第二蓝光，波长分别为405nm和450nm)相比，使用450nm的单波长蓝光在减少微生物方面不太有效。如图所示，当表面暴露于波长为450nm的蓝光使得能量剂量达到5Ws/cm

参考图4，例示了根据本公开内容的实施方式的第一光反应性成分(诸如卟啉)和第二光反应性成分(诸如黄素)的吸收光谱根据蓝光的波长变化的示例图形表示。如图所示，X轴表示光的波长，Y轴表示第一光反应性成分和第二光反应性成分对蓝光的吸收率。点线表示第一光反应性成分的吸收光谱，断续线表示第二光反应性成分的吸收光谱，而实线表示与由光组件发射的蓝光相关联的发射光谱。如图所示，第一光反应性成分和第二光反应性成分对蓝光的最大吸收率分别在约405nm和约450nm处。因此，第一蓝光被设置处于400至410nm的第一峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第一光反应性成分、对蓝光最大吸收率在约405nm处，第二蓝光被设置处于440至464nm的第二峰值波长、具有至多25nm的半峰全宽、用以靶向微生物的第二光反应性成分、对蓝光的最大吸收率在约450nm处。

参考图5A和图5B，例示了根据本公开内容的不同示例性实施方式的微生物的数量相对于光剂量(以Ws/cm

参照图6，其为示出用于消毒的有效区域的示意图。y轴是以W/cm

LED光源(或发射具有较宽FWHM的蓝光峰值的其他光源，将会有很多能量浪费在不具有生物效应的波长上。FWHM越窄，浪费的能量越少。目标是让所有的蓝光仅发射在与消毒相关的区域中。

在不脱离所附权利要求书限定的本公开内容的范围的情况下，可以对前述的本公开内容的实施方式进行修改。用于描述和要求保护本公开内容的词句诸如“包括”、“包含”、“结合”、“具有”、“是”意在以非排他性的方式来解释，即允许未明确描述的项、部件或元件也存在。对单数的提及也应解释为涉及复数。