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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- LED多源光子裝置的研制及其在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- “ LED多源光子裝置”主要由LED組合燈具、驅(qū)動(dòng)電路和控制系統(tǒng)組成。通過(guò)對(duì)紅光等色光的研究，確定了LED組合燈具的主光譜輻射區(qū)；對(duì)LED優(yōu)化組合，研制出系列組合燈具；解決了LED驅(qū)動(dòng)、芯片散熱等技術(shù)問(wèn)題，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了光色、光強(qiáng)、照射時(shí)長(zhǎng)、時(shí)段的智能控制，提供連續(xù)、間斷和閃爍照射方式。 利用“LED多源光子裝置”進(jìn)行了家兔血壓，光照射孕鼠對(duì)子鼠影響、多源光子對(duì)家兔燙傷模型試驗(yàn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 為解決分光、濾光、激光器等方式產(chǎn)生單色光存在光譜單調(diào)、光強(qiáng)、頻率不可調(diào)、照射面積小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺陷，以及在生物醫(yī)學(xué)中受LED裝置功能的限制，存在研究手段單調(diào)、內(nèi)容欠豐富等問(wèn)題，我們提出了“LED多源光子裝置的研制及其在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用”課題。 “LED多源光子裝置”由LED組合燈具、驅(qū)動(dòng)電路和控制系統(tǒng)等三大部分組成。通過(guò)對(duì)紅光、藍(lán)光、紅外光等單色光以及多色光的光化學(xué)作用的研究，確定了LED組合燈具的主光譜輻射區(qū)；對(duì)光色、光質(zhì)、數(shù)量、排列進(jìn)行優(yōu)化組合，研制出系列LED組合燈具；解決了LED驅(qū)動(dòng)、芯片散熱等技術(shù)問(wèn)題，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了光色、光強(qiáng)、照射時(shí)長(zhǎng)、時(shí)段的智能控制，提供連續(xù)、間斷和閃爍照射方式。 利用“LED多源光子裝置”提供的LED紅、藍(lán)光對(duì)家兔血壓的影響、LED不同單色光照射孕鼠對(duì)子鼠的影響、多源光子對(duì)家兔深I(lǐng)I度燙傷模型愈合時(shí)間及預(yù)后組織形態(tài)學(xué)的影響的試驗(yàn)，均得到了積極理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為L(zhǎng)ED光源在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的探索與應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、作品設(shè)計(jì)發(fā)明的目的 目前LED組合光源功率偏小，波段偏窄，多為連續(xù)照射研究，LED光源的設(shè)計(jì)研究較少。 二、項(xiàng)目研究基本思路 1. 理論研究 ： 查資料了解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及各色光的生物學(xué)效應(yīng)，確定主光譜輻射區(qū)。 2.設(shè)計(jì)研究： 對(duì)多色LED進(jìn)行優(yōu)化組合，研制LED燈具；解決驅(qū)動(dòng)等技術(shù)問(wèn)題，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、間斷和閃爍照射方式。 3.應(yīng)用試驗(yàn)研究： 進(jìn)行多源光子對(duì)白兔血壓、小鼠胚胎發(fā)育以及家兔燙傷模型的研究。 三、創(chuàng)新點(diǎn)： 1、選取大功率多色LED，對(duì)其優(yōu)化組合，可產(chǎn)生準(zhǔn)單色、復(fù)合光量子； 2、采用鋁基板散熱器和軸流風(fēng)扇結(jié)合的方式，解決了大功率LED散熱問(wèn)題； 3、基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)、間斷和閃爍照射方式； 4、利用“LED多源光子裝置”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到了理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為L(zhǎng)ED光源在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的探索與應(yīng)用提供了理論依據(jù)。 四、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo): 1．LED波長(zhǎng)： 620-660nm， 415-475nm， 570-590nm， 525-590nm， 815nm。選取1W的紅光、藍(lán)光等LED組合為復(fù)色燈頭。選取2只紅光，2只藍(lán)光，2只綠光，2只黃光，4只紅外光LED組成組合光源的基元模塊。 2．LED驅(qū)動(dòng)電路采用驅(qū)動(dòng)芯片SN3352，輸入直流6～40V，輸出電流330mA～750mA，輸出功率達(dá)30W。 3. 控制電路： 模擬控制電路和智能控制電路（調(diào)節(jié)(PWM)信號(hào)調(diào)整電路參數(shù)）
科學(xué)性、先進(jìn)性
- “LED多源光子裝置”利用紅外光、藍(lán)光等光量子的特異性、互補(bǔ)性以及疊加效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光色、光強(qiáng)、照射時(shí)長(zhǎng)、時(shí)段的智能控制，提供連續(xù)、間斷和閃爍照射方式。 在設(shè)計(jì)LED組合光源中選取大功率紅、藍(lán)等多色LED，對(duì)光色、光質(zhì)、數(shù)量、排列進(jìn)行優(yōu)化組合，制備“LED多源光子”系列組合燈具，能夠產(chǎn)生準(zhǔn)單色、復(fù)合光量子； 解決LED組合光源中LED驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)光、工作方式以及時(shí)間調(diào)控等技術(shù)問(wèn)題。涂覆紅外高輻射材料的鋁基板和風(fēng)扇結(jié)合，降低了大功率LED結(jié)溫，使得LED組合光源高效、節(jié)能環(huán)保。 利用“LED多源光子裝置”進(jìn)行研究，得出：紅光、藍(lán)光使血壓非正常家兔血壓恢復(fù)正常水平，對(duì)正常家兔血壓無(wú)影響；對(duì)孕鼠進(jìn)行照射，可使子鼠學(xué)習(xí)記憶能力有不同程度的提高；對(duì)家兔燙傷模型進(jìn)行干預(yù)，可明顯加速燙傷創(chuàng)面的愈合、抑制疤痕的生成。 LED多源光子裝置可為治療血壓疾病提供新的思路，為改良動(dòng)物品種，促進(jìn)人類胚胎發(fā)育的研究提供新方向，還可為新的燒傷理療儀器的研發(fā)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)等方面應(yīng)用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 樣品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該項(xiàng)目意義在于提供了一種“不同光量子對(duì)生物體影響”實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)裝置；通過(guò)試驗(yàn)掌握各種條件下“多源光量子”對(duì)生物細(xì)胞的作用規(guī)律、參數(shù)及其機(jī)理；為各種實(shí)用、新型的LED系列試驗(yàn)、光療儀器開發(fā)提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。 目前，可應(yīng)用到以下幾個(gè)方面： 1、為高、低血壓的治療研究提供了一種無(wú)創(chuàng)無(wú)毒副作用的新方法。 2、為孕期胎兒保健及嬰幼兒早期智力開發(fā)提供了一個(gè)極有發(fā)展前景的研究方向。 3、為慢性腦血管疾病的保健治療與腦損傷后的康復(fù)治療提供了一個(gè)安全經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單有效的方法. 4、可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，為增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員與戰(zhàn)士的體質(zhì)，為提高訓(xùn)練效果提供一種新的有效的技術(shù)手段方法。 5、可應(yīng)用于動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)(如警犬等)，為提高產(chǎn)值，改良動(dòng)物品種提供一種新手段。 6、LED多源光子儀器可用于燒傷外科。 7、開展“色光與生理時(shí)鐘”研究，不同位置和顏色的光照，對(duì)人產(chǎn)生不同的心理刺激作用。開發(fā)“LED生理節(jié)奏燈”、“全波段的LED陣列SAD光源”，滿足心理治療的不同波長(zhǎng)和強(qiáng)度的要求。
同類課題研究水平概述
- 綜合文獻(xiàn)、專利可知：近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已有LED應(yīng)用在動(dòng)物細(xì)胞和人體組織細(xì)胞的研究、LED應(yīng)用在動(dòng)物模型的研究以及LED在臨床治療方面的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道。 國(guó)外：Whelan等人采用688nm的LED對(duì)體外培養(yǎng)的上皮細(xì)胞進(jìn)行一定劑量的照射,測(cè)得繁殖率比對(duì)照組增加55%～71%；P．papagergiou等人對(duì)輕中度痤瘡患者使用415nm的藍(lán)光和660nm的紅光進(jìn)行治療實(shí)驗(yàn)，得出：紅藍(lán)混合光具有抗菌和消炎作用；美國(guó)宇航局(NASA)用LED陣光源(630～800nm)對(duì)宇航員的肌肉與骨骼進(jìn)行恢復(fù)治療和加速傷口的愈合，均收到很好效果。 國(guó)內(nèi)：傅相平等人認(rèn)為采用特色光刺激雙眼，可以相對(duì)提高副交感神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，拮抗交感神經(jīng)，達(dá)到緩解和治療植物神經(jīng)功能紊亂相關(guān)疾病的目的。李鳳敏等用實(shí)驗(yàn)證實(shí)410 nm的藍(lán)紫光可以提高機(jī)體免疫力，促進(jìn)肉芽組織生長(zhǎng)及創(chuàng)面愈合。趙新春等人將患有高膽紅素血癥的新生兒分組治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LED藍(lán)光照射治療新生兒黃疸更安全有效。并且經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，光刺激效應(yīng)主要與波長(zhǎng)、照射劑量和照射方式有關(guān)，而相干光的條件不是必須的。 目前國(guó)內(nèi)外LED組合光源多數(shù)由小功率的LED組成，多集中在藍(lán)光、紅光、近紅外等波段的LED療效研究，而對(duì)其他波段特別是紫外LED的醫(yī)療研究較少,且主要進(jìn)行的是連續(xù)光照模式下的試驗(yàn)研究，而LED光源的設(shè)計(jì)研究的報(bào)道較少，并且關(guān)于LED光源對(duì)血壓作用方面的研究和應(yīng)用不同LED光源照射孕鼠,觀察其對(duì)子鼠學(xué)習(xí)記憶能力的研究尚未見相關(guān)報(bào)道。
