УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СТИМУЛИРОВАНИЯ ФОТОБИОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ВИТАМИНА D3-ХОЛЕКАЛЬЦИФЕРОЛА Российский патент 2024 года по МПК A61N5/06 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3-холекальциферола. Также изобретение относится к области электротехники, а именно к диодам с эмиссией ультрафиолетового излучения, и может быть использовано при изготовлении диодов и диодных сборок, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне в устройствах медицинского назначения.

[0001] Энергия солнечного излучения при воздействии на кожу превращается в тепло, а также расходуется на фотохимические и фотобиологические реакции, в ходе которых в эпидермисе кожи происходят различные фотобиохимические процессы. В 1935 г. была установлена химическая структура витамина D3 и доказано, что витамин D3 образуется в результате ультрафиолетового облучения 7-дегидрохолестерина [1], [2] и [3]. В зависимости от дозы и качества УФ облучения физиологический эффект может быть, как положительным (синтез витамина D3), так и отрицательным (ожог, повреждение ДНК, появление злокачественных образований на коже, фотостарение и др.). Организм человека снабжается витамином D двумя путями: (1) эндогенным образованием витамина D3 в эпидермисе кожи при воздействии на нее УФ излучения определенного спектра и (2) путем поглощения экзогенного витамина D2, D3 в кишечнике из пищи. При достаточной и регулярной инсоляции потребность в витамине D полностью покрывается за счет фотохимического синтеза в эпидермисе [4]. Пищевые источники витамина D2, D3 играют лишь компенсирующую роль в случаях эндогенной недостаточности витаминов. Активность фотобиохимических стадий синтеза витамина D3 находится в прямой зависимости от интенсивности и спектрального состава УФ излучения (УФИ). Фотобиохимический процесс синтеза витамина D3 происходит только при воздействии на кожу энергии ультрафиолетового излучения с определенными характеристиками. 7-Дегидрохолестерин наиболее эффективно поглощает ультрафиолетовое излучение в диапазоне UVB (280-315 нм). Таким образом, производство витамина D3 происходит наиболее эффективно на этих длинах волн.

[0002] Количество УФ-излучения, достигающего кожи, чрезвычайно важно для всей системы синтеза витамина D3. Необходимая дозировка невелика, и достаточным считается ежедневное воздействие на лицо и руки солнца и света в течение 15 минут. Примечательно, что воздействие более высоких доз излучения в диапазоне УФБ (280-315 нм) на большие участки тела дает менее благоприятное соотношение риска и пользы от УФИ. Исследования [5], [6] и [7] выявили состояние насыщения выработки витамина D при увеличении площади тела. Соотношение польза/риск оказывается благоприятным только для малых доз УФБ излучения и небольших участков тела, а чрезмерное пребывание на солнце не дает пропорционально дополнительных преимуществ. Синтез витамина D3 в коже происходит под действием УФ облучения, которое эффективно проникает только в эпидермальный слой кожи. Двумя наиболее важными факторами, влияющими на синтез витамина D3, являются количество (интенсивность) и качество (соответствующие длины волн) УФ излучения. Другим важным фактором является количество 7-дегидрохолестерина в коже. В норме сосочковый и базальный слои кожи содержат достаточное количество 7-дегидрохолестерина (около 25-50 мкг/см² кожи) [8]. Образцы кожи in vitro показали, что количество витамина D3 достигает максимума в течение 15 минут после УФ-облучения, а при длительном воздействии его количество остается постоянным [9]. Таким образом, для полного удовлетворения суточной потребности организма за счет эндогенного витамина D3 достаточно 10-20 минутного пребывания на открытом солнечном свете, содержащем УФБ излучение.

[0003] В условиях дефицита солнечного света дефицит витамина D можно компенсировать путем стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3 с помощью устройства синтеза витамина D3 - холекальциферола в организме путем облучения кожи излучением в УФБ диапазоне.

Известны устройства, раскрытые в Патенте США № 6851814 и Патенте России № RU2644752, в которых синтез витамина D в организме осуществляется путем облучения кожи с помощью источников излучения УФБ ламп, излучающих на длинах волн, близких к спектру биологически активного излучения, для производства витамина D. Наиболее близким по совокупности существенных признаков являются устройства по заявке на патенты Кореи KR20150082761, патент России RU2730551, патент США US11357998 В2, которые содержат светодиод, световод, центральный процессор управления, рассеивающую пластину для равномерного распределения излучения по поверхности устройства, все собрано на гибкой печатной плате и блоке питания. В таком аппарате необходимая доза витамина D достигается при высокоинтенсивном УФБ излучении с длиной волны 280 нм, что требует для обеспечения безопасности процесса облучения установления и контроля максимально допустимого времени воздействия (рабочая смена, время сна и т.д.) и безопасная наименьшая доза узкополосного УФ излучения, соответствующая длительному времени воздействия. Этот недостаток характерен и для технических решений по упомянутому выше патенту США № 6851814 и патенту России RU2644752. Также значимым недостатком у патентов и патентных заявок KR20150082761, RU2730551, US11357998B2 с использованием УФБ диодного излучения является непроработанная система равномерного рассеивания УФБ излучения, не позволяющая достигнуть равномерного излучения по облучаемой поверхности. Такой недостаток решается в данной патентной заявке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0004] Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего узкополосное излучение в УФБ диапазоне для энергоэффективной и безопасной стимуляции синтеза витамина D3-холекальциферола в организме.

[0005] Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение стимуляции синтеза необходимой суточной дозы витамина D3-холекальциферола при низкой интенсивности узкополосного излучения в УФБ диапазоне, что позволяет повысить концентрацию витамина D3-холекальциферола до необходимой суточной нормы.

[0006] Указанный технический результат достигается за счет способа и устройства для стимуляции синтеза витамина D3 холекальциферола в организме УФБ излучением, включающих:

[0007] В 1-м случае корпус -1, и расположенную в корпусе 1 силовую секцию -2, секцию для задания параметров и регулирования УФБ излучения - 3, 5 - источник инициирующего УФЦ излучения, 6 - модуль - источник равномерно распределенного УФБ излучения возбуждаемого источником инициирующего УФЦ излучения. Излучающая УФБ поверхность, расположена в нижней части корпуса перед источником УФЦ излучения.

[0008] Во 2-м случае корпус -1, и расположенную в корпусе 1 силовую секцию -2, секцию для задания параметров и регулирования УФБ излучения - 3, 5 -светодиодный источник инициирующего узкополосного монохромного излучения 450-520 нм, 6 - модуль - источник равномерно распределенного УФБ излучения возбуждаемого источником инициирующего монохромного излучения 450 - 520 нм на излучающую поверхность. Излучающая УФБ поверхность, расположена в нижней части корпуса перед источником монохромного узкополосного излучения 450-520 нм.

[0009] Экран, который может быть сенсорным экраном, может использоваться для визуализации и ввода и размещается на верхней поверхности корпуса. Кнопки также могут присутствовать для ввода.

[0010] Вышеупомянутая секция 3 для настройки параметров и регулирования узкополосного УФ излучения содержит:

[0011] В 1-м случае модуль регулирования электрических параметров входного напряжения и тока - 8, модуль регулирования мощности УФБ излучения - 9 и модуль задания параметров и регулировки мощности УФБ излучения, режимов воздействия и управления (вкл./ выкл.) источником УФ излучения -10, т.е. модуль управления для пользователя, чтобы определить, как работает устройство.

[0012] Во 2-м случае модуль регулирования мощности УФБ излучения - 9 и модуль задания параметров и регулировки мощности УФБ излучения, режимов воздействия и управления (вкл./ выкл.) источником УФ излучения -10, т.е. модуль управления для пользователя, чтобы определить, как работает устройство.

[0013] Модуль 6 - источник равномерно распределенного УФБ излучения может представлять собой пластину из пластика, полимера, или другого материала, прозрачного для:

[0014] В 1-м случае для УФЦ излучения облачающего модуль 6 - источник равномерно распределенного УФБ излучения в котором используется люминофор с прямым Стоксовым сдвигом, излучающим в УФБ диапазоне. Модуль 6 - источник равномерно распределенного УФБ излучения может представлять собой пластину из пластика, полимера или другого материала, прозрачного для УФ излучения, покрытую суспензией люминофорного состава представляющим собой соединения, к примеру, Ca₂B₅O₉Cl:Pb, Sr₂B₅O₉Cl:Pb, или BaZn_1,9Mg_0,1Si₂O₇:Pb, или какие-либо другие соединения люминофора излучающие в УФБ диапазоне и антиседиментационные/противооседающие добавки, который при поглощении УФЦ излучения с внутренней сторон пластины, обращенной к источнику инициирующего УФЦ излучения возбуждают люминесценцию / излучение в УФБ диапазоне с внешней стороны пластины/поверхности.

[0015] Во 2-м случае для модуля 6 - источника, равномерно распределенного УФБ излучения, используется люминофор с анти Стоксовой люминесценцией излучающей в УФБ диапазоне. Модуль 6 - источник равномерно распределенного УФБ излучения может представлять собой пластину из пластика, полимера, или другого материала, прозрачного и для узкополосного монохромного излучения на длинах волн 450 - 520 нм., которая покрыта составом из анти Стоксового люминофора излучающего в УФБ диапазоне, к примеру соединением на основе силиката иттрия и антиседиментационных / противоосаждающих добавок, которая при поглощении монохромного излучения на длинах волн 450-520 нм. возбуждает люминесценцию / излучение в УФБ диапазоне с внешней стороны пластины / поверхности.

[0016] В других предпочтительных вариантах пластина в модуле 6 - источнике равномерно распределенного узкополосного УФБ излучения изготовлена из УФ прозрачного изотропного пластика, полимера и т.д. с добавлением антиседиментационных / противоосаждающих добавок, либо без добавок.

[0017] В 1-м случае пластина из пластика, полимера и т.д. должна быть изотропной по всему объему и пропускать УФ излучение, покрыта / содержать специальным люминофорный состав с прямым Стоксовым сдвигом, к примеру -Ca₂B₅O₉Cl:Pb, Sr₂B₅O₉Cl:Pb или BaZn_1,9Mg_0,1Si₂O₇:Pb, или любой другой люминофор излучающий в УФБ диапазоне, где каждая частица люминофора становится вторичным источником УФБ излучения, в некоторых вариантах пластина может содержать антиседиментационные/противооседающие добавки, дополнительно стабилизирующих равномерное распределение наполнителей и снижающих образование крупных агломераций частиц. Затем состав можно полимеризовать в форме с образованием пластины желаемой формы, толщины и объема. Также данная пластина может представлять единую часть с УФЦ диодом / диодами.

[0018] Во 2-м случае при использовании люминофора с анти Стоксовым сдвигом, например силиката иттрия, излучающем в УФБ диапазоне, где каждая частица люминофора становится вторичным источником УФБ излучения и получается пластина равномерно излучающая УФБ излучение. Также данная пластина может представлять единую часть со светодиодом / светодиодами узкополосного монохромного излучения в диапазоне 450-520 нм. Использование такого узкополосного УФБ излучения и модуля распределительного равномерного УФБ излучения позволяет проводить облучение при минимальной мощности УФБ излучения.

[0019] В желательных вариантах модуль 6 - источник равномерно распределенного узкополосного УФБ излучения должен находиться либо в непосредственном контакте, либо на незначительном удалении от кожи человека-пользователя.

[0020] Для обеспечения безопасных радиационных условий при синтезе витамина D3 в организме узкополосным УФБ излучением используется люминофор со Стоксовым, или анти Стоксовым сдвигом излучающий в УФБ диапазоне с центральной длиной волны 295 нм. используется как источник узкополосного УФБ излучения для создания суточной дозы облучения 0,15 МЭД. Данная доза облучения выделена на основе результатов исследований, изложенных в работе [10].

[0021] В некоторых предпочтительных вариантах в качестве источника инициирующего узкополосное УФБ излучение используется узкополосный светоизлучающий диод (СИД) с диапазоном эмиссии излучения в узкополосном УФЦ диапазоне, либо светоизлучающие диоды (СИД) с диапазоном монохроматического узкополосного излучения на длинах волн 450-520 нм.

[0022] Устройство по изобретению может быть частью браслета, а также браслетом, прикрепленным к телу, в котором модуль 6 - источник равномерно распределенного узкополосного УФБ излучения находится в непосредственном контакте, либо находится на незначительном удалении от кожи тела человека.

[0023] Эти и другие неограничивающие характеристики изобретения более подробно раскрыты ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

[0024] Ниже приводится краткое описание чертежей, которые представлены в целях иллюстрации иллюстративных вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, а не в целях их ограничения.

[0025] ФИГ. 1 представлена блок-схема устройства для синтеза витамина D3-холекальциферола согласно изобретению.

[0026] ФИГ. 2 представляет собой блок-схему блока генерации узкополосного УФБ излучения для синтеза витамина D3-холекальциферола согласно изобретению.

[0027] ФИГ. 3 представляет собой блок-схему блока генерации узкополосного УФБ излучения для синтеза витамина D3-холекальциферола согласно изобретению.

[0028] ФИГ. 4 показан браслет на запястье пользователя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0029] Более полное представление о раскрытых здесь компонентах, процессах и устройствах можно получить, обратившись к прилагаемым чертежам. Эти фигуры представляют собой просто схематические изображения, основанные на удобстве и простоте демонстрации настоящего раскрытия, и, следовательно, не предназначены для указания относительного размера и размеров устройств или их компонентов и/или для определения или ограничения объема иллюстративных вариантов осуществления.

[0030] Хотя для ясности в последующем описании используются конкретные термины, эти термины предназначены для обозначения только конкретной структуры вариантов осуществления, выбранных для иллюстрации на чертежах, и не предназначены для определения или ограничения объема раскрытия. На чертежах и последующем описании следует понимать, что одинаковые числовые обозначения относятся к компонентам с одинаковыми функциями.

[0031] Формы единственного числа включают референты во множественном числе, если контекст не требует иного.

[0032] Используемые в описании и формуле изобретения такие термины как «включают», «имеют», «могут», «содержат» и их варианты, используемые здесь, предназначены для использования в качестве переходных фраз, терминов или слов с открытым значением, которые требуют наличия названных компонентов/этапов и допускают наличие других компонентов/этапов. Однако такое описание должно толковаться как описание систем или устройств, или композиций, или процессов как «состоящих из» и «состоящих в основном из» перечисленных компонентов/этапов, что допускает наличие только названных компонентов/этапов наряду с любыми неизбежными примесями, которые могут возникнуть в результате этого, и исключает другие компоненты/этапы.

[0033] Следует понимать, что числовые значения в описании и пунктах формулы изобретения включают числовые значения, которые являются одинаковыми, если их привести к тому же числу значащих цифр, и числовые значения, которые отличаются от заявленного значения менее чем на экспериментальную погрешность традиционной методики измерения тип, описанный в настоящей заявке, для определения значения.

[0034] Все раскрытые здесь диапазоны включают указанную конечную точку и могут комбинироваться независимо друг от друга (например, диапазон «от 2 граммов до 10 граммов» включает конечные точки, 2 грамма и 10 граммов и все промежуточные значения).

[0035] Значение, измененное термином или терминами, такими как «приблизительно» и «по существу», не может быть ограничено точным указанным значением. Модификатор «около» также следует рассматривать как раскрывающий диапазон, определяемый абсолютными значениями двух конечных точек.

Например, выражение «от примерно 2 до примерно 4» также раскрывает диапазон «от 2 до 4». Термин «приблизительно» может относиться к плюс или минус 10% от указанного числа.

[0036] Используемый здесь термин «узкополосный» относится к диапазону длин волн, в котором все спектральные компоненты излучения сгруппированы в пределах ±30 нм от центральной длины волны.

[0037] Коэффициент пропускания света относится к отношению проходящего света к падающему свету, выражается в процентах и может быть измерен в соответствии со стандартом ASTM D1003-13.

[0038] Используемый здесь термины «УФБ» относится к излучению в диапазоне от 280 нанометров до 315 нанометров (от двухсот восьмидесяти до трехсот пятнадцати нм), термин «УФЦ» относится к излучению в диапазоне от 100 нанометров до 280 нанометров (от ста до двухсот восьмидесяти нм). Если говорить об УФ излучении в данном приложении, то только центральная длина волны должна находиться в пределах этого диапазона.

[0039] Используемый здесь термин «MED» относится к минимальной эритемной дозе. Сама эритема представляет собой ограниченное интенсивное покраснение кожи, вызванное расширением сосудов дермы. МЭД соответствует энергетическому воздействию от 150 Дж/м ² до 2000 Дж/м ², в зависимости от типа кожи, при длине волны 298 нм (максимальная спектрально эффективная длина волны для эритемы).

[0040] ФИГ. 1 представлена блок-схема устройства для синтеза витамина D3-холекальциферола по изобретению. Устройство содержит корпус 1, содержащий секцию 2 для электропитания, секцию 3 для задания параметров и регулирования узкополосного УФБ излучения, экран или сенсорный экран 4 для визуализации и ввода режимов работы прибора, источник/источники 5 УФЦ излучения, либо источник/источники монохромного узкополосного излучения в диапазоне 450-520 нм. и модуль 6 - источник равномерно распределенного УФБ излучения по облучаемой поверхности. На печатной плате 7 расположены секция 2 питания, секция 3 задания параметров и регулирования УФБ излучения и источник/источники 5 УФЦ излучения, либо источник/источники монохромного узкополосного излучения в диапазоне 450 - 520 нм. В качестве источника УФБ излучения в модуле 6 - источнике равномерно распределенного УФБ излучения по облучаемой поверхности может быть использован либо состав на основе люминофора с прямым Стоксовым сдвигом, к примеру - Ca₂B₅O₉Cl:Pb, Sr₂B₅O₉Cl:Pb или BaZn_1,9Mg_0,1Si₂O₇:Pb, или любой другой люминофор излучающий в УФБ диапазоне, с добавлением либо без добавления антиседиментационных / противоосаждающих добавок, полимеризованный в заданном объеме и форме излучающий в УФБ диапазоне, где каждая частица люминофора является вторичным источником УФБ излучения. В этом случае используется люминофор с прямым Стоксовым сдвигом возбуждаемый УФЦ источником/источниками. Либо источник 5 монохромного узкополосного излучения в диапазоне 450-520 нм., и модуль 6 - источник равномерно распределенного УФБ излучения по облучаемой поверхности. На печатной плате 7 расположены секция 2 питания, секция 3 задания параметров и регулирования УФБ излучения и источник 5 монохромного излучения в диапазоне 450-520 нм. В качестве источника УФБ излучения может быть использован состав на основе люминофора с анти Стоксовым сдвигом, например люминофор на основе соединения силиката иттрия, полимеризованный в заданном объеме и форме излучающий в УФБ диапазоне с добавлением либо без добавления антиседиментационных / противоосаждающих добавок. Доза облучения, обеспечиваемая модулем 6 - источником равномерно распределенного УФБ излучения, принимается равной 0,15 МЭД/сутки. Суточная доза облучения (энергия) от модуля, равномерно распределенного УФБ излучения должна составлять 0,15 МЭД. Следует отметить, что, как правило, такие источники узкополосного УФ излучения также не обеспечивают значительного количества излучения за пределами узкого диапазона.

[0041] ФИГ. 2. ФИГ. 3 представлена блок-схема блока генерации УФБ излучения. Источник электропитания 2 обеспечивает питание компонентов устройства, генерирующего УФБ излучение с требуемыми параметрами. В качестве источника питания может использоваться аккумуляторная батарея, установленная в отсеке блока питания. Для зарядки аккумулятора отсек блока питания может быть оснащен зарядным портом (например, порт мини-USB) или зарядка может происходить от источника постоянного тока.

Секция 3 параметрирования и регулирования узкополосного УФБ излучения обеспечивает регулирование мощности узкополосного УФБ излучения и содержит модуль 9 регулирования выхода узкополосного УФБ излучения и модуль 10 задания параметров и регулировки мощности узкополосного УФБ излучения, узкополосное УФБ излучение, режимы воздействия и контроль источника узкополосного УФБ излучения. Этот модуль 10 включает в себя программный узел задания параметров работы устройства и может быть выполнен, в том числе, в виде контроллера (например, микросхемы), регулирующего силу тока, или ШИМ (широтно-импульсная модуляция), т.е. мощности излучения. Питание указанных модулей 9 и 10 осуществляется в 1-м случае через модуль 8 регулирования электрических параметров поступающего напряжения и тока. Модуль 8 может быть, например, преобразователем входного напряжения, во 2-м случае питание указанных модулей 9 и 10 осуществляется непосредственно от источника питания/аккумулятора. Модуль 10 получает данные о рабочих параметрах облучения, заданных модулем 9 управления мощностью узкополосного УФБ излучения, заданных на экране или сенсорном экране, и через интегрированный программный модуль формирует выходной сигнал, подаваемый на источник -5 в 1-м случае УФЦ излучения инициирующее в модуле 6 узкополосное УФБ излучение, во 2-м случае источник монохромного узкополосного излучения в диапазоне 450 -520 нм. инициирующее в модуле 6 узкополосное УФБ излучение. В модуле также предусмотрен режим включения/выключения источника узкополосного УФЦ излучения 5 в 1-м случае и монохромного узкополосного излучения 450 - 520 нм. во 2-м случае, в соответствии с заданным периодом облучения, что обеспечивается связью модуля 10 с устройством включения/выключения источника 5 узкополосного УФЦ излучения, либо монохромного излучения 450 - 520 нм. Мощность УФЦ излучения, либо мощность монохромного узкополосного излучения 450 - 520 нм. инициирующая УФБ излучение в модуле 6 - источнике равномерно распределенного УФБ излучения регулируются токовой регулировкой или ШИМ и задаются через экранный интерфейс устройства. Мощность излучения регулируется при необходимости изменения времени облучения (увеличение/уменьшение). Например, текущий контроль модулем 10 позволяет контролировать мощность радиометрического излучения источника 5 УФЦ излучения, либо мощность светового потока монохромного узкополосного излучения 450-520 нм. и соответственно регулировать мощность радиометрического излучения в модуле 6 - источнике равномерно распределенного УФБ излучения. Регулирование силы тока может происходить с шагом 1 мА с помощью процесса широтно-импульсной модуляции. Этот процесс не вызывает изменений других электрических параметров. Значение заряда может отображаться на интерфейсе экрана 4 в процентах от емкости аккумулятора. Величину мощности радиометрического излучения также можно контролировать/изменять кнопками (+) и (-), либо физические кнопки, либо виртуальные кнопки на сенсорном экране уменьшающими или увеличивающими мощность радиометрического излучения в процентах с шагом 1%. Требуемая мощность излучения может быть основана на значении 0,15 MED, необходимом минимальном значении излучения УФБ для получения суточного прироста витамина D3 эндогенного происхождения. Упомянутые модуль 8, модуль 9 и модуль 10 могут быть размещены на одной печатной плате или интегрированы в одну микросхему. Модули 9 и 10 могут быть реализованы на одном или нескольких компьютерах общего назначения, компьютере(ах) специального назначения, программируемом микропроцессоре или микроконтроллере и элементах периферийной интегральной схемы, ASIC или другой интегральной схеме, цифровом сигнальном процессоре, жестком электронном или логическом устройстве, схема, такая как схема дискретного элемента, программируемое логическое устройство, такое как PLD, PLA, FPGA, ЦП графической карты (GPU) или PAL, и т.п. Эти модули могут быть реализованы в виде аппаратного обеспечения, программного обеспечения или любой их подходящей комбинации. В общем случае для этих модулей можно использовать любое устройство, способное реализовать конечный автомат. Модуль 6 - источник равномерно распределенного узкополосного УФБ излучения может быть выполнен в качестве пластины. Пластина может иметь толщину от 0,5 мм до 1,5 мм. Пластина может быть изготовлена, например, из пластического материала, полимера и т.д., прозрачного для УФЦ излучения, либо монохромного излучения 450-520 нм. и изотропного по всему объему и пропускать данные виды радиометрического излучения, либо монохромного узкополосного излучения в диапазоне 450-520 нм. Пластина может быть изготовлена из полимеров, например, из полиуретана, содержащего антиседиментационные/противооседающие добавки, и дополнительно стабилизирующих равномерное распределение наполнителей и уменьшающих образование крупных агломераций частиц и непосредственно состава люминофора с прямым Стоксовым сдвигом возбуждаемый УФЦ источником/источниками, либо люминофорным составом с анти Стоксовым сдвигом возбуждаемый узкополосным монохромным излучением 450-520 нм. и излучающие в узкополосном УФБ диапазоне. Затем данный состав полимеризуется с образованием пластины желаемой формы, толщины и объема. Все компоненты равномерно распределены по всему объему. Использование такого модуля 6 - источника распределенно распределенного узкополосно УФБ излучения позволяет проводить облучение при минимально необходимой мощности УФБ излучения. [0042] Питание от источника питания 2 поступает на модуль 8 регулирования электрических параметров входящего напряжения и тока и далее на модуль 9 регулирования мощности узкополосного УФ излучения и на модуль 10 задания параметров и регулирования мощности УФ излучения, режимы облучения и управление источником УФ-излучения, либо напрямую на модуль 9 регулирования мощности узкополосного УФ излучения и на модуль 10 задания параметров и регулирования мощности УФ-излучения, режимы облучения и управление источником УФ-излучения.

[0043] Корпус выполнен, например, из прочного пластика или металла и определяет зону излучения, ограниченную размерами самого корпуса, или корпуса и браслета одновременно, при этом зона излучения выполнена с возможностью размещения часть тела под ним. Зона облучения предпочтительно представляет собой площадь от около 8 до около 30 кв. см (см²), в том числе от около 10 до около 20 кв. см (см ²), или даже большую площадь, исходя из того, что 1 см ² содержит около 25-50 мкг (мкг) 7-дегидрохолестерина [8]. Иными словами, площадь поверхности модуля 6, с которой УФБ излучение выходит из устройства, составляет от 8 см ² до 30 см ² или от 10 см ² до 20 см ².

[0044] Как упоминалось ранее, устройство включает в себя экран или сенсорный экран. Экран или сенсорный экран 4 получает обратную связь от модуля 9 управления мощностью узкополосного УФБ излучения и источника 2 питания для контроля рабочих параметров. Известные средства ввода, такие как кнопки или циферблаты, или сам сенсорный экран, могут использоваться для установки различных параметров по желанию.).

[0045] Устройство согласно изобретению также может быть оснащено приемником сигналов дистанционного управления для задания параметров режима излучения, связанных с программным обеспечением, управляемым модулем 10 задания параметров излучения.

[0046] Описанные выше устройство и способ стимуляции синтеза витамина D3-холекальциферола в организме человека можно использовать для облучения различных участков тела. В предпочтительном варианте такое устройство может быть частью браслета или всего браслета, прикрепленного к руке или ноге. Браслет имеет форму кольца, имеющего верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, которые контактируют с кожей пользователя. При этом модуль 6 равномерного распределения узкополосного УФБ излучения находится либо в непосредственном контакте с кожей тела, либо на незначительном удалении от кожи.

[0047] Настройка аппарата заключается в установке регулярной дозы облучения в зависимости от типа кожи. На основании данных исследований ультрафиолетового излучения рекомендуемая суточная энергия дозы облучения составляет 0,15 МЭД. В зависимости от мощности облучения устанавливается время воздействия (облучения). На экране устройства, например, интегрированного с браслетом, будет установлено время экспозиции. При выборе другого времени экспозиции мощность облучения будет изменяться пропорционально (за счет уменьшения/увеличения тока или ШИМ). Для других типов кожи с повышенным содержанием меланина мощность излучения может увеличиваться [11]. Это устройство согласно изобретению предназначено для всех типов кожи по шкале Фитцпатрика [12]. Облучение проводят на длинах волн 290-300 нм с основной длиной волны 295 нм. На этих длинах волн обеспечивается наиболее эффективный процесс синтеза витамина D3 в организме - до 90% по отношению к 298 нм при низком уровне негативного воздействия радиации, в частности, эритемы, что подтверждается данными МКО (Международная комиссия по освещению) [13] показано в таблице ниже. При этом непосредственный контакт, либо расположение на незначительном расстоянии от кожи модуля 6 для равномерного распределения узкополосного УФБ излучения практически исключает его воздействие на окружающих пользователя людей. В таблице жирным шрифтом выделена длина волны 298 нм спектра излучения, позволяющая получить наилучший результат синтеза витамина D3.

[0048] Устройство было протестировано в экспериментах in vivo. Для облучения кожи использовали светодиод SMD3535 Пиковая длина волны светодиода составляла 265 нм.

[0049] Устройство было протестировано в экспериментах in vivo. Для облучения кожи использовали светодиод GMKJ SMD3030 Пиковая длина волны светодиода составляла 450 нм.

[0050] Измерения проводились в медицинской лаборатории путем сдачи анализа крови на концентрацию 25(OH)D3 до и после облучения, через ≥24 ч после окончания сеанса облучения. Были получены следующие результаты:

[0051] 1. Результаты первого исследования (Вариант 1) радиационного воздействия с помощью браслета. Облучение проходило в течение 5 дней в условиях недостаточного солнечного света. Сеансы проводились один раз в сутки с экспозицией 900 секунд при использовании в модуле 6 - источнике равномерно распределенного УФБ излучения люминофора с прямым Стоксовым сдвигом излучающем в УФБ диапазоне, возбуждаемым узкополосным УФЦ. После окончания облучения в течение следующих 24 часов не было облучения для завершения выработки витамина D3 - холекальциферола. Энергия спектра биологически активного излучения, вышедшего из модуля равномерно распределенного излучения на кожу человека, составила 0,005 Дж/см² (5 мДж/см²). Через 24 часа концентрация 25-гидроксихолекальциферола (25(OH)D3) в крови увеличилась с 12,31 нг/мл до 17,68 нг/мл, что составило 5,37 нг/мл, или 37,59 мкг, или 1503,6 ME за 5 дней лечения, облучение с помощью прибора для стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3-холекальциферола, с помощью узкополосного УФБ облучения. Суточный прирост концентрации 25-гидроксихолекальциферола в крови составил 7,518 мкг или 300,72 ME.

[0052] 2. Результаты второго исследования (Вариант 2) по радиационному воздействию с использованием устройства в виде браслета. Облучение происходило в течение 5 дней в условиях недостаточного солнечного света. Сеансы проводились один раз в сутки с экспозицией 900 секунд при использовании в модуле 6 - источнике равномерно распределенного УФБ излучения люминофора с анти Стоксовым сдвигом, возбуждаемым монохромным излучением 450 - 520 нм. и излучающим в УФБ диапазоне. После окончания облучения в течение следующих 24 часов не было облучения для завершения выработки витамина D3-холекальциферола. Энергия спектра биологически активного излучения, вышедшего из модуля равномерно распределенного излучения на кожу человека, составила 0,005 Дж/см² (5 мДж/см²). Через 24 часа отмечалось повышение концентрации 25-гидроксихолекальциферола в крови с 12,91 нг/мл до 19,12 нг/мл, что составило 6,21 нг/мл, или 43,47 мкг, или 1738,8 ЕД за 5 дней облучения с использованием аппарата для стимулирование фотобиохимического синтеза витамина D3, узкополосное УФБ облучение. Суточный прирост концентрации 25-гидроксихолекальциферола в крови составил 8,694 мкг или 347,76 ME.

[0053] На примерах реализации изобретения показана возможность получения технического результата во всех вариантах использования люминофора с прямым Стоксовым сдвигом и с анти Стоксовым сдвигом излучающих в УФБ диапазоне в указанных интервалах длин волн, перечисленных в таблице выше.

[0054] Эти исследования показаны в таблице 1:

[0055] Принятый диапазон толщины устройства от 0,5 мм до 1,5 мм. для пластиковой, полимерной пластины был получен экспериментально. В этом диапазоне приемлемые показатели синтеза витамина D3 были получены при возбуждении пластины с люминофором с прямым Стоксовым излучающим в УФБ диапазоне, либо с анти Стоксовым сдвигом излучающим в УФБ диапазоне инициируемым узкополосным УФЦ излучением, либо монохромным узкополосным излучением 450-520 нм. и с центральной длинной волны УФБ излучения 295 нм. и контролируемой энергии излучения 0,005 Дж/см 2 (5 мДж/см ²) что обеспечивает наименьшую интенсивность узкополосного УФБ излучения. При использовании пластины с указанным диапазоном толщин обеспечивалась минимальная суточная доза 0,15 МЭД для всего диапазона длин волн УФБ излучения. При такой толщине пластин устройство в форме браслета имеет размеры корпуса по высоте, не превышающие размеры носимых электронных устройств, таких как смарт-часы или устройства для контроля за здоровьем.

[0056] Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами устройства для синтеза витамина D3 в организме.

[0057] Например, можно одновременно использовать источник УФБ излучения и диодный источник ИК-излучения. При одновременном ультрафиолетовом и инфракрасном излучении коротковолновое излучение накладывается на длинноволновое. Инфракрасный поток, модулированный ультрафиолетовым излучением, является носителем ультрафиолетовой энергии, обеспечивая ее более глубокое проникновение в подкожный слой, обеспечивая ее энергетическое взаимодействие с биохимическими процессами, например, синтезом витамина D3.

[0058] Также технологию УФБ излучения с использованием люминофора с прямым Стоксовым сдвигом и анти Стоксовым сдвигом излучающих в УФБ диапазоне возбуждаемых узкополосным УФЦ излучением, либо узкополосным монохромным излучением в диапазоне 450-520 нм. можно использовать для создания диодов и диодных сборок излучающих в УФБ диапазоне

[0059] Сочетание использования в модуле 6 устройства люминофоров с УФБ излучением с прямым Стоксовым и анти Стоксовым сдвигом и вторичным излучением этих люминофоров с основной длиной волны 295 нм при возбуждении узкополосным УФЦ излучением, либо возбуждением узкополосным монохромным излучением в диапазоне 450 - 520 нм. обеспечивает работу устройства при низких интенсивность УФБ излучения, что позволяет повысить его энергоэффективность и безопасность для пользователя и окружающих.

[0060] Настоящее раскрытие было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления. Модификации и изменения станут очевидными для других после прочтения и понимания предшествующего подробного описания. Предполагается, что настоящее раскрытие следует рассматривать как включающее все такие модификации и изменения, насколько они входят в объем прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Источники информации

1. Brockmann Н. Die Isolierung des antirachitischen Vitamins aus Thunfischleberol. - Hoppe-Seyler's Z. physiol… Chem., 1936, 241, S. 104-115.

2. Windaus A., Lettre H., Schenk F. Uberdas 7-Dehydrocholesterin. - Ann., 1935, 520, S. 98-106.

3. Windaus A., Schenk F., Werder F. Uber das antirachitisch Wirksame Bestrahlungspro- dukte aus 7-Dehydrocholesterin. - Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem., 1936, 241, S. 100-103.

4. КАЛЬЦИЙ, ВИТАМИН D И ФОРМИРОВАНИЕ ЗДОРОВОГО СКЕЛЕТА, Шилин Д.Е., 10.13140/RG.2.1.4905.1288, М., Издательство МАИ, 2008.

5. Matsuoka LY, Wortsman J, Hollis BW. Use of topical sunscreen for the evaluation of regional synthesis of vitamin D3. J Am Acad Dermatol 1990; 22:772-775.

6. Vähävihu K, Ylianttila L, Kautiainen H et al. Narrowband ultraviolet В course improves vitamin D balance in women in winter. Br J Dermatol 2010; 162:848-853.

7. Morten К.B. Bogh (2012) Vitamin D production after UVB: Aspects of UV related and personal factors, Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation, 72:sup243, 24-31.

8. Norman, A.W. (1998). Sunlight, season, skin pigmentation, vitamin D, and 25-hydroxyvitamin D: integral components of the vitamin D endocrine system. The American Journal of Clinical Nutrition, 67(6), 1108-1110. doi:10.1093/ajcn/67.6.1108.

9. МЕТОДЫ БИОФОТОНИКИ: ФОТОТЕРАПИЯ Учебное пособие САРАТОВ НОВЫЙ ВЕТЕР 2012 УДК [577.345:615.831] (075.8).

10. Heath Council of the Netherlands (1986). UV radiation: Human exposure to ultraviolet radiation. The Hague, Health Council of the Netherlands (Report 1986/93).

11. УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Официальный научный обзор по воздействию УФ излучения на окружающую среду и состояние здоровья с упоминанием о глобальном истощении озонового слоя. Всемирная организация здравоохранения Женева, 1995 г.

12. Fitzpatrick, Т.В. (1975). ʺSoleil et peauʺ [Sun and skin]. Journal de Médecine Esthétique (in French) (2): 33-34.

13. CIE 174:2006 Action spectrum for the production of previtamin D3 in human skin STANDARD by Commission Internationale de L'Eclairage, 01/01/2006.

Группа изобретений относится к медицинской технике, в частности к устройствам для стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3-холекальциферола, и может быть использовано при изготовлении диодов и диодных сборок, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне в устройствах медицинского назначения. Предложено устройство для стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3-холекальциферола, реализующее способ и содержащее корпус и расположенные внутри корпуса: силовую часть - источник питания; источник узкополосного УФБ излучения; секцию управления узкополосным УФБ излучением; модуль - источник равномерно распределенного узкополосного УФБ излучения, расположенный на нижней поверхности корпуса, содержащий пластину. При этом секция управления узкополосным УФБ излучением содержит: модуль регулирования входящего напряжения и тока; модуль управления мощностью узкополосного УФБ излучения и модуль для настройки параметров воздействия УФБ излучения; при этом пластина пропускает узкополосное монохромное излучение 450-520 нм. При этом пластина сформирована из полимера и покрыта или суспензией частиц люминофорного состава с стоксовым сдвигом, возбуждаемых узкополосным УФЦ излучением и излучающих в УФБ диапазоне, и антиседиментационных или противоосаждающих добавок, полимеризованных в заданном объеме, или суспензией частиц люминофорного состава с антистоксовым сдвигом, возбуждаемых монохромным узкополосным излучением в диапазоне 450-520 нм, излучающих в УФБ диапазоне, при этом пластина выполнена прозрачной для УФБ излучения и изотропной по всему ее объему и выполнена с возможностью непосредственного контакта с кожей пользователя. Группа изобретений обеспечивает стимуляцию синтеза необходимой суточной дозы витамина D3-холекальциферола при низкой интенсивности узкополосного излучения в УФБ диапазоне, что позволяет повысить концентрацию витамина D3-холекальциферола до необходимой суточной нормы. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3-холекальциферола, содержащее:

корпус (1), и расположенные внутри корпуса:

силовая часть - источник питания (2);

источник узкополосного УФБ излучения (5);

секция управления узкополосным УФБ излучением (3);

и модуль (6) - источник равномерно распределенного узкополосного УФБ излучения, расположенный на нижней поверхности корпуса (1);

при этом секция управления узкополосным УФБ излучением (3) содержит:

модуль (8) регулирования входящего напряжения и тока;

модуль (9) управления мощностью узкополосного УФБ излучения;

и модуль (10) для настройки параметров воздействия УФБ излучения;

при этом пластина устройства пропускает узкополосное монохромное излучения 450 - 520 нм;

при этом пластина устройства сформирована или из полимера, суспензии частиц люминофорного состава с антистоксовым сдвигом, возбуждаемых монохромным узкополосным излучением в диапазоне 450-520 нм. и излучающим в УФБ диапазоне, и антиседиментационных/противоосаждающих добавок, полимеризованных в заданном объеме;

либо пластина устройства сформирована из полимера, суспензии частиц люминофорного состава с прямым стоксовым сдвигом, возбуждаемых узкополосным УФЦ излучением и излучающих в УФБ диапазоне, и антиседиментационных/противоосаждающих добавок, полимеризованных в заданном объеме.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластина имеет толщину от 0,5 до 1,5 мм.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что модуль (6) имеет площадь испускания излучения от 8 до 30 см².

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источником (5) узкополосного УФЦ излучения является один или более светодиодов, излучающих в диапазоне 250-280 нм.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок питания (2), источник узкополосного УФБ излучения (5) и блок управления узкополосным УФБ излучением (3) размещены на печатной плате (7).

6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее экран или сенсорный экран (4) на верхней поверхности корпуса.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде браслета.

8. Способ стимуляции фотобиохимического синтеза витамина D3-холекальциферола, включающий:

надевание устройства по п. 1;

и активация устройства для получения узкополосного УФ-излучения, которое стимулирует синтез витамина D3-холекальциферола.