對可輻射固化介質進行固化的系統和產生光的方法與流程

2023-10-04 01:11:34

本發明申請為申請日為2010年11月10日並於2012年7月10日進入中國國家階段的發明名稱為「用於從包括用於上變頻的射頻、微波能量和磁感應源的各種能量源產生發射光的上下變頻系統」的第201080061112.8號發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請涉及於2007年8月6日提交的臨時申請no.60/954,263、於2008年2月21日提交的臨時申請no.61/030,437以及於2008年3月31日提交的美國申請no.12/059,484，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請還涉及於2007年11月6日提交的美國申請no.11/935,655、於2008年4月4日提交的臨時申請no.61/042,561、於2008年3月11日提交的臨時申請no.61/035,559以及於2008年7月11提交的臨時申請no.61/080,140，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請涉及於2009年3月10日提交的美國專利申請no.12/401,478，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請涉及於2007年11月6日提交的美國專利申請no.11/935,655、於2008年3月31日提交的美國專利申請no.12/059,484、於2009年2月20日提交的美國專利申請no.12/389,946以及於2009年4月3日提交的美國專利申請no.12/417,779，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請涉及於2009年3月18日提交的美國臨時專利申請no.61/161,328，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請涉及於2009年4月3日提交的美國臨時專利申請no.12/417,779，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請涉及於2009年7月14日提交的pct申請pct/us2009/050514，其全部內容通過引用合併到本申請中。本申請涉及於2010年3月16日提交的美國專利申請no.12/725,108，其全部內容通過引用合併到本申請中。

本申請涉及於2009年11月10日提交的美國臨時專利申請no.61/259,940，並且基於35u.s.c.119要求其優先權，其全部內容通過引用合併到本申請中。

本發明涉及用於從低能量活化源產生光的方法及系統。本發明還涉及用於從微波和rf頻段到uv、vis和ir頻段的較高光子能量的電磁輻射的寬帶上變頻的系統及方法。

背景技術：

目前，光(即，從射頻到可見光至x射線波長範圍內的電磁輻射)用在大量的工業、通信、電子以及製藥過程中。紅外和可見光範圍內的光通常是由例如將材料加熱到出現黑體輻射的極高溫度(如在白熾燈中)的電能量源產生的。可見光和紫外範圍內的光通常是通過將氣體加熱到放電來產生的，其中，伴隨著光的發射出現氣體原子或分子從一種電子狀態的躍遷。還有基於半導體的光源(如在發光二極體和半導體雷射器中)，其中，材料中的電子/空穴複合以產生光發射。

可見光被定義為具有380nm與750nm之間的波長的電磁輻射。一般地，包括光的電磁輻射是通過例如具有高熱能的分子(或相鄰的原子)的部分、或原子(或分子)中的電子等帶電粒子的運動(振動)的加速和減速或變化來產生的。兩個過程都在白熾燈的白熱燈絲中起作用，而後一過程(原子中的電子)發生在螢光燈中。

光(更一般地是電磁輻射)的二象性是這樣的：光既是波(由波長和振幅來表徵)又是能量或光子的離散群(由其頻率乘以普朗克常數(表示為)來表徵)。頻率越高，輻射所攜帶的量子化能量越高。由於所有大於可見光的能量的光子攜帶有足以電離物質的能量，所以其在很多情況下被認為是電離輻射。

出於參考的目的，紅外(ir)輻射正好超出了可見光區域的紅光端；以及，紫外(uv)輻射具有比紫光的波長短的波長。頻譜的uv部分被分成三個區域：uva(315nm-400nm)、uvb(280nm-315nm)以及uvc(100-280nm)。

照明應用中所使用的工業用燈覆蓋了用於適當的白色感觀的可見光範圍的波長。如加熱的燈絲的熱源可以由不同類型的導體製成，包括鎢絲、滷素保護型鎢絲以及電誘導高溫等離子體(弧光燈)。

輻射源的功率(每秒發射的能量)通常用瓦特(w)來表示，但是光還可以用流明(lm)來表示，以說明眼睛對不同波長的光的不同的敏感性。導出的相關單位是以w/m2(lm/m2)為單位的沿著某一方向的每立體弧度(立體角的單位)的源的輻射強度(亮度)和以w/m2(lm/m2或勒克司)為單位的表面的照射度(照度)。

隨著紫外源的發展，紫外輻射也越來越多地用於工業、化學以及製藥目的。例如，已知uv光用於對環境消毒以及驅動大量的光活化化學過程，如粘合劑或覆層中的聚合物的交聯。通常，紫外源使用氣體放電燈來產生紫外範圍內的發射光。然後，發射光被可選地過濾以去除掉至少部分非紫外頻率。紫外光還可以在半導體磷光體中通過用如x射線等高能量源照射以激發這些磷光體來產生。

隨著紅外輻射源的發展，紅外輻射越來越多地用於通信和信令目的。通常，紅外源使用被稱為輝光條(glowbar)的寬譜光源來產生集中在紅外範圍內的寬譜光，或使用雷射器發射非常特定的紅外波長。對於寬帶源，發射光被光學過濾以去除至少部分非紅外頻率。

通常，期望具有能夠將光從一個頻率範圍轉換到另一個頻率範圍的裝置、材料和能力。如在上述磷光體中使用的，下變頻是一種將較高能量的光轉換成較低能量的光的方法。還示出了將較低能量的光轉換成較高能量的光的上變頻。通常，該過程是多光子吸收過程，其中，兩個或更多個光子用於在主介質中引起電子激發態，而電子激發態又以能量大於入射光的能量的光的波長進行輻射，這引起了多光子吸收過程。過去已經對下變頻和上變頻都進行了研究和記載。

電磁輻射的上變頻和下變頻與各個工業領域非常相關。光活化化學反應在工業中從催化反應到治療劑的生物調節得到了廣泛的應用。但是，紫外(uv)輻射受到在物質(尤其是生物媒質、聚合物以及大多數固體)中缺乏穿透深度的困擾。為此，基於uv的光引發受到直接視距的限制，這阻礙了測量體積的應用。

uv限於在材料外表面上發生的反應，這些材料可以是：固體或液體；有機的或無機的；生物器官、活組織和其合成物，結構複合材料、位於化學容器/反應器中用於食物處理或烴鏈分餾的材料(舉幾個例子)。

最近，有對顯示出了具有穩健照明性能的微腔等離子裝置的開發的興趣。這些裝置是一體連接的裝置，由在成型在公共基底上的微腔之間共享的公共電極來驅動。已經由每個微腔中包括有電介質阻擋結構的微腔等離子裝置的陣列製成的燈。這些微腔使用了菱形橫截面和陽極氧化鋁用於電介質阻擋。微腔等離子裝置不需要鎮流器。此外，微腔等離子裝置在最高至一個大氣壓及以上的壓力下操作，因此，最小化或消除了燈的整個封裝過程中的壓力差異。

但是，這些裝置是由成型在公共基底上的微腔之間共享的公共電極來驅動的一體連接的裝置，這個事實限制了微腔裝置在分立裝置應用比如燈中的使用，並且最近用在了電晶體結構中。

技術實現要素：

在一種實施方式中，提供了一種用於在介質中產生變化的方法。該方法(1)在介質的附近放置至少一個包括用於等離子激發的氣體的上變頻器。該上變頻器被配置為在暴露於引發能量時產生用於發射到介質中的光。該方法(2)從能量源向介質施加包括第一波長λ1的引發能量，其中，發射光直接或間接地在介質中產生變化。

在本發明的一種實施方式中，提供了用於對可輻射固化介質進行固化的方法。該方法遍及組分施加引發能量，該組分包括：1)未固化的可輻射固化介質和2)至少一個上變頻器，該至少一個上變頻器包括用於激發的氣體並且被配置為在暴露於引發能量時產生用於發射到介質中的光。該光具有通過介質中的聚合物的聚合作用來固化未固化的介質的波長。該方法通過使可輻射固化介質中的光引發劑活化來固化可輻射固化介質。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種用於在介質中產生變化的方法。該方法(1)在介質的附近放置能接受微波輻射或射頻輻射的試劑，以及(2)施加微波輻射或射頻輻射作為引發能量，試劑藉此直接或間接地產生紅外、可見或紫外範圍內的發射光，以使介質產生物理變化和生物變化中的至少一種變化。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種用於產生光的系統。該系統包括輻射第一波長λ1的輻射的低頻能量源和具有微觀尺寸的接收器，該接收器接收第一波長λ1的輻射以及產生紅外、可見或紫外波長範圍內的第二波長λ2的發射光。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種微波或射頻接收器。該接收器包括填充有可電離氣體的獨立式可電離氣體密封裝置，可電離氣體在接收到第一波長λ1的微波或射頻能量時發射可見或紫外波長範圍內的光。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種微波或射頻接收器。該接收器包括分隔的結構和分隔物，分隔的結構包括至少兩種反應成分，分隔物將所述至少兩種反應成分分離開，由此，在出現第一波長λ1的微波或射頻輻射時，所述兩種反應成分的混合產生用於第二波長λ2的發射的化學發光反應或生物發光反應中的至少一種反應。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種用於在對象的身體內產生光的方法。該方法在身體內部放置密封有可電離氣體的氣體密封裝置，用微波或射頻能量照射身體，以及在氣體密封裝置的氣體中點燃等離子體，從而在對象的身體內產生光。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種用於治療或診斷人類或動物對象的系統。該系統包括密封有可電離氣體的氣體密封裝置。該氣體密封裝置被配置為布置在人類或動物對象內。該系統包括微波或射頻能量源，該能量源被配置為將微波或射頻能量傳播到人類或動物對象中。微波或射頻能量源至少部分地具有在氣體密封裝置的氣體中產生等離子體從而在人類或動物對象的身體內產生光的能力。

應當理解，本發明上述總體性描述和下面的詳細性描述是示例性的，而非對本發明的限制。

附圖說明

通過結合附圖參考以下詳細描述，本發明變得更好理解，所以將很容易獲得對本發明更加完整的理解和本發明許多伴隨的優點，其中：

圖1a是圖示根據本發明另一種實施方式的系統的示意圖，其中，引發能量源被引導至介質；

圖1b是圖示根據本發明另一種實施方式的系統的示意圖，其中，引發能量源被引導至裝入其內分配有能量調節劑的介質的容器；

圖1c是圖示根據本發明另一種實施方式的系統的示意圖，其中，引發能量源被引導至裝入其內隔離有能量調節劑的介質的容器；

圖1d是圖示根據本發明另一種實施方式的系統的示意圖，其中，引發能量源被引導至裝入流化床配置中的介質的容器，其中，介質內隔離有能量調節劑；

圖2示出了由氮等離子體和氦等離子體引發的uv發射是不同的；

圖3示出了來自低壓汞-氬放電的uv與vis發射；

圖4示出了覆蓋uva目標範圍的來自氮/氫等離子體的發射譜線；

圖5是示出發生在抗蝕劑下面的底切的溼法蝕刻圖案的示意圖(蝕刻是向下和向側面的)；

圖6a是幹法蝕刻圖案的示意圖(產生了明確限定的溝槽)；

圖6b是圖示在其中一個ucc結構的壁39上形成飽和表面的碳-碳鍵的示意圖；

圖7是示出如何在去除掉圖案抗蝕劑後，可以用平面石英晶片(例如)覆蓋開始晶片以形成氣體容器的示意圖；

圖8a是示出如何在去除掉抗蝕劑後，將兩個鏡像晶片(使用溼法蝕刻)配合以形成氣體容器的示意圖；

圖8b是示出如何在去除掉抗蝕劑後，將兩個鏡像晶片(使用幹法蝕刻)配合以形成氣體容器的示意圖；

圖9是示出去除掉釋放層然後圖案化的過程示意圖；

圖10是示出使用大規模可重複且可再現過程製作的本發明的氣體容器的兩個版本的過程示意圖；

圖11是示出取決於如何覆蓋開始晶片和如何形成溝槽的氣體容器的不同形狀的示意圖；

圖12是示出在密封之前使用適當的氣體填充氣體容器的過程示意圖；

圖13是示出使用li和/或na進行表面改性的玻璃容器的內壁的示意圖；

圖14是示出使用標準半導體工藝進行的氣體容器的生產的示意圖，其中，每150mm的晶片可以製作100,000個以上的氣體容器上變頻器；

圖15是示出通過圖案化或濺射沉積至定位電氣襯墊的金屬印跡的示意圖，定位電氣襯墊將被負偏置以用於後續通過流體自組裝放置碳納米管(cnt)；

圖16是示出使用金屬化處理(如，濺射)附接的cnt的示意圖；

圖17是示出可以控制上變頻器的形狀並且可以以可再現的方式製造球形形狀或伸長形狀的示意圖；

圖18是示出可以進一步設計上變頻器的形狀以最大化uv輸出和待引導至上變頻器的介質中的試劑的準直的示意圖；

圖19是示出用於不使用溼法化學生產單和雙金屬殼覆層的新方法的示意圖；

圖20是可應用於本發明的氣體容器的雙金屬殼以及用於上變頻器或下變頻器的固態結晶固體的示意圖；

圖21是所有矽酸鹽[si4+(紅色)和o2-(藍色)]的矽四面體配置塊的示意圖；

圖22是無定形sio2的示意性表示；

圖23是無定形矽酸鹽的示意性表示，其中，用鋁(al)替代某些si以產生電荷不足；

圖24是非橋鍵氧周圍的各種鹼金屬和鹼土金屬的亞穩定平衡的示意性表示；

圖25是示出籠形替代矽酸鹽結構的複雜性的示意性表示；

圖26是由鋁矽酸鹽結構組成的沸石的示意性表示；

圖27是包括有納米孔(或矽酸鹽籠(silicatecages))的鹼式鋁矽酸鹽納米粒子的示意性表示；

圖28是覆有納米金剛石膜或類金剛石碳或高導電石墨烯材料的鋁矽酸鹽納米粒子的示意性表示；

圖29是覆有有機膜(用於可能的生物發光)的納米粒子的示意性表示；

圖30是從部分覆有到完全覆有矽酸鈉鋁粒子的示意性表示，其中，覆層用金示出，用於等離子產生；

圖31是碳納米管(cnt)的示意性表示；

圖32是用於測試氣體發光的具有電磁體的微波配置的示意性表示；

圖33是用於在用於發光的納米粒子被氣體填充以及密封后(沒有外部氣體)測試納米粒子的微波配置的示意性表示；

圖34是氧化鐵納米粒子的顯微圖；

圖35是導電球的顯微圖；

圖36是生物媒質中的直接照射的示意圖；

圖37是生物媒質中的同軸照射的示意圖；

圖38是生物媒質中的rf雜散場的影響的示意圖；

圖39是生物媒質中的rf雜散場的影響的示意圖；

圖40是通過氣體反應的其他寬頻帶上變頻方法及材料的示意性概圖，其示出了通過界面材料連接在一起以形成多室氣體反應器的兩個納米粒子；

圖41是圖示一般的水玻璃組成的示意圖；

圖42是另一種納米粒子結構(三室氣體反應器)的示意圖；

圖43是在不同媒質中的光波傳播的示意圖；

圖44是在不同媒質中的ф波傳播的示意圖；

圖45是多層介電透鏡的示意圖；

圖46是ф波傳播穿過多層介電透鏡的示意圖；

圖47是螢光素和螢光素酶的示意圖；

圖48是本發明的用於生物發光的封裝結構的示意圖；

圖49a是多匝螺線管線圈的示意圖，示出了磁場沿著縱向軸線的投影；

圖49b是另一個多匝螺線管線圈的示意圖，示出了磁場沿著縱向軸線的投影；

圖50是鳥籠線圈的示意圖，示出了磁場沿著徑向方向的投影；

圖51a是適合本發明的並且代表典型的商業mri系統的mri布置的示意圖；

圖51b是提供關於圖59a所示的mri布置的更多操作細節的示意圖；

圖52是包括用於容納上變頻氣體和下變頻媒質的囊型區域的ucc結構的示意圖；

圖53是包括用於容納上變頻氣體和下變頻媒質的囊型區域的ucc結構的示意圖，可活化試劑附接到該囊區域；

圖54-1a至圖54-11是圖示根據本發明的一種實施方式的用於沉積磁性膜結構或覆層的各種過程的一組示意圖；

圖55是圖示本發明一種實施方式的其中包含有磁性層的上變頻器的側視示意圖；

圖56是示出具有用於等離子共振效應的單覆層或雙覆層的磁性裝載容器的側視示意圖；

圖57是示出本發明的一種實施方式的其中包含有磁性層的上變頻器的頂視示意圖；

圖58是rf板電容器配置的示意圖；

圖59是rf雜散場施加器配置的示意圖；

圖60是交錯式rf雜散場施加器配置的示意圖；

圖61是示出可調節電極的混合rf施加器的示意性描述；

圖62是交錯式圓柱形rf施加器配置的示意性描述；

圖63是圓柱配置的交叉圓柱形rf施加器的示意性描述；

圖64是圓柱配置的交叉圓柱形rf施加器配置的示意性描述；

圖65是能夠傳遞不同頻率的相控rf施加器的示意圖；

圖66a、66b和66c是不同配置的螺線管線圈的不同組的示意圖，這些螺線管線圈被設計成激發和激勵包含在本發明的各種ucc結構中的順磁氣體和磁偶極子的旋轉運動；

圖67是用於可以異相操作的四個線圈磁體的串行操作的配置的示意圖；

圖68是圖示創建重入磁場路徑的成對螺線管的操作，其中，成對螺線管在對之間以串行的方式和/或異相操作；

圖69是兩個電磁線圈的示意圖，兩個電磁線圈彼此結合工作以形成重入磁場，重入磁場在場從一個線圈發出到另一個線圈時可以穿透物體；

圖70a是圖示放置在工件或患者周圍的大量的電磁體的示意圖，其中，磁場路徑是可配置的；

圖70b是用於對準和加強磁場的所示出的磁配置的示意圖；

圖71是圖示可變場強多路徑磁體的使用的示意圖，上述磁體的尺寸可以製作成很大的尺寸以容納患者或製作成很小以用於對患者的局部治療；

圖72是結合重入電磁體使用的大型多路徑磁體；

圖73a和圖73b是不同組的螺線管線圈的示意圖，其中每個螺線管線圈都以治療物體或患者的局部部分的配置來布置；

圖73c是示出四個磁性線圈的示意圖，上述線圈分隔開以容納患者，並且，出於靶向穿透工件或患者的目的和為了觸發本發明中的ucc結構中的等離子體，其以串行方式操作；

圖74是溫度、電場和磁場探測器的示意圖，以上這些都可以同時進行測量；

圖75a和圖75b是能夠在本發明中的不同實施方式中使用的傳感器(包括溫度、磁場強度以及電場強度)的示意圖；

圖76是設置在患者或工件的下面或上面以收集場的具體分布的信息和解析度的傳感器的面陣的示意圖；

圖77是當患者需要對肢體而不是內部器官進行治療時對磁感應系統的使用的示意圖；

圖78a是體模周圍的偶極天線的相控陣的照片圖示；

圖78b是本發明的導管的示意圖，該導管在其遠端處或靠近遠端處具有氣體容器上變頻器；以及

圖79a和79b是生物體外化驗及其結果的示意性表示，其中，細胞通過體模暴露以模擬活化能量的活體內穿刺。

具體實施方式

本發明涉及用於根據可能應用的情況使用上變頻過渡媒質或下變頻過渡媒質從具有較低或較高頻率範圍的其他電磁輻射產生具有期望的頻率窗(期望的頻率範圍內的至少一個頻率)的電磁輻射的方法及系統。在本發明的各種實施方式中，所產生的電磁輻射又被用於活化介質的附近的試劑，在該介質中布置有上變頻過渡媒質或下變頻過渡媒質。在各種實施方式中，當輻射1所攜帶的具有等於hν1(普朗克常量與頻率1的乘積)的能級的光子能量被轉換成較高能量hν2時，其中，hν1小於hν2，認為所施加的能量被上變頻。在各種實施方式中，當處於hν1的能量被轉換成較低能量hν2時，其中，hν1大於hν2，認為所施加的能量被下變頻。

在本發明的各種實施方式中，提供了用於從微波和rf頻段到uv、vis以及ir頻段中的較高光子能量的電磁輻射的寬帶上變頻的系統及方法。本發明可以包括多種應用，在這些應用中，在作為示例的生物媒質內、人體內和動物體內以及在化學反應中進行上變頻或下變頻。

本發明人尤其認識到，這樣的上變頻處理可以用在各種材料、化學、醫療、製藥或工業處理中。紫外光、可見光和/或近紅外光則可以用來驅動主介質中的可光活化反應。

現在，將詳細參考本發明的大量實施方式，在附圖中示出了這些實施方式的示例，附圖中相同的附圖標記指代相應的元件。

如圖1a所示，根據本發明的一種實施方式的示例性系統可以具有引導在介質4處的引發能量源1。可活化試劑2和能量調節劑3分散遍及介質4。另外，引發能量源1可以通過網絡8連接至能夠引導引發能量的傳遞的計算機系統5。在各種實施方式中，能量調節劑3是上變頻器或下變頻器，比如下面討論的螢光粒子和其他發光試劑。在各種實施方式中，能量調節劑3是包含有氣體的上變頻器結構，其中，來自微波輻射或射頻輻射的能量直接或間接地產生紅外、可見或紫外範圍內的發射光，以使介質產生物理變化和/或生物變化。如本文中所使用的，術語「介質的變化」包括但不限於引起光活化反應，比如由於發射光而產生的藥物活化、細胞或細菌或病毒或酵母菌殺滅、自由基生成、消毒、聚合、硬化、固化、局部加熱等。從而，生物變化的一個示例包括治療劑的熱活化或光活化，治療劑的熱活化或光活化又觸發介質中細胞活力的響應。

在各種實施方式中，能量調節劑3是封裝的能量調節劑6，其在圖9a中被圖示成二氧化矽包裹的能量調節劑。如圖1a所示，引發能量7(例如，以來自引發能量源1的輻射的形式)穿過介質4。在某些情況下，來自引發能量源1的引發能量7僅可以部分穿過介質。引發能量7可以完全或部分消耗在轉換過程中。引發輻射和誘導輻射(或發射)兩者都可以表示在照射過程中耦合至介質的能量。

如以下更加詳細地討論的，引發能量源1可以是外部能量源或至少部分位於介質4中的能量源。如以下更加詳細地討論的，可活化試劑2和/或能量調節劑3可以具有等離子體試劑，該等離子體試劑增強所施加的能量或從能量調節劑3發射的能量，以直接或間接地在介質中產生變化。

在各種實施方式中，引發能量源1可以是裝備有將精確校準的輻射束傳遞至預選擇的坐標的圖像引導的計算機控制能力的線性加速器。在這些實施方式中，下變頻可以用來在介質內部產生內部光。在這些實施方式中，來自這些源或其他源的x射線或高能粒子可以用來直接或間接地在本發明的包含有氣體的上變頻器結構中觸發電離。這樣的線性加速器的一個示例是來自瓦裡安醫療系統(varianmedicalsystems,inc.,paloalto,california)的smartbeamtmimrt(強度調控放射治療)系統。在其他實施方式中，引發能量源1可以是x射線機器或非醫療x射線機器的商用部件。產生從10kev到150kev的x射線的x射線機器能夠很容易在市場上得到。例如，通用電氣(generalelectric)的definium系列或西門子(siemens)的multix系列只是設計用於醫療行業的典型x射線機器的兩個示例，而來自史密斯檢測(smithdetection)的eaglepack系列是非醫療x射線機器的示例。就此而言，如果結合商業x射線設備來使用，則本發明能夠執行其期望的功能。

在其他實施方式中，引發能量源1可以是發射一定頻率的電磁波的射頻源、微波源或紅外源，該頻率的電磁波穿透介質的至少一部分並且通過與介質中的能量調節成分6比如本發明的包含有氣體的上變頻器結構的相互作用來在介質內觸發、產生或增強二次輻射能量發射。在其他實施方式中，引發能量源1可以是以一定頻率發射的紫外線、可見光、近紅外線(nir)或紅外線(ir)發射器，其穿透介質4的至少一部分，並且通過與介質中的能量調節成分6的相互作用來在介質4中觸發或產生二次輻射能量發射。

圖1b是圖示了根據本發明另一種實施方式的另一種系統的示意圖，其中，圖1a的引發能量源1被引導至放置在流體介質4(如，液體或其他類流體介質)的附近並且被容納在容器9中的能量調節成分6。如圖1b所示，由於調節成分6位於介質中，所以調節成分6被介質圍繞。調節成分6在介質內部，從而緊密地位於要被其周圍的每個調節成分6活化的介質的附近。

容器9由對引發能量7「透明」的材料製成。例如，塑料、石英、玻璃或鋁容器會對x射線充分地透明，而塑料、石英或玻璃容器會對微波或射頻輻射透明。能量調節成分6(如，包含有氣體的上變頻器結構)可以遍及介質均勻地分散，或者可以隔離在介質的不同部分中或還可以通過封裝結構10與介質物理地分離開，如下所述。如圖1c所示，封裝結構10與介質分離開，並且還在待活化的介質的附近。提供源11向容器9提供介質4。

因此，如本文中所使用的，「在附近」是指：本發明的上變頻器比如調節成分6或封裝結構10(如，包含有氣體的上變頻器結構)完全布置在介質中、部分布置在介質內部或部分布置在介質外部、與介質相鄰布置、或完全布置在介質外部，其中，來自上變頻器的光照射介質的一部分或整個介質。

可替代地，如圖1c所示，能量調節劑比如本發明的包含有氣體的上變頻器結構和/或其他發光材料可以存在於封裝結構10中的介質中。在一種實施方式中，封裝結構10沿與外部引發能量源1一致的方向對準。在此配置中，在沒有被其他封裝結構10遮擋的情況下，每個封裝結構10本身具有對於圖9c所示的外部能量源1的「視線」。在其他實施方式中，封裝結構10沒有與那個方向對準，而是可以垂直於圖9c所示的方向對準，或可以隨機放置。實際上，流體介質4的提供本身可以用來攪動封裝結構10並且可以將流體介質4混合到容器9內。

圖1d是圖示根據本發明另一種實施方式的系統的示意圖，其中，引發能量源被引導至裝入介質的容器，介質具有在流化床20配置中的介質內隔離開的能量調節劑。流化床20包括如下配置的封裝結構10，其中，待處理的流體在封裝結構10之間傳遞。如本文中所述，封裝結構10可以包括能量調節劑(比如本發明的包含有上變頻結構的氣體和/或其他發光材料)和/或等離子試劑。

在圖1c和圖1d的配置中的任何一種配置中，一種實施方式中的待處理介質可以流動通過封裝結構10，或與封裝結構6一起流動，並且封裝結構6、10之間的分離距離可以設置為小於介質中的uv穿透深度的距離。因此，如圖1c和圖1d所示，被處理的介質不一定是靜止的，以便封裝結構6、10能夠在待處理介質的附近。在其他實施方式中，待處理的介質可以是靜止的。

在本發明的又一種實施方式中，出於在介質4中傳遞和分散能量調節成分6的目的，或出於去除掉舊產品和在系統中引入用於處理的新產品的目的，圖1a、圖1b、圖1c和圖1d的系統還可以包括機器人操縱設備。

可以使用適合的引發源(如，用於上變頻的微波源或射頻源中的一種源)來激勵封裝結構10的發光。在本文所描述的本發明的一種實施方式中，介質中或封裝結構10之間的間隔中的發光體的濃度被設置成使得介質中的發光體彼此分離開小於穿透到介質中的uv深度的距離。較高的濃度當然是可用的，並且如果能量源具有足夠「照亮」所有發光粒子的強度，則會產生較高的uv通量。

對於相對較清澈的水性介質，uv-b照射在穿透到02.m到1m之間的水樣本中後減少至1％，而uv-a穿透的數量級為幾米。對於這樣的介質，發光體的濃度更多地由預期uv通量產生介質中的試劑的減活或活化所需要的時間來確定，而不是必須基於發光體的濃度來設置，其中，介質自身不阻止uv激勵的發射穿過介質。介質的附近的發光體的放置不受介質的光密度的限制。

因此，本發明的上變頻器結構(如上所討論的)可以設置在密封的石英或玻璃管的內部，或可以設置成覆在球體或管的表面上，還可以用矽酸鹽或其他鈍化層來封裝。在一種實施方式中，本發明的包含有氣體的上變頻器結構與x射線下變頻粒子或其他能量調節劑複合，允許例如x射線照射也在此過程進行輔助。

寬帶上變頻(buc)

以下實施方式涉及寬帶上變頻(buc)，寬帶上變頻使用納米尺度材料的氣體包含式複合物來將低頻率的電磁波(在微波或rf頻段)轉換為較高頻率的電磁波(在ir、vis或uv頻段)。

本發明的本實施方式的上變頻複合(ucc)結構包括包含在容器的囊體中的氣體和氣體混合物，上述容器是中空或有孔的並且至少一個尺寸在以下範圍(如，10cm或10mm、10微米、100nm至10nm)內。在納米孔媒質的情況下，氣體包含在在一種實施方式中具有納米孔的納米粒子內部。這樣的粒子的形態可以是球形的(或基本上是球形)。也可以使用其他非球形的形態。用於上變頻的本發明的這種實施方式中的機制是通過產生等離子體而發生的，等離子體的產生是通過ucc結構內的適合的氣體或氣體混合物的電離來實現的。在其他實施方式中，本發明的上變頻複合結構的尺寸可以是毫米至微米。

等離子體通常被稱作物質的第四狀態，並且在氣體暴露於高強度電場時自然地發生，上述高強度電場的大小足以克服氣體的逸出功或電離勢。從而，等離子體是非常大量的中性氣體原子(或分子)與單獨的帶電、高能的、亞穩定的以及不穩定的粒子的混合物，它們之間具有複雜的交互作用。通常，等離子體是很難產生的並且很難承受大氣壓(有一種例外：電弧放電)。在能夠實現等離子體激發和維持以前，通常需要滿足嚴格的壓力和能量傳遞條件。在傳統的實踐中，等離子體源被廣泛地設計用於從照明應用到化學氣相沉積等各種目的。

一般地，如果容器中的通常處於低壓的氣體經受足以電離氣體分子(或原子)的能量以使得大量的氣體分子(或原子)釋放其一個或更多個價電子層電子，則可以產生和維持等離子體。與此相關的是以下事實：由於氣相的電子和離子的複合和壁碰撞導致等離子體的離子損失，所以等離子體負載(電離氣體)需要維持電離氣體的功率傳遞。在工業中，使用在13.56mhz處操作的rf感應線圈和2.45ghz範圍內的微波能量來將功率耦合到等離子體中並且維持電離。

從實際的標準觀點來看，因為等離子體的大量高能帶電粒子(負電荷(即，電子)和正電荷(即，離子))，其中，等離子傳導率由電荷密度和電子遷移率定義，所以可以將等離子體視為導體。電離的氣體平均包括相等數量的正電荷和負電荷。對於大多數等離子體，電離程度很小，通常，每700到10,000個中性原子或分子僅有一個帶電粒子。

負電荷載體大部分是電子。電子的能量傳遞(損失)是效率低下的。因此，電子獲得很高的能量(如，2-50ev)。這使得低溫中性氣體中能夠發生高溫類型的反應(產生自由基)。電子能量被引導到非彈性電子中性碰撞中，非彈性電子中性碰撞給等離子體提供新的帶電粒子並且產生光發射。

在本發明的一種實施方式中，其中一種ucc結構中的等離子體變成觸發環繞該ucc結構的介質中的試劑的活化的光源。

在本發明的一種實施方式中，在存在靜磁場時，帶電粒子在磁力線周圍以特定頻率稱為其回旋加速器的旋轉頻率共振。電子進入ecr的迴旋頻率給出為：

ωce＝q*b/m

但是在靜磁場中，如果粒子經受具有等於該粒子迴旋頻率的頻率的時變電場，並且如果該電場垂直於磁場(或至少具有垂直於電場的分量)，則電荷會十分有效地吸收電場的能量。這種現象被廣泛地稱為ecr。

已知旋轉電子採用圍繞磁場線的螺旋狀路徑。對於2.45ghz的微波頻率，ecr所需要的b場強度是875高斯(假設並且假定電場垂直於磁場)。進入進動的電子被稱為「熱電子」，並且它們的動能被傳遞給放電氣體的價電子。此能量傳遞可以在單次或多次碰撞後進行。)形成的等離子體可以是可維持的或不可維持的。當損失機制(擴散和複合)通過離子化平衡到穩態時，可以維持放電。ecr等離子體通常在毫託(mtorr)區域的低壓下導電。即使電場的激發在ecr頻率之外，功率吸收還是會發生。這被稱為焦耳或碰撞或歐姆加熱並且可以在高壓(如，100mtorr或更高)下發生。

在rf頻段操作的感應耦合的等離子體通常在13.56mhz或27mhz處操作。該頻率不是由自然界的任何基本法則限制的，而是設置成不存在其他無線通信的頻帶。儘管接入的頻譜僅是從商用源提供的頻率，但是微波生成的等離子體可以在從大於300mhz直到100ghz的寬範圍內操作。

在本發明的一種實施方式中，ucc結構中的氣體具有很低的逸出功(或電離勢)。在其最簡單定義中，電離是光子將至少一個電子從原子或分子上分離的能力。此外，物質的電離取決於單個光子的能量，而不是光子的數量。

uv輻射具有很小的穿透深度並且與包括在相鄰原子之間的共價鍵中的電子共振。x射線輻射很深地穿透並且與緊密束縛的電子(內核電子)共振，並且引起可允許的電子能態之間的躍遷。x射線和伽馬射線(由於較高的特徵光子能量)可以激發電子並且幾乎可以電離任何分子或原子。遠紫外光可以電離許多原子和分子(公知的機制和充分研究的對活細胞的有害影響)。

在整個電磁頻譜上，譜範圍和能量狀態取決於頻率和暴露於輻射的物質。近uv、可見光、ir、微波以及無線電波一般被認為是非電離性輻射。換言之，一般不用具有長於200nm的波長的輻射來產生電離(尤其是在固體中)。

一般地，rf和微波頻段中的低頻輻射通過分子的自由旋轉或一部分分子(側基(sidegroups))的偶極子極化來耦合能量。ir用分子的振動耦合，光至uv用原子和分子的外部電子狀態耦合。軟x射線和x射線用原子的內核電子狀態耦合，以及伽馬射線用原子核的狀態耦合。在源產生光時，輻射能量的發射譜可能寬，或者其可以具有某些波長處適當地限定的線(取決於造成輻射處理的機制)。

在本發明的一種實施方式中，將特定極性(分子電荷不對稱性)的氣體選擇為實施上變頻過程的耦合媒質。與其他分子(其遷移率受到它們至網絡的束縛的妨礙)相比，氣體得益於高的旋轉自由度。另外，與結晶固體相比，氣體通常具有低的電離勢。在本實施方式中，ucc結構的化學組成被選擇為不僅包含氣體和氣體混合物，而且允許微波耦合和uv或vis透射(針對二次發光)，和/或與金屬化過程兼容和/或可進行表面處理，表面處理可以使用於溶化、結合以及其他效果的表面功能化。

以下很好地確立：矽酸鹽中的na與al的比率決定了這些材料的短程有序/結構，從而在它們內留下了矽酸鹽籠。其他材料化學物質(不包含鈉)在本發明的不同實施方式中還可以適於包含期望的氣體和氣體混合物。在某些實施方式中，ucc結構包括附接的電離輔助性材料，以提高微波耦合效率，從而有利於與ucc相關聯的氣體混合物的電離處理。電離輔助性材料可以擁有很高的電子遷移率和密度；這些材料包括碳納米管(cnt)和石墨烯等。這些附接或相關聯的材料將用作電子泵(因為以下很好地確立：微波通過電傳導耦合至cnt和石墨烯)。

微波是頻率在300mhz(兆赫茲)到300ghz(千兆赫茲)的範圍內的電磁波。其對應的波長範圍是從一米到亞毫米。微波區域的下端毗連射頻，而上端與紅外頻率相鄰。微波廣泛地用於現代社會中。

微波輻射遵循根據公知的麥克斯韋方程(其為四個基本電磁定律)的電磁定律。當材料暴露於微波能量時，可以使用以下這組方程來表徵電磁屬性：

導電材料(歐姆定律)：j＝σe(其中，σ是材料的導電率)。

電介質材料：d＝εe，其中，ε是材料的電容率，也可以寫成：ε＝ε0k′，其中，ε0是真空的電容率，k′是材料的介電常數。

磁性材料：b＝μh，其中，μ是材料的磁導率，也可以寫成：μ＝μ0μr，其中，μ0是真空的磁導率，μr是材料的相對磁導率，其中：

d是電感應的通量，

b是磁通量密度，

h是磁場矢量，以及

j是傳導電流密度。

在一種上變頻實施方式中，通過ucc內適合的氣體或氣體混合物的電離來產生ucc結構中的等離子體。在本發明的一種實施方式中，當ucc暴露於微波和/或射頻rf輻射時，cnt材料和石墨烯的附接可以有利於等離子體激發和等離子體維持。本過程還可以通過沿適當方向施加的磁場的存在來促進。mw和rf的施加可以來自廣泛的源，包括磁電管、速調管、迴旋管(gyrtons)、行波管以及固態放大器和可能的維持強交變場的螺旋結構，如感應耦合中的那些螺旋結構。

最佳的微波頻率取決於應用。在一種實施方式中，在存在具有相對rf/mw場的適當方向(即，正交放置)的磁場的情況下，發生由氣體的微波電離觸發的等離子產生過程。一旦ucc結構中的氣體被電離，則可以使得等離子體中的電子進入進動運動。推動電子的進動所需的磁場強度遠小於離子的進動所需的磁場強度(主要是由於電子與離子之間的質量差)。從而，可以選擇磁場強度以在繞過離子的同時與電子共振。

額外的彈性碰撞(由引起的進動運動所導致的)減小了產生和維持等離子體所需的mw能量。與較低的rf/mw頻率相比，較高的mw頻率通常產生較高的離解速率和較低的電子溫度。相反地，入射微波能量的頻率越高，穿透深度越小。在一種實施方式中，如後面更加詳細地討論的，mri設備可以與用於觸發等離子體增強的微波設備結合使用，從而利用mri領域中的很好地建立的設備基礎。

ucc結構的化學屬性可以通過表面改性來給予，其可以針對具體的應用來定製。例如，ucc表面可以覆有薄金屬覆層並且可以被功能化以附接在一種實施方式中可以在來自ucc結構的uv照射後經受化學變化的分子結構。上面討論了用於得到的上變頻光的不同應用，下文討論其他應用。

金屬化和/或功能化的ucc結構在本文中稱為ucc-mf。uv中的ucc-mf輸出在本文中縮寫為ucc-mf-uv。附接至ucc-mf表面的分子結構可以是用於後續的化學示蹤目的的標籤、用於引發其他化學反應的催化劑、用於後續的生物調節的治療劑。

在與治療劑的活體內光引發調節有關的一種應用中，上變頻複合體可以是毫米、微米和納米。為了到達細胞核，使該複合體非常小(納米尺度)並且可以很深地穿入到動物或人體的生物組織內部。更具體地，在本實施方式中，可以將ucc結構設計成擴散和穿透細胞，或甚至穿透具體器官或「目標位置」的細胞的細胞核。

在與治療劑的活體內光引發調節有關的一種應用中，上變頻複合體可以更大並且鄰近或接近具體器官或「目標位置」放置。

在本發明的一種實施方式中，當ucc(可能具有附接的治療劑)處於目標位置時，使用很深地穿透的mw輻射連同所施加的磁場一起來點燃ucc的氣體混合物。氣體混合物接著產生調節治療劑所需的uv光。一個具體的示例是用於補骨脂素的活化。

納米ucc具有最優化活體內補骨脂素的激發的潛力。發射頻帶調諧可以通過ucc合成(氣體混合物和氣體容納材料選擇)來實現，ucc合成將允許可製造的補骨脂素的衍生物的敏感化。

其他應用領域可以使用具有不同發射特性的氣體。這些應用可以包括：對周圍環境的消毒、固化與粘接應用中的樹脂的光活化、以及上面或下面所討論的或已知是可光活化的其他應用領域。在這些應用中，使用等離子氣體的已知發射特性來選擇將哪些氣體包含在ucc結構中。

由uzhgorodnationaluniversity,uzhgorod,88000ukraine,的a.k.shuaibovandi.a.grabovaya.發表在opticsandspectroscopy,vol.98,no.4,2005,pp.510–513的「emissioncharacteristicsofaglowdischargeinamixtureofheavyinertgaseswithiodinevapor」(從optikaispektroskopiya,vol.98,no.4,2005,pp.558–561翻譯而來)的全部內容通過引用合併到本申請中，其描述了由縱向dc輝光放電泵浦的低壓uv受激準分子滷素燈的發光特性。在該論文中，在100pa到2000pa的總壓強下，用儲存到等離子體中的10w到100w的功率，在重惰性氣體與碘蒸氣的混合物中引發放電。報告了輝光放電的電流-電壓特徵和190nm到360nm的區域中的等離子體的發射譜。碘原子的共振譜線(206.2nm)處的輻射強度和xel(b-x)(253nm)與i2(b-x)(342nm)發射頻帶的峰值處的強度被分析為ar、kr和xe與碘蒸氣的混合物的壓強和部分組分以及輝光放電的電功率的函數。

在本發明的一種實施方式中，諸如這些的混合物可以用在本發明的ucc結構中，一旦存在等離子產生，則本發明的ucc結構可以發射類似的發射譜線。等離子的光發射譜可以通過修改氣體的組分來控制。

由tunjajung,petersimmendinger,katiastuder,wolfgangtobisch在radteche|5:uv&ebtechnologyconference2006.(radtechinternational,na,april23-26,2006,lakesidecenteratmccormickplacechicago,il)上發表的「plasmatechnology:asolutionforuvcuringon3-dimensionalsubstrates」的全部內容通過引用合併到本申請中，該論文描述了：通過修改過程參數比如氣體的類型，可以發射200nm到380nm之間的uv光。該論文描述了使用這些輻射來引起光活化聚合。弧光燈用於uv固化應用，其中，發射不是明顯不同於上述等離子過程的發射。在本論文中，在等離子處理期間，光遍及室發射。換言之，uv等離子固化需要將覆層了的基底放置在光源中。如前所述，在本發明的一種實施方式中，可以通過修改氣體組分來控制等離子的光發射譜。

圖2(從該論文複製而來)示出了由氮等離子體引發的uv發光與由氦等離子體引發的uv發光是不同的。從而，取決於可uv固化成分的頻譜感光性，必須檢查等離子體的uv發射是否與覆層系統中的光引發劑的吸收交疊。等離子體的發射屬性可以通過修改氣體成分和壓力來定製，從而可以適合於具體的技術應用要求。圖32和圖33中所示的系統(下面所討論的)可以用於在將ucc結構引入到目標介質或位置中之前，設計來自ucc結構的期望發射。

通過引用將下面論文的全部內容合併到本申請中：由skitsinelis,rdevonshire,mjinno,khloo,dastoneandrctozer發表在instituteofphysicspublishingjournalofphysicsd:appliedphysics.j.phys.d:appl.phys.37(2004)1630–1638pii:s0022-3727(04)74779-8中的另一題為「relativeenhancementofnear-uvemissionfromapulsedlow-pressuremercurydischargelamp,usingararegasmixture」的研究。在該論文中，解釋了在脈衝驅動條件下來自低壓汞-氬放電的近uv發光和可見發光的增強的物理原因。圖3(從該論文中複製而來)示出了來自低壓汞-氬放電的uv和vis發光。作為緩衝氣體的少量附加氪導致輻射發光最大化。描述了使近uv和可見光輻射的增強最大化的操作條件，包括緩衝氣體的影響。該論文描述了對於脈衝放電，跟隨有級聯輻射躍遷的電子-離子複合是大多數365nm發光的原因，並且具有少量氪的附加(作為緩衝氣體組分)的氬導致最大的輻射發光。可以通過適合比率的混合物來調節氣體以在uva內的任何頻率處發光。

在本發明的一種實施方式中，諸如這些的混合物用在本發明的ucc結構中，其在內部有等離子產生時發射類似的發射譜線。

氨氣和氬氣也是特別令人感興趣的。由於氨對微波能量的響應，所以已使用氨來創建maser。其吸收微波能量，在許多實施方式中，可以將相當大的轉動能泵浦進氨分子中。可以使用微波輻射和使用特斯拉線圈或其組合來電離大多數包括氬的氣體。可以用這兩種氣體作為基礎，根據這個基礎可以添加其他氣體以產生感興趣的特定uv或vis或ir譜發射。圖4示出了來自預期具有類似的發射譜線的氮/氫等離子體的發射譜線。

在本發明的一種實施方式中，低頻輻射(微波或rf)到高頻的上變頻使用非固體發射媒質(即，ucc結構中的氣體)。使用微波的優點在於兩個主要的因素：a)低頻射線的穿透深度遠超ir和uv的穿透深度，以及b)低頻頻段本身是非電離的(低能光子)並且不觸發像在高強度高劑量的x射線或伽馬射線的情況下的不利的免疫響應。

本發明的寬帶ucc結構的示例：

在本發明的一種實施方式中，將中空的充有氣體的容器(主直徑的範圍為毫米至微米至亞微米級)設計成配置在對象內或分散在介質中，在一個示例中，對象可以是患者的靠近例如放置了感光化療劑(如，補骨脂素)的位置的目標器官或組織。在一個示例中，介質可以是用於將兩個對象連接在一起的uv活化樹脂或環氧樹脂，如兩個半導體基底、兩個半導體晶片(die)、兩個電路板元件或連接在一起的它們的組合。在一個示例中，被處理的對象可以是結構構件比如橋梁結構或公路構件中的裂縫，在上述結構構件中，裂縫預填充有uv活化樹脂或環氧樹脂。一旦在目標或介質中，則該ucc「囊」結構被暴露於微波能量和/或強磁場的組合，以從填充氣體的容器中的等離子體氣體產生光(如，uv光、vis光、ir光或其組合)，以活化介質中的試劑，如化療劑或可光活化樹脂。在某些應用中，所產生的光用於對目標介質進行消毒或巴氏殺菌，不包括或包括使用所產生的光來活化化療劑或可光活化樹脂。

在本發明的一種實施方式中，所施加的磁場的強度範圍可以是從0.01特斯拉到11特斯拉。在其他實施方式中，沒有施加磁場。在其他實施方式中，可以利用更高的磁場強度。在本發明的一種實施方式中，磁場可以是基本上均勻的和/或可以沿著產生磁場的載流線圈的軸線定向。這種沿載流線圈的軸線引導的軸線在本文中將被稱為主磁軸。這種線圈可以由超導體製成，其在各種實施方式中可以被低溫冷卻。

在本發明的一種實施方式中，rf和/或微波能量可以隨著從大約1w到10kw變化的入射功率從13khz到300ghz變化。這些rf和微波源可以以連續模式或具有高峰值功率和/或低佔空比的脈衝模式來操作。本領域中已經公知能夠脈衝操作或cw操作的各種rf和微波設備，並且，產生該類型的脈衝或cwrf和/或微波輻射的設備適用於本發明。

在本發明的一種實施方式中，ucc囊結構的體積可以在從立方納米尺度到立方釐米尺度的範圍內廣泛地變化。在較小的尺寸尺度中，氣體容器的體積可以在30,000nm3到250,000nm3之間的範圍內變化，其中壁厚度在到的範圍內。出於與上述相同的目的，即，出於包含待暴露於微波和/或磁場的氣體的目的，ucc囊結構可以製成更大的體積、具有更大的壁厚度。在本發明的一種實施方式中，可以將ucc囊結構的一些壁製得比其他壁厚。在本發明的一種實施方式中，故意將一個壁製得非常薄(如將要在下面更加詳細地討論的)。

在本發明的一種實施方式中，還可以在不減損其功能的情況下，改變ucc囊結構中的氣體容器的形狀。在許多情況下，球體、圓柱體或橢圓體更適於微波耦合和/或等離子體產生。在本發明的一種實施方式中，壁的形狀還可以增強容器的結構整體性；例如，其他條件都相同的情況下，球體和橢圓體傾向於在結構上優於稜形。

在本發明的一種實施方式中，這裡所描述的氣體容器被設計成暴露於強磁場與電磁場脈衝的組合。

在本發明的一種實施方式中，以上提及的磁梯度是使用位於沿著強磁場的軸線的不同位置中的線圈來產生的，這些線圈的軸線被定向成與強且均勻的磁場的軸線垂直。從而，脈衝和短暫磁場梯度被設計成能夠將磁偶極子定向和重定向成與中心軸線成90和180e。圖49和圖50(以下)提供了各種磁場施加器的更多細節。

在沒有材料的情況下，磁通量表示為b＝μ0h，其中，h稱為磁場強度，μ0是稱為自由空間磁導率的常數。在載有電流(因此具有軸向磁場通量b)的線圈中插入抽樣的確影響了磁場。通常，原子內的軌道和自旋磁矩響應於所施加的磁場。通量線受到抽樣的存在的擾動。所得到的公式表達如下：

b＝μ0(h+m)，

其中，磁化強度m被定義為每單位體積的磁矩。從而，對於給定的具有體積v的材料，磁化強度是磁矩除以體積的比率：

m＝μm/v

磁性材料趨於集中通量線。磁性材料的示例包括包含高濃度磁性原子的材料，比如鐵、鈷和鎳。另一方面，抗磁性材料趨於微弱地排斥通量線。抗磁性材料的示例包括水、蛋白質、脂肪和其他遺傳物質。磁化率χ被表達成如下比率：

χ＝m/h

抗磁性材料的電容率小於1。順磁性材料的電容率大於1。鐵磁性材料、鐵磁性材料和反鐵磁性材料的電容率在100到1,000,000之間。

對於順磁性氣體，施加磁場會趨於定向偶極矩。換言之，氣體實現了磁化。但是，在更高的溫度的情況下，熱能k*t可能超過由磁通量施加到氣體偶極子上的轉矩對準。

在本發明的一種實施方式中，針對ucc結構的照射定義的能量配比(recipe)(即，rf和/或微波能量、在某些情況下連同磁場一起的組合)包括如下參數：例如，強磁場的大小和方向、頻率、功率、電場強度、磁場強度、產生梯度的rf/微波線圈的方向以及連續與脈衝操作(具有限定的峰值功率和佔空比)。在本發明的一種實施方式中，這些能量配比參數是計算機控制的，如圖51所示(以下)。

對於不同的ucc結構或者ucc結構或ucc囊結構中的不同的氣體容器，很可能需要不同的能量配比。(除非特別不同地指出，ucc結構指的是本文中所討論的任何ucc囊結構或其他氣體容納結構)。在本發明的一種實施方式中，能量配比被設計成觸發ucc結構中的氣體的電離。一旦被電離，則氣體進入物質的等離子體狀態。在本發明的一種實施方式中，等離子體激發不需要持續長的時間段。如果適當地定位化療劑和ucc，並且以最小化的散射良好地傳遞能量，則甚至一微秒的等離子體維持都可以產生大量的uv光、vis光或nir光。另一方面，如果uv光沒有被適當地引導，則需要更多的uv光來觸發化療劑。

在本發明的一種實施方式中，在等離子體激發時，ucc結構(填充有預選擇的氣體或氣體組合物)可以在uva範圍內發光。對於化療治療而言尤為適合的發射是大約360nm+/-50nm處的發射。因此，選擇氣體和氣體混合物以結合氣體容器和可用的能量配比來運作，以產生期望的光發射，這裡的各種示例僅僅出於說明目的而提供。

在本發明的一種實施方式中，ucc結構的壁是能透射uv的，以使得來自內部氣體(或多種氣體)的uv發射在由於吸收、散射或其他機制引起的損耗最小的情況下從氣體容器的內部傳遞到氣體容器的外部。壁的尺寸(和其吸收特性)是一個ucc結構的設計考慮。在本發明的一種實施方式中，ucc結構的壁能夠透射可以用於觸發本發明的ucc結構中的等離子體體激發的x射線或高能電子束。可以同時施加x射線和rf。可以給ucc施加x射線輻射。ucc的內壁可以具有能夠與x射線光子交互以產生二次電子的薄的材料覆層。

在本發明的一種實施方式中，氣體容器材料能夠：耐受等離子體激發過程中的電子溫度；耐受由溫度上升所導致的壓力增大；使得磁場以及rf和微波能量能夠在繞過容器的壁的同時與氣體相互作用，和/或將相當一部分所產生的uv輻射傳遞到氣體容器的外部。uva內的任何期望頻率都可以使用恰當的一組氣體來觸發。

在本發明的一種實施方式中，可以使用如ne、xe、he、hg、h2、n2、ar、kr(或其組合)等氣體。例如，可以使用氣體混合物ne+he、ne+he+5％xe、ne+5-10％xe以及其他組合和其他混合比率。上面列出的百分比xe添加物是用原子百分比表示的。hg+ar在360nm處發光；ne+1％ar在365nm處發光。作為緩衝氣體的少量附加的氪可以導致輻射發光增強。此外，可以使用其他氣體組合，包括具有各種雜質的碘蒸氣。

等離子體的屬性可以通過修改過程參數(磁場強度、微波功率和頻率)或導致等離子體形成的反應氣體的雜質來定製。

氣體容器中壓力的範圍可以是在0.01torr到100torr之間。其他被認為更加實用的範圍包括在0.5torr到5torr之間的壓力。儘管其他壓力是適合的，但是，基於理論計算，氣體容器的結構完整性可能最適用於該0.5torr到5torr的範圍。容器的尺寸和形狀將部分確定選擇的壓力範圍。此外，電子的平均自由程隨著壓力的增加而減小，隨著壓力的減小而增加。因此，在低的壓力下，氣體容器的內壁表面的電子擴散和損失可以破壞維持的等離子體。

在本發明的一種實施方式中，通過磁場(尤其是具有0.1特斯拉及以上的磁場強度)的對準連同微波場的電離提供了用於能量變換的控制機制，這在沒有磁場的情況下通常是不可用的。在正交於所施加的磁場調整並且施加rf/mw頻率時，ucc結構中的等離子體中的電子可以進入電子迴旋共振或可以在不進入ecr的情況下獲得動能。在任何一種情況下，在存在b場時，不管b場的方向如何，等離子體離解速率都會提高。這是因為一旦產生各種電子，則其沿著隨機軌道行進；所以，某些電子將處於獲得和增加其動能的有利軌道中。在正交的b場與e場的某些情況下，電子可以被限制到導致其磁感應限制的圓形軌道。

磁場推動釋放的電子的進動，而釋放的電子又與各種氣體碰撞並且賦予另外的能量，使得能夠進行電離和等離子體維持。磁場的存在使得必須使用較低的整體外部強加的電磁能量。獲得uv輸出所需的總能量的減小鑑於以下事實是非常有益的：氣體容器可能布置在動物或人體組織內(活體內或活體外)。

在本發明的一種實施方式中，ucc結構可以被功能化和附接至藥物遞送賦形劑，並且貫穿身體發送至目標腫瘤位置。ucc結構可以起到uv光源的作用，以通過光引發來觸發期望的反應。光引發是用在各種醫療反應、製藥反應和化學反應中的已知機制。在本發明的一種實施方式中，光引發可以在360nm(+/-50nm)處進行，以觸發例如病態細胞或細胞核裡面的補骨脂素(和具有生物治療功能的補骨脂素的衍生物)。已知補骨脂素的益處，但是很少有技術能夠活化生物樣本的uv皮膚深度內的補骨脂素。

觸發補骨脂素所需的能量是在360nm(+/-50nm)處的大約2個光子的範圍內。在360nm的範圍內，以下計算示出了適合的氣體容器氣體混合物的一個示例：

假設範德華半徑為3埃(0.3nm)

如果假設電離原子與中性原子的比率接近1:10,000，則囊的能量輸出被計算為：4.24h105ev。

在本發明的一種實施方式中，為了提高耦合能量的效率和最小化散射，可以在氣體容器上設計突起，以有利於藥物的附接，並且在最小散射的情況下校準和最大化uv傳送。

在本發明的一種實施方式中，氣體容器可以通過氣相沉積或通過溼法化學來覆有金屬覆層比如au或ag覆層。金屬覆層使得能夠出現增強囊的光輸出(並且可能改變其輸出頻率)的等離子效果。

在本發明的一種實施方式中，可以在填充和密封氣體容器之前，使用等離子體或溼法化學來處理氣體容器的內壁，以有利於氣體的電離。可以選擇彼此之間具有親和力的氣體混合物，以減小逸出功和有利於等離子體激發。

對於本發明的各種實施方式，容器可以處在低於大氣壓並且最低至mtorr壓力範圍的負壓下。中空的納米尺寸的容器可以填充有在uv頻段發光的氣體。氣體容器可以是熔融二氧化矽結構、微球或多孔陶瓷。容器可以是能透射uv的。石英被報告為在uva範圍具有大約75％的透射率，並且代表了適用於本發明的一種材料。

可以使用各種方法來生產在從釐米範圍到納米範圍內的各種尺寸的氣體容器。在本發明的一種實施方式中，納米尺寸的容器可以通過以下所述的各種技術來製作。出於描述這樣一種方法的術語的目的，將開始晶片定義為如下晶片：在該晶片上進行各種圖案化、蝕刻、金屬氣相沉積、鍵合、氣體填充、密封、表面改性和意圖用於構造本發明的ucc結構的所有其他處理步驟。

本發明的ucc結構的構造

一種構造ucc結構的方法是：通過適合的蝕刻配比來形成容器區，然後使用另一個晶片密封開始晶片以覆蓋形成在其中的區。在本示例中，氣體容器可以具有倒圓(rounded)部分(由蝕刻導致)，並且可以將基本上平坦的晶片用作密封晶片。

可以使用更加複雜的方法來構造這些和其他氣體容器。這樣的步驟可以包括：在兩個不同的開始矽酸鹽晶片上形成適合的凹槽和圖案，然後將具有適當的「挖空」特徵的這些晶片對準和配合以形成氣體容器。密封可以通過加熱來完成，或可以利用使得矽酸鹽能夠以室溫或接近室溫的溫度鍵合的化學性質來完成。

氣體容器的製造的一個重要部分是對開始晶片下的結構晶片的使用。該結構晶片充當固定裝置並且使用釋放層來保持開始晶片。溼法蝕刻或幹法蝕刻都可以用於在開始晶片中形成期望的凹陷特徵。例如，溼法蝕刻可以使用如氫氟酸、硝酸、乙酸等化學物質。通常，通過溼法蝕刻得到的各向同性蝕刻圖案是半導體的缺點；但是，在這種情況下，在抗蝕劑下面發生的底切(即，向下和側向地蝕刻)實際上是有利的，這是因為底切使得能夠形成圓角邊緣。此外，因為溼法蝕刻是各向同性的，所以可以用它來形成布置在開始晶片的平面中的圖案。在本發明的一種實施方式中，該過程可以產生具有已倒圓內壁的玻璃容器。

圖5是溼法蝕刻圖案的示意圖，示出了用於形成所圖示的凹陷結構的發生在抗蝕劑下面的底切。該圖示出了具有釋放層32和布置在其上的開始晶片34的載體晶片30。沉積掩膜35，其後，掩膜35具有限定在其上用於暴露開始晶片32的開口。使用溼法蝕刻來產生底切部分36。

等離子體蝕刻是各向異性的，並且相對於使用溼法蝕刻時通常可能的情況而言，等離子體蝕刻導致具有更多矩形邊緣的溝槽限定。將rf產生的等離子體耦合至rf電源的用途是已知、有效和高效的適用於本發明的方法。可以使用氣體蝕刻劑，比如基於氟和氯的氣體。其他蝕刻氣體包括：bcl3、cl2、cf4、chclf2、chf3、ch2f2、ch3f、c2f6、c3f8、c4f8、hbr、hcl、hf、nf3、sif3、sif4、sf6或其組合。可以給蝕刻氣體添加如氬、氧、氫和氮(其通常以1ppm到10ppm之間的水平被包括)等附加物。蝕刻速率可以使用溫度和能量來控制。蝕刻的速率可以在每分鐘10埃到350埃之間。圖6a是幹法蝕刻圖案的示意圖(得到了很好地限定的溝槽)。該圖示出了具有釋放層32和布置在其上的開始晶片34的載體晶片30。沉積掩膜35，其後，掩膜35具有限定在其上用於暴露開始晶片32的開口。使用幹法蝕刻來產生類溝槽部分38。如果不認為方形側面的壁是對於ucc容器的妨礙，則可以使用這種使用等離子體蝕刻來形成凹陷結構的方法。

氫附加物增加了朝向蝕刻sio2的選擇性。某些氫附加物可能影響遺留的石英壁的表面化學性質(稱為側壁鈍化或側壁保護)。當(例如)包含在上述反應蝕刻劑物質內的碳原子開始彼此化學鍵合併且形成導致飽和表面的碳-碳鍵時，則形成了該側壁阻擋鈍化。圖6b示出了圖示在其中一個ucc結構的壁39上形成飽和表面的碳-碳鍵的示意圖。來自溝槽的側壁上的側壁保護層的碳原子可以進入等離子體混合物中(如果玻璃容器灌注期望的氣體並且密封)並且可能改變uv發射輸出。另一方面，在本發明的另一種實施方式中，可以通過在密封容器之前燃燒氧等離子體以去除碳來保持富有氧化物的表面。氧的強負電勢可以減小隨後存儲在石英容器中的氣體的電離勢。因為幹法蝕刻是各向異性的，所以可以用它來形成以由開始晶片上的掩膜限定的任何圖案的布置在開始晶片的整個表面上的圖案。這可以產生具有倒圓內側壁的玻璃容器。無論如何，接著，可以使用板40從頂部(如圖7所示)密封容器以形成小尺度的蓋(在將適當的氣體灌注到納米容器內部以後)。

對氣體容器的壁進行蝕刻後遺留下的壁化學物質可以在氣體容器的功能方面起到很重要的作用。這些壁可以具有有利於包含在容器內的氣體的電離的表面能量。在其他情況下，表面能量將不利於等離子體激發。玻璃容器內的電離氣體可以被存在於壁表面上的靜電力排斥、吸引。鑑於本發明所設想的很小的物理尺寸，這些可以是很重要的考慮。

在幹法蝕刻化學的情況下，上述內壁保護膜(其厚度在到之間變化)是從所使用的許多蝕刻劑化學物質中遺留下來的。從而，可以認為幹法蝕刻是如下等離子體處理，該等離子體處理可以產生可以從頻譜的一端的氧化表面到頻譜的另一端的聚合表面的氣體容器的內表面。作為等離子體處理，該處理可以作為使用溼法化學形成凹陷結構之後的附加步驟發生。通過排序，可以使用的並且從氧化通向聚合的化學物質包括：nf3、cf4、cf3cl、cf3br、c2f6、chf3、c3f8、c4f10和c2f4。在頻譜的一側，氧化劑的添加是期望的(如，o2)。在頻譜的另一側，為了消耗氧化劑，可以使用h2並且在某些情況下h2期望的。

出於會是有益的其他目的，可以進行氣體容器的壁的另外的表面改性，比如等離子體形成、發光度和機械完整性。

圖7是示出了如何可以在去除掉圖案化抗蝕劑後用板40(如，平坦的石英晶片)覆蓋開始晶片以形成氣體容器的示意圖。可以使用溼法蝕刻和幹法蝕刻兩者。圖8a是示出了本發明的另一種實施方式並且圖示了如何在去除掉抗蝕劑後配合兩個鏡像晶片42、44(使用溼法蝕刻)以形成氣體容器的示意圖。該方法更加複雜，但是更理想。可以在去除掉釋放層之前獲得更圓的容器。圖8b是示出了如何在去除掉抗蝕劑後(使用幹法蝕刻)配合兩個鏡像晶片46、48以形成氣體容器的示意圖。

圖9是示出了去除掉釋放層32後，接著(或繼續進行)步驟17-1的圖案化、步驟17-2的掩蔽和圖案化以及步驟17-3的蝕刻以將ucc結構釋放和彼此分離開的過程示意圖。在本實施方式中，幹法蝕刻用於獲得氣體容器。圖10是示出了本發明的使用如上所述的大規模可重複且可再現過程製成的兩個氣體容器50、52的過程示意圖。

圖11是示出了取決於如何覆蓋開始晶片和如何形成溝槽而不同地成形的氣體容器的示意圖。圖11示出了半球形密封裝置54、球形密封裝置56、覆蓋直線狀密封裝置58和配合直線狀密封裝置60。

圖12是示出了在密封前使用恰當的氣體填充氣體容器56、60的過程示意圖。可以使用hf來處理氣體容器以蝕刻邊緣。可以使用如ne、xe、he、hg、h2、n2、ar、kr等氣體作為填充氣體。還可以使用氣體混合物ne+ne、ne+he+5％xe、ne+5-10％xe。xe附加物百分比是用原子百分比表示的。hg+ar在360nm處發光；ne+1％ar還在365nm處發光。此外，可以使用其他氣體組合，包括具有各種雜質的碘蒸氣。在氣體填充後，可以使用hf電解液處理氣體容器，以處理它們的邊緣來產生ucc結構62、64。

圖13是示出了使用li和/或na內表面部分68對其內部進行表面改性的玻璃密封裝置50的壁66的示意圖。在本發明的一種實施方式中，氣體容器的內壁可以通過將鋰和鈉擴散到矽酸鹽容器中來對氣體容器的內壁進行表面改性。鈉和鋰兩者都是相對較小的離子。如果氣體容器的兩半仍然是打開的，則該處理最佳地執行。鋰和鈉的到內壁的擴散可以增加內壁的正電荷，上述正電荷會排斥在等離子體激發期間產生的一部分帶正電離子。此外，如果鋰和/或鈉被從玻璃壁中過濾出來並且進入到等離子體中，則這些離子可以釋放大量的光，從而觸發更多的能量生成。可以使用離子束處理來給本發明的氣體容器的內壁上提供鋰和鈉離子。在這些情況下，添加退火階段以確保li和na離子的適當擴散。鈉會減小氣體和氣體混合物的電離勢。

在本發明的一種實施方式中，可以使用外部添加劑70比如鉀來加強玻璃容器的外壁。在本發明的一種實施方式中，可以使用鉀來產生增加壁66的結構整體性的壓應力。期望在將容器密封和釋放後來完成外壁的鉀表面改性。可以使用鉀擴散來加強本發明的玻璃容器的外壁。該技術可以增加本發明的氣體容器的強度。從而可以設計玻璃容器的強度。而玻璃容器的加強增加了它的結構整體性，並且使得可以在不同壓力下使用氣體填充的容器。

一旦將氣體容器的兩半配合併將氣體容器密封，則可以通過深入和快速的幹法蝕刻來完成一系列的圖案化和蝕刻以釋放氣體容器。一旦容器從開始晶片上分離，則可以蝕刻(在hf電解槽中以一定的時間和溫度)它們的表面，以減小壁厚度和對邊緣進行倒圓處理。在對氣體容器進行hf處理時，對它們的外表面進行蝕刻之後完成使用鉀擴散進行的化學加強。

無論如何，圖14是示出了使用標準半導體處理執行的多個氣體容器72的生產的示意圖，其中，每150mm的晶片74可以製作出超過100,000個氣體容器變頻器。

在本發明的一種實施方式中，用於等離子體活化的金屬覆層比如au或ag可以使用金屬氣相沉積施加在晶片級上，或可以通過溼法化學(在將氣體容器分離後)來施加。在金屬塗覆之前，通常做出是否進行使用鉀擴散的化學加強步驟的選擇。

在本發明的一種實施方式中，可以使用各種手段來在本發明的氣體容器的內表面或外表面上產生納米孔隙。

藉助於另外的表面改性，氣體容器(在其內包含或不包含有下變頻器)可以具有介電層和金屬殼並且可能具有另外的保護層。前面描述的溼法化學處理可應用於氣體容器。該最終的保護層可以由有利於生物活體內的給藥的生物相容性化學物質製成。

在本發明的另一種實施方式中，氣體容器覆有具有磁性屬性的材料或被覆蓋以具有帶有磁性屬性的超納米粒子(與圖53中所提供的圖示類似地裝在氣體容器內)。

如早先指出的，可以使用微波和強磁場的組合來激發等離子體並產生uv光。具有所有期望的磁場梯度和控制的公知的磁場源可以在具有能夠最高達11特斯拉的超導磁體的mri機器中獲得。在本發明的一種實施方式中，將rf或微波能量的施加器設置為具有適當的施加器設計、天線、高頻線圈和用於準光學的鏡子。可以用在本發明中的微波和rf施加器包括但不限于波導施加器、使用天線的直接微波照射、雜散場施加器、電容平行板、同軸線、準光學微波設備、線圈和螺線管以及其他可以是基本的微波和rf設計的衍生物的rf和微波設備。以下所討論的是各種微波和rf硬體的示意性示出。

在本發明的一種實施方式中，用於向mri機器施加磁場梯度和所有其他修改的線圈是可移除的，以使得在本發明的一個應用中所允許的光療後，mri機器可以返回到正常的功能狀態。可以使用以下微波設計：將發生器和電源放置在mri機器外面，以防止由mri的磁場與微波系統的部件和子系統的耦合引起的任何不期望的效果。微波能量然後經過適當的波導從發生器傳輸到患者檢查臺。

在本發明的一種實施方式中，波導穿過mri主隧道的壁，在這種情況下，必須進行特殊的mri裝備設計以使微波能量傳遞最優化。在微波使用準光學技術的情況下(其中，使用波導來發射微波波束，又通過鏡來反射和會聚微波波束，以瞄準患者體內的腫瘤區)尤其如此。微波施加器必須由非磁性材料製成以避免與mri的磁場的耦合。從而，鋁和銅波導與電極是優選的。

在本發明的一種實施方式中，結合mri機器來使用具有源、可編程控制器和輻射密封裝置的x射線機器。一旦磁示蹤劑(嵌入在封裝有氣體以及下變頻媒質的矽酸鹽容器中)確認治療劑已經傳遞至目標，則對患者進行包括有能量劑量和脈衝寬度的適當的x射線治療。

本發明的又一種實施方式是將適合的微波施加器和x射線硬體與mri機器結合。此外，ir頻段中的高功率的雷射源可以用在mri機器中。

根據治療的可能的需要，可以組合或單獨使用各種輻射能量源。

具有碳納米管的氣體容器的示例：

在本發明的一種實施方式中，氣體容器在ucc結構內部包括碳納米管(cnt)。在本發明的一種實施方式中，將單壁納米管(swnt)或雙壁碳納米管(dwnt)附接至氣體容器的內壁或外壁(優選地，附接至內壁並在氣體容器的容積區內部突出)。cnt結構有利於氣體容器內部的等離子體激發。

swnt的電子屬性對某些氣體的吸附敏感。預期電荷轉移和氣致電荷波動明顯地改變在存在電場的情況下的swnt的運輸屬性。此外，吸附到swnt的各種氣體分子可以是對於碳納米管的電荷施體或受體。尤為感興趣的是以下事實：nh3、n2、h2、ch4落入電荷施體的種類，從而可以用作本發明的氣體容器內的氣體。如o2(本示例中未必使用)可以充當電荷受體並且可以製作納米管p型導體。

實際上，cnt不僅可以集中氣體容器內的電場，並且可以減小氣體物質的電離勢。cnt可以使用一系列步驟附接至氣體容器，所有這些步驟在半導體工業中已經得到了很好的確立與實踐。

首先，限定cnt的期望位置，接著圖案化、掩蔽和金屬化。圖15是示出了通過圖案化和濺射沉積到定位電氣襯墊的金屬痕印跡76的示意圖，上述定位電氣襯墊可以被負偏以用於後續碳納米管78的放置(通過流體自組裝)。金屬印跡76可以由如板40的內面形成，以使得當密封板40以形成密封裝置時，碳納米管78可以在適當的位置。可以使用包括蒸發、金屬有機化學氣相沉積和濺射等各種技術來進行金屬化。一種適合的方法可以是濺射。濺射工藝廣泛地用於半導體，並且可以用在該示例中以沿著開始晶片的表面和/或在形成在開始晶片表面中的凹腔中沉積期望的幾何圖形的金屬印跡。

濺射基於簡單的原理。真空室填充有氬氣。碰撞等離子體，並且使用偏壓將氬離子加速到目標材料(al或另一種選擇材料，如au)中。金屬原子被從目標上擊落下來並降落在晶片上。如壓力、偏壓、發生器和濺射目標等參數可以改變沉積速率。

au印跡可以通過圖案化掩膜從覆有au的濺射目標沉積到開始晶片的表面上和/或沉積到形成在開始晶片表面中的凹腔中。可以從覆有al的濺射目標來沉積al印跡。可以從覆有cu的濺射目標來沉積cu印跡。從凹陷的石英開始晶片結構中至少可以分出兩種金屬印跡(各位於氣體容器的兩側)。

將具有金屬印跡76的石英晶片板40引入到非極性液體電解槽中並且對印跡76施加負偏壓(通過用於施加偏壓的晶片周邊上的具有電氣襯墊的預沉積的公共印跡)。本領域已知，通過與流體自組裝類似的過程將swcnt78釋放到非極性溶液中。在決定和假定期望的位置之後，石英晶片慢慢地被提升至非極性液體(用於電鍍)的表面以上。然後，對晶片進行保形塗覆以將cnt78保持在適當的位置。例如，施加另一個濺射步驟，並且現將cnt固定在指定的溝槽中。然後，可以去除掉掩膜。實際上，圖16是示出了使用金屬化過程(如，濺射)附接的cnt78的示意圖。該方法可以產生可重複且可再現的從納米尺度到微米尺度的組裝。一旦去除掉光刻膠，則藉助於金屬覆層將碳納米管保持在適當的位置。除了cnt外，可以將鋁或銅填充物或者納米棒或納米粒子添加到ucc結構中。

在cnt處於適當的位置的情況下，氣體容器為氣體填充和後續密封做好準備。在石英開始晶片的石英表面上，實施矽烷附著力促進劑的保形塗覆。該矽烷附著力促進劑是針對二氧化矽設計的，以至少在石英晶片的近表面上開通si-o-si分子橋鍵網絡。

通過將頂部晶片靠近擁有cnt78的底部晶片(在此情況下，僅底部晶片具有cnt)並與其對準來進行密封。然後通過將保持晶片的固定物置於接近如17kn的氣壓下來密封晶片。該接合可以在室溫或接近室溫的溫度下完成。

然後，已接合的晶片準備好進行另外的一系列圖案化和掩蔽步驟，以通過深入和快速的幹法蝕刻來分離和釋放各種氣體容器。一旦氣體容器被分離，則可以蝕刻(以一定的時間和溫度在hf電解槽中)它們的表面來減小壁厚度以及對邊緣進行倒圓(如上所述)。使用標準的平版印刷圖案化和其他公認的半導體金屬沉積以及蝕刻處理形成氣體容器和釋放氣體容器的該製造過程可以在包括或不包括cnt的情況下發生。

圖17是示出了可以控制ucc結構62的形狀和示出了可以以可再現的方式來製造球形形狀或伸長形狀的示意圖。圖18是示出了還可以將ucc結構62的形狀設計成用於最大化uv輸出以及可以實現將瞄對準引導至上變頻容器的介質中的試劑的示意圖。ucc結構80和82具有各自的縱向端部84和86，其中，可以引導或集中來自ucc結構中的離子化氣體的光。換言之，可以通過控制ucc結構的壁的形狀來執行散射的最小化以及立體角輸出的定向。

一旦ucc結構用uv輸出來表徵；並且已經識別最大uv輸出(或uv埠)的視線，則可以通過添加結合(biding)劑至uv埠(在ucc的外壁上)來進一步功能化ucc結構。這些結合劑用來將適當構造中的化學成分比如補骨脂素固定到最大uv輸出的視線，以在正確的位置用最小數量的uv光子來實現化療劑的光引發。此外，設計補骨脂素額外暴露於uv輻射，以打破結合使得補骨脂素從ucc結構釋放(分開)。

覆有雙金屬的結構的示例：

由於由位於沿著界面的電子的集體振蕩通過光學激發所產生的局域場的增強，具有金屬覆層的亞波長粒子展示出非常有用的屬性。等離子體現象導致金屬和螢光晶體材料的界面處的電磁場的集中。這導致了增強的螢光並導致了頻移。該增強和頻移取決於介電、螢光材料、金屬化粒子的尺寸、以及覆層厚度等參數。發生的增強的螢光主要發生在晶體的外表面處。

鑑於增加強度的潛力並且鑑於同軸金屬殼之間的其他潛在有用的感應耦合，覆有雙殼金屬的螢光材料近來獲得了人們的興趣。

在本發明的一種實施方式中，提供了一種可以製備雙殼覆層的方法。圖19是示出了用於產生單殼覆層和雙殼覆層的新方法的示意圖。在具有cnt或沒有cnt的情況下，可以給ucc結構90施加等離子體覆層92。在具有cnt或沒有cnt的情況下，還可以給ucc結構90施加第二覆層94。儘管該方法具體地示例用於本發明的氣體容器，但是該方法可應用於具有等離子體屬性的其他金屬化固體晶體粒子。

與前面所述類似，其中形成有電氣襯墊的圖案化的晶片使用傳統的手段連接至公共地平面。使得僅電氣襯墊是導電的，使用有機材料或無機材料(如sio2或聚合物)來使電氣襯墊之間的區域絕緣。圖案化的晶片被放置在使用非極性液體的液體電解槽裡面。電氣襯墊連接至在電氣襯墊的區域周圍產生電勢的負偏壓。

出於有機金屬化合物的部分水解的目的，可以將金屬化的玻璃容器(如上所述但現在是獨立式的)引入到過飽和溶液的溶液中。teos與tmos的水解是公知的並且用於示出使用高效的半導體工具創建雙殼的簡單方法的目的。

以其中r是醇基的金屬醇鹽si(or)4開始，可以促進水解和縮合。酸性條件或鹼性條件都可以促進水解。在此情況下酸催化膠是優選的，這是因為這些膠在它們的粘度上產生鏈狀行為。

在聚合過程中的一個階段處，在晶片處於反向偏壓條件的條件下，附有酸性功能化的氣體容器可以傳遞到非極性液體電解槽的頂部。玻璃容器可以被靜電地拉到用於晶片的電氣襯墊。

然後，可以將晶片提升到上表面以上並且部分乾燥。然後使用標準的矽酸鹽沉積處理將晶片帶入用於沉積sio2的cvd。可以完全塗覆氣體容器的頂部，並且可以部分塗覆其側面。

從而，可以部分(因為玻璃容器放置在電極的頂部所以不是完全地)塗覆玻璃容器。可以使具有粘性但適應性的釋放層的第二晶片與包含有氣體容器的晶片靠近並對準。然後，將第二晶片引入到用於沉積sio2的cvd工具以塗覆氣體容器的頂部和部分塗覆氣體容器的側面。cvd工具具有使塗覆均勻性最優化的晶片傾斜的性能。

sio2沉積配比被設計成使得能夠形成相對均勻的sio2覆層，因為頂部和底部被完全塗覆(一次)，而側部每次被部分塗覆，但經歷該過程兩次。

最後的步驟是金屬化(如前所述)；雖然氣體容器保持在晶片級，但可以有效地使用濺射過程。

從而，雙殼金屬化可以使用現有的半導體處理來綜合併且可以是可論證地更加可重複且可再現的。圖20是示出了該新方法如何產生對上變頻氣體容器96的雙殼金屬化或對摻雜有固態晶體的上變頻器98的雙殼金屬化的示意圖，如下面所詳細描述的。

可替代的氣體密封裝置結構：

矽酸鹽：圖21是所有矽酸鹽[si4+(紅色)和o2-(藍色)]的基本的矽四面體構建塊的示意圖。圖22是無定形sio2網絡的示意性表示。圖23是無定形矽酸鹽的示意性表示，其中，鋁(al)代替某些si以產生電荷不足。所形成的四面體配置不再是電中性的，並且某些橋鍵氧位置變成非橋鍵氧位置。非橋鍵氧位置的濃度與al3+濃度成正比地增加。圖24是使用離子物質進行另外修改的該替代的無定形矽酸鹽結構的示意性表示。所有這些結構適合作為本發明的ucc結構。

在某些玻璃中，為了維持電荷中性(並避免吸引各種空氣傳播的極性分子和氣體)，將鹼金屬和鹼土金屬(鈉、鉀和鈣)添加到矽酸鹽結構中。這些離子物質打破了矽酸鹽網絡並困在非橋鍵氧位置周圍的亞穩平衡中。這些鹼性離子在微波場中變得活躍(並且由於更寬和更隔開的可用的亞穩平衡位置，所以可以跳過更長的距離)。

圖25是示出了籠形替代矽酸鹽結構的複雜性的示意性表示。以鉀與鋁的適當比率，形成很大的矽酸鹽籠。在摩爾比率(na/al＝1)下，鈉鋁矽酸鹽玻璃展示出明顯的微波吸收和擴散。圖24是由鋁矽酸鹽結構組成的沸石的示意性表示。示出了通過變化(alo4)和(sio4)的四面體形成的兩種沸石的晶體學結構。所有這些結構適合作為本發明的ucc結構。

與先前示例不同，有意地防止電荷中性，並且沸石展示了作為吸氣劑材料的有用屬性。沸石廣泛地用作吸附劑。四面體產生本發明的特別感興趣的獨特結構。通過結晶從氫氧化鋁、氫氧化鉀和水玻璃製造分子篩。在一種實施方式中，水玻璃可以用作多孔粒子的密封劑。

在結晶過程中，形成所需的鈉鋁矽酸鹽結構。可以離子交換所形成的沸石晶體，以進一步調節孔的尺寸。不能夠吸收大於分子篩的孔開口的分子，但可以吸收小於其的分子。可以使用分子極性來控制/輔助吸收。具有一個極性度的氣體可以較快地擴散(如，氨非常適合於擴散過程和微波耦合)。

可以通過交換過程來製備磷改性沸石/分子篩，其中，部分氫、氨交換的鈉沸石篩與h3po4結合，並隨後在高溫和蒸汽中對其進行處理以反應適當的位置，其導致獲得具有按重量計為2％到5％的p2o5的沸石。在專利5,378,670中對該技術進行了描述，其全部內容被引用在本發明中。包含有磷或磷化合物的許多其他催化劑可以用於獲取磷沸石分子篩。在包括有us專利no.4,498,975、no.4,504,382、no.4,839,319、no.4,970,185、和no.5,110,776的許多專利中對這些催化劑進行了描述。所有這些專利的全部內容被引用在本申請中。

圖27是本發明一種實施方式中的其中包含有納米孔(或矽酸鹽籠)的鹼鋁矽酸鹽納米粒子90的示意性表示。這些粒子可以用各種方法來合成，並且某些結構是在不同商標名稱下商用的。圖28是本發明一種實施方式中的具有覆層94比如覆有納米金剛石膜或類金剛石碳或高導電石墨烯材料的鋁矽酸鹽納米粒子92的示意性表示。圖29是本發明的一種實施方式中的覆有有機膜99(用於可能的生物發光)的納米粒子97的示意性表示。所有這些結構適合作為本發明的ucc結構。

圖30是本發明一種實施方式中的從部分塗覆到完全塗覆的鈉鋁矽酸鹽粒子100的示意性表示，覆層102是以示意性的方式示出的用於等離子體產生的金屬覆層(如，au或ag)。圖30示出了作為完全或部分包圍覆層的覆層102。圖31是本發明一種實施方式中的碳納米管(cnt)78的示意性表示，其可以附接至在其中包含有適當氣體或氣體混合物的孔或中空納米粒子100。所有這些結構適合作為本發明的ucc結構。

單壁或雙壁cnt可以用於所提到的任何實施方式中。如早前在包含有氣體的ucc結構的上下文中所討論的，cnt非常易於接受微波能量並且可以充當用於刺激等離子體產生的電子泵浦。

如上面所提到的，氨和氬是特別感興趣的。因為氨對微波能量的響應，所以已經用氨來創建maser。它吸收微波能量，並且在許多實施方式中，可以將大量的旋轉能量泵浦到氨分子中。可以使用微波輻射和特斯拉線圈或其組合來電離氬。這兩種氣體可以用作基本元素，可以從其添加其他氣體以產生感興趣的具體的uv或vis或ir譜發射。可以在真空下使用一系列熱處理循環，然後是高溫下的反衝洗(這可以輔助擴散過程)來用適當的氣體填充商用矽酸鹽多孔結構。如與圖2至圖4相關地討論的，可以使用各種氣體。可以使用各種頻率和磁場強度的微波能量來執行等離子體產生。

選擇用於擴散的氣體，使其具有用於ucc結構周圍的介質中的試劑的活化或處理的適當的發光特性。圖32是用於從本發明的各種ucc結構產生純氣體發光的微波系統120的示意性表示。圖32示出了延伸穿過微波施加器124的減壓的密封管122。可以引入不同的測試氣體並且可以通過光譜儀來測量來自這些氣體的等離子體的光發射數據。一旦識別了具有適當發光波長的特定氣體，則可以用候選氣體填充ucc結構。圖33是用於比較用於發射的不同納米粒子的微波系統130的示意性表示(沒有外部氣體)。在此，填充有氣體的ucc結構用微波施加器134中的杆132來保持。由光譜儀測量來自填充有氣體的ucc結構中的等離子的光發射數據。該微波系統134使得可以容易地比較發射光譜與意在用於具體應用的發射光譜。此外，圖33的微波系統示意性地表示了用於給布置在放置在圖33的微波系統裡面的介質中的ucc結構施加微波能量(以及可選地施加磁場)的系統。

各種矽酸鹽結構都可以用於本發明的ucc結構。

矽膠：在本發明的許多實施方式中利用了包括有隨機地連接的球狀聚合矽酸鹽粒子的矽膠。矽膠的屬性由初級粒子的聚集尺寸和狀態以及它們的表面化學性質產生。具有幾乎100％的sio2純度、定製的孔系統和表面屬性的膠用於將可微波激勵的氣體「陷落」在內部。

為了製備，在受控條件下混合硫酸與矽酸鈉以構造想要尺寸的初級粒子，這聚合和形成了由其製作所有類型的矽膠的原始膠。通過控制洗滌、老化和乾燥條件，可以調節比如孔隙率(孔的尺寸和分布)和表面積等物理參數以產生一系列不同的矽膠類型。可以獲得大範圍的粒子尺寸的矽膠，每種類型具有明確定義的粒子尺寸分布。

可以使用各種化學和熱處理來改善作為過濾材料的矽膠的特性，這是通過控制它們的內表面面積和表面化學性質來實現的。可以設計這些矽膠以控制它們的孔尺寸和分布以及它們的內表面化學性質。引用以下專利申請us2005/0205102a1的全部內容。在例如czarney等人的przem.chem.46(4),203-207(1967)的文獻中明確記載了特殊催化劑和水熱處理的使用，其提供了對於在以下各種氫化處理和催化劑以後的孔結構的研究。

專利申請us2009/0041614a1中描述了包含有鹼金屬和鹼金屬合金的矽膠組分。使用鈉(na)、鉀(k)、銣(rb)和銫(cs)。鈉和鉀(以及它們的化合物)是優選的並且在本發明中是特別感興趣的。具體感興趣的是所報告的表面化學的還原性能以及它如何與si-o-h基反應以釋放氫。

沉澱矽酸鹽：沉澱二氧化矽包括凝結的初級二氧化矽粒子的三維網絡。在凝結以前後者生長到大於4nm-5nm的尺寸。通過酸化矽酸鈉來合成沉澱矽酸鹽。硫酸用作酸源。使用了包含有水的攪拌容器，並且在鹼性條件下執行沉澱。攪動、沉澱的持續時間、反應物的添加速率、它們的溫度和濃度以及ph的選擇可以改變二氧化矽的屬性。引用了美國專利no.4,422,880、no.4,132,806、no.4,015,996和no.4,122,161的全部內容。

基於孔的結構來區分矽膠與沉澱二氧化矽。沉澱物通常具有反映在孔尺寸分布方面的廣泛的中/大孔的孔結構，而膠一般具有較窄的微孔或中孔結構。

這些沉澱矽酸鹽一旦填充有工作氣體，則適合作為本發明的ucc結構。

商品：代碼為7930的玻璃是開放式單元的、多孔玻璃，其展示出了適用於本發明的吸收屬性。由於它的孔隙率，這種材料具有每克大約250平方米的內表面面積。這種多孔的玻璃廣泛地用在電晶體、微型繼電器和其他小型設備中。它在需要擺脫外部汙染的任何密封設備中都具有實際的應用。開放式單元網絡允許選擇性滲透——物質必須小於微觀孔以穿過多孔玻璃。可以將同種孔的直徑控制為平均在40埃到200埃之間。這些商用玻璃一旦填充有工作氣體，則適合作為本發明的ucc結構。

空心球(空心微珠(cenosphere))：空心微珠是主要包括二氧化矽和氧化鋁並填充有空氣和/或氣體的空心球。空心微珠是燃煤發電廠的燃燒過程的自然產生的副產品，並且它們具有絕大多數與所製造的空心球形產品的屬性相同的屬性。與前面提出的所有其他化學物質的偏差是：空心微珠具有氧化鐵作為它們的化學物質(二氧化矽(55％-65％)、氧化鋁(25％-35％)、氧化鐵(1％-5％)、二氧化鈦(0.5％-1.5％))的一部分。

與生物醫學應用中可能需要的尺寸相比，這些空心球的尺寸是非常大的，但是在10微米到350微米的範圍內的球體可以在其他應用中找到用途而不限於非常小的尺寸。圖34是氧化鐵納米粒子的顯微照片。通過引用將以下與空心微珠有關的專利文獻的全部內容合併到本申請中：美國專利申請公開no.20080190327和美國專利no.6506819。

這些空心微珠一旦通過高溫下的氣體擴散過程填充有工作氣體，則可以適合作為本發明的ucc結構。

導電球：導電球是覆有銀的空心玻璃微球。這些材料通常合併到油漆、粘結劑和複合材料中，以給這些材料提供導電性並且屏蔽電磁幹擾(emi)和射頻幹擾(rfi)。預期導電球是聚集形式的微波接收器。圖35是導電球的顯微照片。

導電球可以存在於各種產品中。產品b-55微球材料基是56微米的中等粒子直徑和75nm的平均銀厚度的範圍內的矽酸鋁。產品m-18微球材料基是19微米的中等粒子直徑和60nm的平均銀厚度的範圍內的中空玻璃。

這些導電球一旦通過高溫下的氣體擴散過程填充有工作氣體，則可以適合作為本發明的ucc結構。

可替代的空心球：中空的ni3si2o5(oh)4納米球可以通過在室溫下容易進行的沉積過程來合成。產品的示範直徑當前在300nm到320nm的範圍內，並且平均壁厚度是大約10nm。

這些空心球一旦填充有工作氣體，則可以適合作為本發明的ucc結構。

接收器結構：

在本發明的一種實施方式中，提供了用於產生光的系統。該系統包括輻射第一波長λ1的輻射的低頻能量源，並且包括具有毫米或以下的外部尺寸的接收器，該接收器接收第一波長λ1的輻射並產生紅外可見或紫外波長範圍內的第二波長λ2的發射光。各種實施方式中的接收器可以具有小於1cm、小於1mm或小於1微米的外部尺寸。

一種實施方式中的接收器可以具有微觀尺寸。如在上下文中所使用的，微觀是指在900微米或小於900微米的量級上的尺寸的尺度，包括在從幾nm到1000nm的尺寸的範圍內的納米尺寸結構。在一種實施方式中，接收器具有小於400nm的微觀尺寸，使得不表示可見光的明顯的散射中心。在一種實施方式中，接收器具有小於50nm的微觀尺寸，使得通過多孔和可半透的介質比如在活細胞或生物物質中擴散。

接收器可以包括包含有可電離氣體的可電離氣體密封裝置。一種實施方式中的接收器可以是獨立式微波或rf接收器，不附接至傳遞微波或rf功率以電離包含在接收器中的氣體的電路。本發明的獨立式微波或接收器被配置為可布置在名義上對微波或rf輻射透明並且名義上對uv或可見光不透明的介質中。從而，本發明的獨立式微波或rf接收器的壁名義上對微波或rf輻射和uv或可見光都透明。

因此，本發明的獨立式微波或rf接收器不同於先前開發的等離子體殼。例如，美國專利申請公開no.2007/0132387(其全部內容通過引用合併到本申請中)描述了包圍在電路元件之間的等離子體殼，其dc電壓在殼內部產生了等離子體。例如，美國專利no.7,604,523(其全部內容通過引用合併到本申請中)描述了用於形成等離子體殼的本領域大量的技術和這方面的改進，包括可電離氣體的選擇和二次電子發射器的包括。美國專利no.7,604,523中的技術產生了具有大約1密耳到20密耳(1密耳等於0.001英寸)或大約25微米到500微米的平均直徑，其中，25.4微米(micrometers)等於1密耳或0.001英寸。等離子體殼可以製造成最高達80密耳或大約2000微米的直徑或更大。美國專利no.7,604,523中的每個中空等離子體殼的壁的厚度足夠將氣體保持在裡面，但是足夠薄以使得由氣體放電發射的光子能夠通過。

從而，在美國專利申請公開no.2007/0132387和美國專利no.7,604,523中所描述的用於等離子體殼的形成的包括有表面處理、氣體選擇和二次電子發射器材料的結合的技術適用於本發明的獨立式微波或rf接收器的形成，其中，選擇這裡所應用的技術來為本發明的獨立式微波或rf接收器提供標稱對微波或rf輻射和uv或可見光都是透明的壁。

該接收器可以包括密封裝置內的自由空間區域，其在出現氣體的電離時發射至少第二波長λ2的光。可電離氣體密封裝置可以具有小於1cm、小於1mm、小於1微米、小於100nm、小於50nm或小於20nm的外部尺寸。可電離氣體密封裝置可以是包含有網絡形成物質(鋁、鉛、磷酸鹽)和修改物質(鈉、鋰、鈣)的矽酸鹽玻璃。

可電離氣體密封裝置可以是對於微波或rf輻射可透過的多孔結構。多孔結構可以是矽酸鹽玻璃、鹼性玻璃、鈉玻璃和磷酸鹽玻璃中的至少一種玻璃。磷酸鹽玻璃可以是離子交換玻璃結構。多孔結構可以具有將可電離氣體密封在內部的外部水玻璃。

可電離氣體密封裝置可以是矽膠、沉積矽酸鹽、空心微珠、導電球或空心球中的至少一種。可以用氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、有機氣體和氫氮混合物以及其混合物中的至少一種來完全或部分填充可電離氣體密封裝置。在一種實施方式中，可電離氣體密封裝置內部可以包括其他低電離材料，如鉀和氧化鍶鋇。可電離氣體密封裝置可以包括促進電子的到自由空間區域中的發射的微波或rf耦合器。微波或rf耦合器可以是碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、石墨烯和由鋁或銅製成的金屬材料或納米材料中的至少一種。

接收器可以包括分隔的結構，該分隔的結構包括至少兩種反應成分和將上述至少兩種反應成分分離開的分隔物，從而一旦出現處於第一波長λ1的微波輻射，則兩種反應成分的混合產生用於發射第二波長λ2的化學發光或生物發光反應中的至少一種反應。反應成分可以包括生物發光試劑或化學發光試劑。

分隔物可以是可微波活化的材料，其一旦活化則打開分隔物以混合上述至少兩種反應成分。分隔物可以是一旦出現微波暴露則加熱的微波敏感材料、一旦出現rf暴露則加熱的rf敏感材料、或一旦暴露於磁感應場則感應地移動的磁場敏感材料中的至少一種材料。分隔物可以是具有小於30℃的熔點的材料。分隔的結構可以是生物可溶性材料。分隔物可以是具有大於30℃的熔點的材料。

接收器可以是包括有殼和至少一個內部空間的結構。該結構可以是如空心微珠和導電球。內部空間可以用氬氣、氖氣、氙氣、氦氣、氨氣或有機分子中的至少一種來填充。

用於發光的系統包括微波或rf施加器，其將第一波長λ1的輻射引導到包括有微波接收器的目標中。微波或rf施加器可以是波導施加器、微波或rf天線或微波波束源中的一種。微波波束源可以是聚集波束源，其將第一波長λ1的輻射集中到駐留有微波接收器的目標區域中。第一波長λ1輻射可以在1khz到100ghz的範圍內。

接收器可以被配置為針對從nir到uv的範圍內的第二波長λ2的輻射發光。接收器可以被配置為活化補骨脂素的第二波長λ2的輻射發光。接收器可以被配置為針對光活化樹脂材料的第二波長λ2的輻射發光。接收器可以配置成針對能夠對微波接收器附近的介質進行殺菌的第二波長λ2的輻射發光。接收器可以配置成針對光活化將構件連接在一起的可光活化粘結劑的第二波長λ2的輻射發光，上述構件如是半導體器件、印刷電路板或半導體晶片中的至少一種。接收器可以配置成針對光活化可光接枝材料的第二波長λ2的輻射發光。接收器可以是形成用於處理接收器周圍的流體的流化床的多個接收器。

從不同的觀點來看，可以認為接收器是用於在同質或非同質介質中或同質或非同質附近放置的結構，上述介質對電磁場能量的接收導致發光的產生。以上描述的接收器使用用於輔助如活體等介質內的能量轉換的材料和/或材料的組合，上述能量轉換是從一個波長窗口和/或電場幅度和/或電流通量密度到另一個波長窗口。

在一種實施方式中，如在可極化的生物媒質(如，人體內的基本區域)中傳播的通量密度(電或磁或兩者)在接收器材料和/或材料的組合中促使入射能量變成從接收器輻射的發射能量。該轉換可以用接收器的材料或材料的組合與接收器周圍的特殊地在100mhz的低頻和以下的低頻處的感應電流反應來更加恰當地表徵。在該低頻率區處，可以發生離子電流，並且這些離子電流又可以觸發生物調節的響應。

從另一個觀點來看，可以認為接收器是用於在同質或非同質介質中放置的結構，上述介質對電磁場能量的接收導致接收器響應。接收器響應可以是如上所述的包含在接收器內的等離子體的引發、生物發光或化學發光反應的引發、接收器的構件的熔化或溶解等。接收器響應可以是對包括在接收器中的微電子器件的觸發。在這種情況下，發射光可以或可以不從接收器輸出。

微波或rf施加器配置：

出於說明和簡化基本概念的討論的目的，在以下描述中認為入射波的傳播沿著笛卡爾坐標參考系的z軸進行。麥克斯韋公式的一個推論是電磁波的自傳播屬性。時變磁場產生時變電場，時變電場又產生時變磁場。在笛卡爾參考系(x,y,z)中，在假設傳播沿著z軸進行的情況下，e和h兩者都以波的相速度沿著z軸正弦地傳播。

本發明中待處理的媒質可以包括許多區域，橫穿上述區域的入射微波能量直接到達期望的目標位置(如，腫瘤位置)。入射波在每個接口經歷各種吸收和反射，並且設想許多的微波傳遞方法。

圖36是直接照射生物媒質的示意圖。如圖36所示，入射微波在到達目標介質(即，區域4)之前一定會穿過如血管和骨頭等不同的生物媒質(即，區域1、2和3)。該方法可以用來如將微波能量傳遞至腫瘤位置，但是對於微波能量到其他目標區域的傳遞可能不一定適合。在本發明的該直接照射方法中，微波天線可以引導微波能量，並且可以使用高強度的微波功率給區域4處的腫瘤位置內的ucc供電。

圖37是生物媒質中的同軸照射的示意圖。由於至腫瘤位置附近的同軸插入，本發明的本實施方式可以產生組織破壞。但是，在傳遞微波能量至區域4時，本實施方式避免了非必需地將區域1、2和3暴露於微波照射。

圖38是生物媒質中的rf雜散場的影響的示意圖，由於雜散場探針的插入，上述rf雜散場導致了組織破壞。雜散場施加器可以用固態放大器供電，並且與微波施加器(從1mhz到400mhz)相比，可以在很低的頻率處操作。

通過引用將美國專利no.5,187,409的全部內容合併到本申請中。he11是針對具有目標平面中的電場和磁場的特殊方向的微波能量的傳播的準光學模式。通過拋物面鏡來將波導的發散輸出會聚至接近一個波長的最小的光束腰尺寸，其在28ghz處接近於10mm。高度會聚的光束可以從28ghz的迴旋管輸出獲得。該源的峰值功率是40w/mm2並且被示出用於電離空氣。這樣的功率對生物組織會是有害的，但是對於如上面記錄的樹脂固化應用等其他媒質的照射會是可接受的。當然，較低功率可以用於照射生物組織。

在本發明的一種實施方式中，微波能量可以如同會聚的光波一樣傳播。因此，相比在圖36中所圖示的用於獲取區域4中的相同的微波能量的配置的情況下所發生的，區域1、2和3中的生物組織接受較低水平的微波輻射暴露。其他準光學模式輸出是可能的，包括te02和te01；但是，這些模式不具有相同的能量分布並且不能這樣容易地使用鏡子來會聚。以下專利的全部內容通過引用合併到本申請中：美國專利no.3,010,088和3,188,588，其提供了對這些模式的描述。

氣體反應上變頻器結構

下面實施方式中的上變頻器結構不依賴於等離子形成來產生光發射。相反，在這些實施方式中，所應用的微波、rf、磁感應或超聲能量源與ucc結構反應來間接促進化學發光或生物發光反應。圖39是通過氣體反應、介電透鏡效應、多層組分和有機生物發光的其他寬帶上變頻方法及材料的示意性概況。圖40圖示了具有由界面材料156分離開的兩個隔間152和154的ucc結構150。本發明的一種實施方式中的每個ucc結構隔間包含反應成分。一旦界面材料156受到損害，這兩種成分在本發明的一種實施方式中經歷放熱反應並且在反應時間期間發光以如對治療劑進行生物調節但是對於過分地加熱周圍組織是不夠長的。在有催化劑的情況下，還可以使用通過氧化鏈式反應而受激的分子。在其他應用中，來自ucc結構150的發射光活化ucc結構的介質周圍的可光活化試劑。界面材料156可以是可以在溶解之前提供固有時延的水玻璃(2na2o.sio2)。

水玻璃組分的示例可以如下：na2o(17％到18％)、sio2(36％到38％)和二氧化鐵(0.05％)。圖41是圖示了普通的水玻璃組分的示意圖。

本發明一種實施方式中的界面材料156可以是磁性材料，使得磁感應使界面材料破裂。這樣的磁性片或膜組分可以由聚合物膜上的具有低熔點fe-si-al薄片製成並且可以設計成具有極佳的磁導率和磁吸收。

但是，可以使用其他磁性膜材料，如bafe10.5mn1.5o19薄膜。這些膜可以通過bafe2o4、fe2o3、mnfe2o4目標的交替目標雷射燒蝕沉積(atlad)來沉積。在以下文獻中很好地對該技術進行了記載：antonl.geiler等人所作的ieeetransactionsonmagnetics,vol44,no11,november2008p-2966–2969，其全部內容通過引用合併到本申請中。以下專利的全部內容通過引用合併到本申請中：美國專利no.5,483,037。

以類似的方式，可以製作三組分的囊結構以用於更多種反應氣體的反應(或鏈式反應)。圖42是本發明的具有多個隔間162、164和166的另一種ucc結構160的示意圖。

圖41和圖42中示出的ucc結構可以使用平板印刷圖案化和上面描述的處理來製作。出於說明的目的，可以將圖41和圖42中示出的結構看作是開始晶片34中的圖案化的腔的俯視圖，其中，使用如上所述溼法或幹法蝕刻(結合適當的掩蔽)來形成這些結構。可以使用沉積和圖案化來在分離腔之間沉積界面材料。

例如，由裝載有石墨粉的聚合物製成的界面材料可以特別易於吸收微波或rf能量以及熱量。例如，由裝載有磁性粉末的聚合體製成的界面材料一旦暴露於感應場則會特別易於破裂。例如，由與二氧化矽壁不同的粘彈性屬性的聚合物製成的界面材料一旦暴露於超聲波則會特別易於破裂。

可以選擇性地掩蔽這些腔，並且使用它們各自的反應成分來填充這些腔。

介電透鏡效應：以光速傳播的可見光在進入玻璃時會變慢。玻璃中的光速是減小的但沒有能量轉移。這是因為傳播波在玻璃中的波長要小於其在自由空間中的波長。折射率是自由空間中的光速與玻璃內的光速的比率(n>1)。在可見區中，金屬的折射率接近於無窮。圖43是不同媒質中的光波傳播的示意圖。

在可見區中，考慮折射率。折射率(在可見區)和介電常數(微波區)之間具有等效性。在自由空間中傳播的電磁波具有特徵化的波長λ0。如果該波長進入到具有高電容率和低損耗的介電材料中，則波的振幅保持不變，但是波長減小為λd。換言之，如果存在能量轉移，也是非常小的，但是波在自由空間與介電材料之間收縮(λd<λ0)。

圖44是不同媒質中的ф波傳播的示意圖。在微波區，考慮介電常數。充分地小的厚度的金屬膜不反射微波而是吸收或傳遞能量。類似於光，金屬具有無窮大的介電常數，從而，在被反射、吸收或傳遞之前，入射微波頻率的波長極大地收縮。但是，如果適當的介電材料(具有適合的介電常數和低的損耗因子)的頂部覆有金屬膜(指定厚度)，則可以發生等離子效應。

如果石英球覆有金屬，則等離子效應(上面討論的)產生從球中輸出的較短波長。如果在相同介電質的頂部覆有金屬但是為平面配置，則發生相同的現象並且產生平面等離子。

金屬和介電材料的厚度影響輸出波長。出於這些理由，設計在石英或本徵矽頂部的薄金屬的分層結構可以產生明顯的介電透鏡效應並明顯地收縮入射波。但是，穿過層的傳遞伴隨有一定的能量損失。

介電透鏡效應可以通過將微波能量引導至所選擇的目標對象的區域來產生會聚並且幫助刺激上變頻。儘管頻率增加，但振幅減小，如果能夠承受該轉換期間的一些能量損失，則利用介電透鏡效應將微波能量傳遞至會聚區的上變頻方法適用於本發明的各種實施方式。

圖45是多層介電透鏡的示意圖。圖46是通過多層介電透鏡傳播的ф波的示意圖。該示意性表示示出：對於每對金屬與介電層，入射波的波長減小了(但是以多個波被散射)。因此，本發明的一種實施方式中的介電透鏡結構可以利用與如上所述的半導體光刻和顯影、cvd、ald以及金屬化中的處理類似的處理來構造為多層結構。可以使用介電透鏡效應來會聚rf和mw能量並減小入射波長，這會有助於與身體中某些器官的耦合效率。

用於生物發光的有機分子：在生物發光或化學發光中，用於驅動發射發光的能量由化學反應提供而不是來自光源。基本的反應遵循以下參考圖47至圖48示出的順序。圖47是螢光素和螢光素酶的示意圖：

·螢光素酶催化螢光素的氧化；

·產生光和無活性的「氧化螢光素」；

·為了產生更多的螢光素，必須給系統提供能量，在此示為「atp」。

有時，螢光素和螢光素酶(以及輔助因素，如氧)被結合在稱為「發光蛋白」的單一單元中。如果將鈣添加到其中，則可以觸發該分子產生光。圖48是本發明的用於生物發光的封裝結構200的示意圖。如前面所述，界面材料202將隔間204與隔間206分離開。可以將生物發光覆層208、210施加到封裝結構200。覆層可以從納米粒子獲得氧和鈣。在這些情況下，富有鈣的玻璃組分或具有添加鈣的表面處理的玻璃組分會是期望的。可以使用用於通過如上的微波「活化」來刺激或進入觸發過程的技術。

微波產生和用於將微波輻射和/或磁通量傳遞給目標媒質的施加器

一般地，微波裝置具有三個主要部件：微波發生器、波導和施加器。微波可以通過若干種方法產生。可以使用傳輸線或波導來進行微波信號的傳輸。具有多種類型的微波施加器，每個通常都被設計用於具體用途。

如今可以獲得可靠的微波源(發生器)，包括磁控管、速調管、迴旋管、行波管(twt)、返波振蕩器(bwo)、交叉場放大器(cfa)、固態高功率放大器和微波激射器。由於磁控管作為家用電器的激增，其被廣泛地使用。

磁控管：磁控管是磁場垂直於存在於陽極與陰極之間的電場的二極體。磁場由永磁體或由電磁體產生。電子從經加熱的陰極發射並以與存在的電勢差成比例的速度朝著陽極行進。陽極一般處於地電勢而陰極處於高負電勢。

由於所施加的磁場，電子不以直線路逕行進。以給定速度行進通過磁場線的帶電粒子經受稱為洛倫茲力的直角力。該力的強度與帶電粒子的速度和存在的磁場強度成正比。它的方向垂直於由引起帶電粒子的位移的磁場和電場形成的平面。如果施加在磁控管中的磁場足夠強(磁場的截止值)，則電子完全錯過陽極並且磁控管中沒有電流循環。

如果磁場強度被調節至截止值並且電子不能到達陽極，則磁控管可以藉助於由移動的電子靜電地引起的電流來產生振蕩。振蕩頻率與電子完成從陰極到板再回來的行程所花費的時間有關。以恆定速度旋轉的電子釋放微波頻率和射頻範圍內的能量。藉助於其中一個共振腔的探針來將微波能量耦合到輸出耦合天線中，微波能量通過天線發射到波導中。

具有兩種類型的磁控管：傳統的和同軸的。而基於能量是如何傳遞到rf場的，又可以將傳統的磁控管再分成三種類型(回旋加速頻率式、負阻式和多腔式)。

對於回旋加速頻率式磁控管，二極體包括陽極圓筒內的陰極圓筒。它布置在磁體的兩極之間，使得磁力線垂直於建立在陽極與陰極之間的電場。回旋加速頻率式磁控管藉助於rf振蕩的周期與電子的旋轉運動之間的共振來操作。

負阻磁控管也被稱為分瓣陽極磁控管，因為陽極被分為兩半。分裂平面與陽極的軸線平行。這種類型的磁控管基於陽極段之間的靜態負阻特性的原理來操作。它能夠具有很大的輸出並且能夠以很高的頻率操作。

多腔磁控管包括包含有大量的等間隔腔共振器的圓柱形陽極結構。在電子受所有腔的影響的情況下，在這樣的管的陰極與陽極之間行進的電子經受在陽極周圍的螺旋運動產生的加速力和減速力。該磁控管的功能依賴於與在陰極與陽極之間的rf相互作用場的行波成分的速度同步的電子的平均速度。多腔磁控管是最常用在微波爐和微波處理系統中的微波管。

同軸磁控管實際上是傳統磁控管結構(陰極由陽極圍繞)的擴展，其增加了第三元件、圍繞形成內壁的陽極的同軸腔。與傳統磁控管相比，同軸磁控管提升了性能。優點包括：操作模式控制、較低的場、減小了的發弧、非常高的品質因子q和易於調節。該管的缺點是它的尺寸和重量。

速調管：速調管是基於電子束的速度調節的管。速調管可以產生、接受和放大射頻和/或微波信號。速調管的兩種基本類型是多腔式和反射式。

速調管在微波範圍內執行與普通真空管在rf範圍處所執行的功能相同的功能。它利用了電子的傳輸時間。電子由陰極發射並藉助於電勢差被拉向板。電子通過磁性裝置或靜電裝置來會聚。一系列的共振腔彼此對準並由柵格接合以及被漂移管彼此分離開。電子被拉向rf或mw信號注入其中的第一共振腔。電子耦合至信號並且被在一個半循環內被加速然後在另一個半循環內被減速，從而實現了速度調節。在第一漂移管中形成經加速和減速的電子束。第二共振腔變成了rf或mw信號的主體並且在第二漂移管的入口中形成了電場，其導致了對電子束的第二調節。rf或mw能量在最後一個腔處提取。

行波管(twt)：行波管執行與它的前身執行的功能相同的功能，但是，它具有極寬的帶寬。該寬帶放大器能夠掃描最高達帶寬的倍頻的頻率範圍。一個倍頻的帶寬是上頻率是下頻率的兩倍的帶寬。

twt的主要部件包括：電子槍組件、rf互作用電路、會聚磁體和收集器。如果陰極被加熱，則它發射被拉向陽極並且被磁場會聚成很窄的電子束的持續的電子流。

同時，電子被饋送到緊緊纏繞的螺線管中。rf信號被注入到系統內。rf能量沿著管的長度前進的速度主要由螺旋節距來決定。使得rf能量的速度與電子的速度同步，導致了電子束與rf信號之間的相互作用。在交變電場的影響下一些電子被加速，而另一些電子被減速。當這些速度調節的電子前進通過螺線管時，它們形成電子束，導致了rf(mw)信號的放大。使用高功率行波管(最高達2.25kw)的某些材料處理系統如今可以廣泛地獲得。在所有的微波管中，只有行波管(twt)提供很寬的帶寬操作。

返波振蕩器和交叉場放大器：產生微波能量的最後兩種方法是通過返波振蕩器(bwo)和交叉場放大器(cfa)。bwo用作頻譜分析儀的內部混合電路的本地振蕩器。在許多應用中，使用固態源取代bwo。cfa非常小、輕並且操作在低電壓處。cfa能夠產生很高的峰值功率。

maser(受激輻射式微波放大器)：當發明出maser時(20世紀50年代)，它們提供了全新的和革命性的用於產生微波的方法。maser的操作的原理基於對分子或原子的介質中的電磁輻射的受激發射的使用，相比較處於低能態的粒子(即，具有反轉的粒子數)，上述分子或原子更多地具有處於高能(受激的)態的粒子。

如果系統的粒子與等於它們的基態能量狀態與受激能量狀態之間的差的頻率的輻射相互作用，則由於輻射(能量)吸收，上述粒子被迫進入高能態。如果已處於高能態的粒子與輻射相互作用，則它們通過發射與入射輻射的頻率相同的頻率的輻射(受激輻射)降至低能態。

但是，在粒子數反轉的情況下，出現了大於所吸收的輻射的發射的輻射的淨超量，出現了放大過程。以這種方式發射的輻射是單頻的(因為明確限定了的粒子躍遷)和相干的(因為它被驅動場強迫)。粒子與輻射之間的有效耦合通過使用適合的共振微波腔來實現。

分子旋振狀態(如，受激氨氣分子的那些狀態)或固體材料中的順磁水平(如，順磁離子的塞曼水平)提供了完成針對maser應用的粒子數反轉的方法。從而，maser的頻率取決於分子的性質(受激能級的數目和它們之間的距離)。

迴旋管&固態放大器：迴旋管&固態放大器也是公知的可以用於本發明的微波源。

波導：傳輸線可以定義為以最小的損失將能量從一個位置傳遞到另一個位置的設備。本質上，由於所有的傳輸線都被設計成沿著特定方向引導能量波，所以其都是波導。

雙明線、同軸線、矩形波導和圓形波導都用在工業中以滿足具體需求。雙線傳輸線包括彼此絕緣的兩個平行導體。雙明線具有三種類型的損耗：a)輻射損耗、b)介電損耗和c)銅損耗。

在較低的頻率處和較短的傳輸距離上，雙明線找到了世界範圍的應用，即，用來將天線連接至tv接收器的電視(tv)雙引線。同軸線由通過絕緣材料分離開的兩個同軸導體組成。

同軸線是剛性或柔性的。剛性同軸線中的介電質通常是空氣。柔性同軸線中的介電質通常是聚乙烯。同軸線使得能夠進行低損耗的傳輸。低頻同軸線中有很小的介電損耗，但是隨著頻率增加有很大的介電損耗和銅損耗。但是，同軸線提供了緊湊的形狀因素，所以可以用於插入到生物器官中。

波導是屏蔽的，能夠進行低損耗的微波傳輸；以及相比雙線或同軸線而言，可以提供若干優點。波導不需要中心導體並且它的介電質通常是空氣。波導是中空金屬管並且可以以不同的幾何構造來使用。波導構造包括矩形、圓形和橢圓形。

電磁能量作為電磁波不是沿著矩形波導直線移動的，而是通過從很窄尺寸的內表面的一系列反射沿著波導行進。

矩形波導內有兩種基本的傳輸模式：1)橫電(te)模式和2)橫磁(tm)模式。te模式的傳播對應於其中電場橫向於傳播方向(z軸)的模式。沿著波導的電場線平行於包含有x和y軸的平面。換言之，在te模式(也稱為h模式)中，ez＝0。在tm模式(也稱為e模式)中，磁場橫向於傳播方向。沿著波導的長度的磁場迴路總是與由x和y軸形成的平面平行(bz＝0)。

微波施加器：施加器是通過其將電磁能量傳遞到目標的設備。必須最優化它的設計以確保到目標的mw能量的高效轉換。

鋁、銅和不鏽鋼廣泛地用於市面有售的施加器的製造中。必須仔細地設計目標區的照射以激發和維持感興趣的電場圖案。施加器非常依賴於應用以及期望的照射是如何定義的。

多模施加器找到了涵蓋微波電源的幾乎每個應用的世界範圍的應用。單模施加器或共振腔被設計成維持明確限定了的場圖案。單模腔中的金屬外殼內的明確限定了電場圖案的建立使得能夠對具有很小尺寸的樣本進行均勻加熱。

共振頻率處的共振電路的施加器的品質因子q定義如下：

q＝2π(每循環所存儲的能量/消散的能量)

磁通量施加器：

本發明的一個簡單的磁通量施加器是多匝螺線管線圈。圖49a是示出了磁場沿著縱軸的投影的多匝螺線管線圈220的示意圖。圖49b是示出了磁場沿著縱軸的投影的另一種多匝螺線管線圈220的示意圖。待處理的目標會沿著縱向軸線放置。圖50是示出了磁場沿著徑向方向的投影的鳥籠式線圈230的示意圖。待處理的目標會沿著徑向方向放置。具有許多用於磁共振的rf線圈，其可以具有針對本發明的用於將磁通量傳遞至目標的應用。取決於應用，每種線圈配置具有優點和缺點。這些線圈包括但不限於：alderman-grant線圈、鳥籠式線圈、蝴蝶式線圈、穹頂共振腔式線圈、傾斜計式線圈、可植入線圈、內外線圈(schlumberger線圈)、血管內的線圈、梯狀線圈、環隙共振腔、環形棒狀線圈、曲折線狀線圈、傳輸線(tem)(縫管)式線圈、截短的螺旋狀線圈、超導線圈、滑鼠線圈、多匝螺線管式線圈、ribbonator線圈、相控陣體積式線圈、鞍形線圈、滾動線圈、單匝螺線管線圈、表面線圈和螺旋線圈。

鳥籠式線圈構造在實際中通常用於頭部和腦部的mri成像。同時，單匝螺線管被用於肢體暴露，如胸部和腕部，單匝螺線管是具有沿著管的長度方向分布的電容隙的管狀電感器。相控陣線圈使得能夠使用更易控制的用於耦合的方法將能量耦合到媒質中的各種物質。

假定在醫學領域中的現有的工業基礎，如上面所記載的，mri機器是特別有吸引力的。傳統的mri不使用電離輻射來產生圖像。但是，傳統的mri的確使用很強的磁場、射頻能量、時變磁場、磁場梯度、用於冷卻磁體(以產生非常強的磁場)的低溫液體。

安裝的mri設備中心估計超過10,000個單位。全世界每年mri掃描的數量超過75,000,000次mri掃描。mri的原設備製造商(oem)的其他大型跨國公司包括：通用電氣醫療系統(generalelectricmedicalsystems)、西門子醫療解決方案(siemensmedicalsolutions)、東芝醫療系統(toshibamedicalsystems)、飛利浦醫療系統(philipsmedicalsystems)、日立醫療系統(hitachimedicalsystems)和佛納(fonar)。

如果氣體被電離(或形成為等離子體)並且電子擺脫了各自原子核的束縛能量，則電子可以沿著取決於密封裝置室內的壓力和氣體性質的平均自由路逕行進。此外，在存在磁場的情況下(如，從mri機器施加)，電子可以進入進動運動或ecr，如早前所討論的。ecr頻率取決於它們的質量並且直接取決於磁場的大小。

圖51a是適合於本發明並且代表典型的商業mri系統的mri設備的示意圖。在本發明的一種實施方式中，目標介質或患者300放置在精密工作檯302上(其具有如1mm的精確度)。具有目標或患者的工作檯302被引入到包括有具有沿著磁性圓柱體的軸線的均勻磁場的磁體304的很大的圓柱形結構中。超導線圈通常用在mri機器中以產生從1特斯拉到11特斯拉的很強的磁場。在本發明的一種實施方式中，來自mri的所施加的磁場結合微波場或射頻場施加以誘導本發明的上變頻氣體容器中的等離子體。圖51b是提供了圖51a所示的mri設備的更多操作細節的示意圖。

可以通過計算機306來控制操作。可以調節包括有射頻源308和脈衝編程器310的rf部件。rf放大器312可以將脈衝功率從mw範圍增加到kw範圍，kw是mri成像中典型的rf功率，其中，可以使用具有90°方向和180°方向的與均勻的軸向的磁場面對面的射頻脈衝(在mhz範圍內)來在本發明的包含氣體的ucc結構中產生等離子體。在使用商業mri成像時，就三個梯度場中的每個梯度場的形狀和振幅而言，本發明的一種實施方式中的磁場(或其梯度)可以是用計算機控制的。

在本發明的一種實施方式中，有利的是包括具有如下特性的氣體：順磁性、不成對的電子、不對稱電荷分布、非常明確的電偶極子、低電離勢以及在uv範圍發光的能力。在本發明的一種實施方式中，氣體容器中可以包含有氣體同位素。如，xe129被證實作為用於mri的成像氣體是非常成功的。從而，在本實施方式中，在微波或rf活化以前，可以使用傳統的mri來成像目標器官中的ucc結構的位置。

可以使用具有除了xe129之外的其他材料的mri技術來確保成功地完成生物治療劑的傳遞。如，可以在本發明的一種實施方式中使用磁性材料或具有磁性屬性的離子物質，作為ucc材料組分的矽酸鹽結構的一部分以充當用於成像的示蹤劑。如果使用用於mri成像的磁性「摻雜劑」，則小心確保磁性示蹤劑具有合適的濃度以避免造成又可能導致加熱的磁感應效應。相比較矽酸鹽網絡的形成物而言，ppm水平的fe3+的濃度對於成像應該是足夠的，但又不至於太集中以引起加熱和磁感應。

在執行使用mri的成像步驟後，可以執行使用微波或rf的活化過程以完成上變頻；但是，ucc可以同時包含上變頻媒質(如，易於電離而導致等離子體產生從而導致uv發光的氣體)和下變頻媒質(如，經摻雜的y2o3)。圖52示出了包括有用於容納上變頻氣體(未示出)和下變頻媒質404的囊型區域402的ucc結構400。在本實施方式中，可以使用x射線處理來引起期望的下變頻以產生適當範圍內的適於光活化所選化療劑410的uv發光，如圖53所示。更一般地，圖53是包括有用於容納上變頻氣體和下變頻媒質的囊型區域的ucc結構的示意圖，上述下變頻媒質附接有可活化試劑。

磁場感應：

圖54-1a至圖54-11是圖示了根據本發明的一種實施方式的用於沉積磁性膜結構的一組示意圖。該過程與上面關於圖13至圖22討論的許多技術是類似的，並且使用了這些技術。

在圖54-1a中，提供了具有釋放層32』和布置在其上的開始晶片34』的載體晶片30』。沉積掩膜35』，之後，掩膜35』具有限定在其上以暴露開始晶片34』的開口。使用溼法蝕刻來產生底切部分36』。在圖54b中，使用等離子體蝕刻來產生底切部分38』。溼法蝕刻與等離子體蝕刻之間的不同在前面已經討論過。等離子體蝕刻是各向異性的，所以與使用溼法蝕刻時通常可能的情況相比較而言，等離子體蝕刻導致了具有更多的矩形邊緣的溝槽限定。沉積掩膜34』，以後，掩膜34』具有限定在其上以暴露開始晶片32』的開口。如圖54-1a中所示，幹法蝕刻通常用於產生類溝槽部分36』。

在圖54-2a中，使用如分子束外延(mbe)或通過交替目標雷射剝蝕沉積(atlad)來沉積如bafe10.5mn1.5o19膜，以發生磁性膜500的沉積。bafe10.5mn1.5o19膜具有適合地高的磁敏感性，從而可以高效地耦合至如下所述的電磁頻率。其他磁性材料(如下所討論的)也可以用在本發明的各種實施方式中。在其他地方也描述了交替目標雷射剝蝕沉積，以下描述交替目標雷射剝蝕沉積的專利文件的全部內容通過引用合併到本申請中：美國專利no.5,173,441和美國專利申請公開no.2004/0033702。

其他磁性膜和磁性材料也可以用在本發明的各種實施方式中。這樣的材料的示例包括但不限於：fe-si-al材料(以薄片或其他形式)；znco替代的w型鋇鐵氧體材料；fe2o3材料(包括油酸疏水性磁性fe2o3的粒子和納米粒子)；鈷鐵氧體材料(包括鈷鐵氧體cofe2o4的粒子和納米粒子)；包括有fe/cr的多層膜的fe/cr材料；包括有fe-ag膜的fe-ag材料；具有巨大的磁敏電阻(gmr效應)的fe-ag材料；fexag1-x合金(x在0到0.045之間)材料(如，使用電子束共蒸發技術來製造)；[ca(coti)xfe12-2xo19]96.0[la2o3]4.0鐵酸鹽的鐵酸鹽系列，x的取值從0到1.0；以及fe3+材料(包括粒子和納米粒子)，例如，通過如在美國專利no.6,444,453中所描述的發酵過程來產生，該專利的全部內容通過引用合併到本申請中。

在美國專利申請公開no.2002/0110698和美國專利no.7,393,416中描述了電子束共蒸發技術。兩者的全部內容通過引用合併到本申請中。

然後，在圖54-2a和圖54-2b中描述的經磁性地塗覆的晶片被蝕刻以通過導致剝落掩膜層35』的溶劑的使用來去除掉掩膜層。磁性膜500被沉積在溝槽36』內，溝槽38』被留下。隨後，利用與圖15所述的那些方法類似的方法來使用晶片40』對晶片進行清潔和覆蓋。

圖54-3a和圖54-3b是示出了如何在去除掉圖案化抗蝕劑後，可以使用板40』(如，平坦的石英晶片)覆蓋開始晶片以形成氣體容器。圖54-3a和圖54-3b中的晶片可以移除和翻轉並轉移到另一載體晶片31』。這通過在轉移到具有如圖54-4a和圖54-4b所示的釋放層33』的另一載體晶片31』上之後，將晶片30』從圖54-3a和圖54-3b所示的釋放層移除來完成。

圖54-5a是示出了本發明的另一種實施方式的示意圖，其圖示了去除掉抗蝕劑後，連接兩個鏡像晶片42』、44』(使用溼法蝕刻)以形成具有在中間的得到的磁性膜500的氣體容器。在移除釋放層之前可以獲得更遠的容器。圖54-4b是另一個示意圖，示出了在去除掉抗蝕劑後，可以連接兩個鏡像晶片46』、48』(使用幹法蝕刻)來形成至少一個氣體容器。

圖54-6a是如下過程示意圖，其示出了：移除釋放層32』，接著在步驟54-6-a處進行圖案化，掩模，和在圖54-6b處進行圖案化，然後在步驟62-6-c處進行蝕刻以釋放ucc結構和將ucc結構彼此分離。在本實施方式中，使用幹法蝕刻來獲得氣體容器。

圖54-7是示出了本發明的使用如上討論的大規模可重複且可再現的過程製成的兩個氣體容器50』、52』的過程示意圖。氣體容器50』和52』包含將氣體容器內的兩個室分離開的磁性膜500。

圖54-8是示出了在密封前使用適當的氣體填充氣體容器56』、60』的過程示意圖。在圖54-8中，氣體容器56』、60』中的每個容器具有包含在密封結構內的磁性膜。圖54-9示出了用於對邊緣進行倒圓的氣體填充的上變頻器的處理(如，使用hf處理)。

圖54-10描述了通過其將磁性膜500」沉積在ucc結構的內壁上的過程。在本示例中，該製造過程使用兩個具有如圖54-10-b所示的磁性膜的鏡像塗覆晶片34」。在本示例中，在ucc結構的內壁周圍設置連續的覆層。圖54-10-c的該ucc結構56」可以使用hf來處理以產生具有如圖54-10-d所示的更加圓的外壁62」。

在圖54-11a至圖54-11-g中提供了具有單一磁性膜的ucc結構的構造步驟。在本示例中，對晶片34」』所進行的溼法蝕刻過程一直繼續到蝕刻前線到達晶片34」』的外壁。隨後，進行磁性膜沉積(與在先前圖中描述的沉積技術類似)以布置磁性膜。具有磁性膜的晶片34」』在存在預選擇的氣體的情況下被密封。密封過程通常包括對向著晶片40」』按壓晶片34」。然後，將圖54-11-c中示出的形成組分從釋放層32」』釋放，並對著沒有磁性覆層的(見圖54-11-d)的鏡像晶片34」』將其密封。經密封的晶片從釋放層32」』分離。圖54-11-e中所示出的晶片被蝕刻以產生圖54-11-f中的ucc結構。可以對ucc結構52」』進行hf處理以產生圖54-11-g中的所得到的ucc結構62」』。

類似於先前的描述，ucc52」、52」』、62」和62」』是與前面描述的用於可以產生等離子體激元活性的單和雙au殼的au塗覆技術兼容的。此外，ucc52」、52」』、62」和62」』可以具有使用與前述技術類似的技術附接到它們的cnt。

在圖54的一組示意圖(如上所述)中所示出的實施方式中所圖示的磁性膜在雙氣體容器結構內形成了雙或單膜。在本發明的其他實施方式中，ucc結構僅需要一個磁性層和一個氣體容器。在任一種情況下，一旦加熱，則磁性膜會受到大於它們的斷裂模數的壓力以打破ucc內兩個室之間的阻擋。一旦阻擋被打破，則分離開的化學物質現在會起化學反應。例如，使得生物發光材料以在打破磁性阻擋時進行反應和發光。

在其他情況下，強磁化率(或吸收)的磁性阻擋可以輔助氣體的等離子激發。對於雙氣體容器結構的情況，斷裂會導致形成在氣體容器內的兩個室的合併。一旦斷裂，磁性膜會釋放如磁性薄片和/或磁性粒子。預期這些磁性薄片和/或粒子通過能量的偶極耦合進一步參加磁性感應旋轉或rf/mw和磁感應。任一種機制都會導致進一步的加熱，進一步的加熱引起與適當的氣體化學物質的更多的摩擦，從而，最終導致等離子激發。

與前面描述的情況類似，如ne、xe、he、hg、h2、n2、ar、kr等氣體可以用作填充氣體。氣體混合物ne+he,、ne+he+5％xe、ne+5-10％xe也可以用作填充氣體。百分比xe附加物是用原子百分比表示的。hg+ar在360nm處發光；還有ne+1％ar在365nm處發光。此外，可以使用其他氣體組合，包括具有不同雜質的碘蒸氣。在氣體填充後，可以使用hf溶液來處理氣體容器以處理它們的邊緣來產生ucc結構62』、64』。

圖55是側視示意圖，示出了可以控制本發明的一種實施方式的具有包含在其中的磁性層500的上變頻結構的形狀，並且還示出了可以以可再現的方式來製造伸長形狀和橢圓形狀。圖56是側視示意圖，示出了磁性地裝載的容器可以覆有用於單覆層或雙覆層502的au，單覆層或雙覆層兩者都可以導致等離子共振效應。與前面提供的描述和示例類似，氣體容器的外表面(其在本實施方式中可以包括具有磁屬性的膜或粒子)可以覆有用於等離子體激元活性的au和ag金屬覆層。從而，在本實施方式中，有可能通過與前述過程類似或相同的過程，來同樣實現用於等離子共振的單金屬覆層或雙金屬覆層。

與前述描述和過程類似，上變頻器結構(在本實施方式中，上變頻器包括具有磁屬性的膜或粒子)可以構建成包括可以朝外殼內部突出的碳納米管(cnt)。出於有利於rf/mw耦合和等離子激發或引發的目的，可以添加這些cnt。圖57是示出了具有包含在其中的磁性層500的上變頻器的形狀的頂視示意圖。可以控制這些形狀。在各種實施方式中，可以使用上述平板印刷技術以可再現的方式來製造伸長形和球形上變頻器結構。針對圖57所示的兩種形狀，示出了cnt的附接。

磁性膜500響應於如使用螺線管內部流動的交變電流產生的交變磁場的電磁波中的振蕩磁場。磁場材料與交變b場的電磁波的能量耦合通過膜的磁化率來表徵。影響能量耦合的幾個因子是磁導率和磁損耗。因為rf/mw輻射是具有相同頻率的電場和正交磁場的電磁波，所以幾乎所有的磁敏感材料很容易吸收rf/mw。

通常，rf施加器操作在低於110mhz的頻率處並且操作在最高達300mhz的頻率處，在該頻率點處，通常能量可以不再包含在接地電極與電熱電極之間。但是從限定而言，rf與mw之間的界限是不精確的，一般同意在上百mhz，將電磁輻射表徵為mw電磁輻射。通常，mw輻射從發生網絡傳播但不限於發生網絡。微波區的頻率在自由空間中傳播，除非mw輻射包含在外殼內。

具有各種構建本發明的rf施加器的方法。可以容易地修改rf電極的配置，並且其可以採用不同的尺寸和形狀。一般地，電極的長度不影響rf場分布的均勻性。超過一米的長度，電極兩端的電壓會下降小於3％，其可忽略。rf發生器也可以變化；但是因為固態發生器的穩定性和它們通過無線應用和蜂窩電話而使能的廣泛使用，固態發生器是成本高效的，並且常用來給rf施加器中的電源電極供電。下面描述一些感興趣的rf施加器配置。

圖58是rf板式電容器配置的示意圖。平行板電極602可以是任何尺寸，並可以用來從rf源604施加具有從很低強度到很高強度的電場。圖59是rf雜散場施加器配置的示意圖。電場在電極606與電極608之間是最強的，並且強度隨著從接地點到被供電的電極608之間距離增大而衰落。可替代地，圖60是交錯式rf雜散場施加器配置的示意性描述。電場重分布在三維上並且不再主要地局限於平面。

電容板、雜散場和交錯的雜散場配置可以用來處理(例如)接近表面並且在體內不是很深的腫瘤。如果腫瘤位置在體內很深，則能夠進行深度治療(如下面所討論的)的其他rf施加器對於氣體媒質的等離子引發和受控處理可能是更理想的。能夠進行深度處理的rf施加器還能夠處理表面。

圖61是混合rf施加器的示意性描述，其中，示出了可調節電極。與上面示出的rf配置相比，該配置允許更大的靈活性。電極608與接地電極610之間的高度可以是可調節的。可替代地，圖62是交錯式圓柱形rf施加器配置的示意性描述。電極606、608被定位成提供對可傳遞能量圖案的更多控制的圓形/圓柱形圖案。

圖63是圓柱地配置的交錯式圓柱形rf施加器的示意性描述。電極606、608被定位成提供對可傳遞能量圖案的更多控制的圓形/圓柱形圖案。取決於待處理的人體或工件的部分的尺寸，或如果工件或整個人體待處理，則該施加器的尺寸可以是可變的。

圖64是圓柱地配置的交錯圓柱形rf施加器配置的示意性描述。電極606、608被定位成提供對可傳遞能量圖案的更多控制的圓形/圓柱形圖案。三個段620、622和624對電極606、608供電。取決於待處理的人體或工件的部分的尺寸，或如果工件或整個人體待處理，則該施加器的尺寸可以是可變的。此外，在段中完成對施加器的控制，以使得rf處理可以串行進行，對每個受控段依次供電和編程以從功率和頻率方面傳遞適合的配比。

具有同相操作的段620、622和624的rf施加器可以操作在很大的頻率範圍上並且取決於待處理的位置和操作磁場的大小。可以使用不同的頻率，磁場的大小越大，通常可以使用的操作頻率越高。

三個段620、620和624還可以異相供電。圖65是能夠傳遞不同頻率的相控rf施加器的示意圖。圖65所圖示的發生器中所使用的波形可以通過集中的計算機控制器控制，以在不同電極之間注入可編程相位延遲。

在圖65中，電極可以製成獨立地操作或與彼此同步操作。對應於一個發生器的電極組可以製成同相或異相地操作。發生器自身可以根據處理配比所可能期望的來脈衝啟動或關閉。可以利用切換網絡來：在一段時間內用一組頻率激勵電極，然後切換到另一組發生器以在不同頻率區操作。第一頻率區可以是khz，第二頻率區可以是mhz。

在本發明的一種實施方式中，rf施加器可以是頻率可調節的，假如發生器能夠這麼做。否則，可以利用分開的發生器(能夠以不同的頻率傳遞功率)來給電極供電。

上面示出的rf施加器能夠根據需要以很短的脈衝來傳遞大量的功率。微波施加器和rf施加器可以被設計成結合mri機器來工作(如上所述的一種)，以運用磁場梯度和均勻的圓柱形磁場的性能。

在本發明的一種實施方式中，rf和mw施加器被配置為具有優先的電場方向，其中，電場正交於圓柱形磁場。在該配置中，等離子產生期間產生的電子沿著磁場線進動。

定向的磁場施加

可以在不需要mri機器的情況下運用本發明的各個方面。在這些實施方式中，所利用的磁力線圈可以積極地觸發包含在ucc結構中的氣體的旋轉運動。可以積極地應用觸發磁場的各種方法來實現期望的結果。通過首先考慮線圈磁體，可以使用電流來給一系列的線圈磁體通電。在該情況下，不需要mri機器來產生上變頻。

在各種實施方式中，多頭線圈操作在從1khz到400mhz的低頻率處並且被設計為以與另一個線圈異相。此外，從每個線圈發射的磁場可以具有不同(或類似)的方向。因此形成在該系列磁性線圈(可以彼此之間異相操作)中的所得到的磁場方向可以導致沿不同方向的各個磁場脈衝的觸發。在一種實施方式中，每個磁場脈衝易於引導順磁氣體、磁性膜內的磁偶極子、和/或磁敏感納米粒子的磁偶極子。該系列磁性線圈被設計成：用同步的方式來引導磁偶極子(包含在ucc結構內)，以最大化耦合以及可以導致碰撞和等離子激發的氣體的旋轉運動的引發。

磁頭的數量可以是取決於ucc的磁化率可變化的。磁化率越高，則觸發等離子激發和上變頻所需的磁頭數量就越少。取決於應用(處理)，可以將磁頭製成接近或遠離。

圖66a、66b和66c是不同配置的不同組的螺線管線圈的示意圖，上述不同配置被設計成激發和刺激順磁氣體的旋轉運動和包含在磁性膜和磁性納米粒子中的磁偶極子，磁性納米粒子又形成為本發明的上面描述的ucc結構的一部分。

在圖66a中，三個螺線管702、704、706被配置為圍成一圈並且被定向，以使得它們各自的突出磁場被定向成朝著由三個線圈磁體形成的圓周的中心的總體方向。磁場可以稍微遠離中心突出。在圖66b中，四個螺線管702、704、706、708被配置為圍成一圈並且被定向，以使得他們各自的突出磁場被定向成朝著由四個線圈磁體形成的圓周的中心的總體方向。磁場可以稍微遠離中心突出。在圖66c中，將五個螺線管702、704、706、708、710被配置為圍成一圈並且被定向，以使得它們各自的突出磁場被定向成朝著由五個線圈磁體形成的圓周的中心的總體方向。磁場可以稍微遠離中心突出。

在本發明的本實施方式的一個示例中，可以以能夠使得施加到磁偶極子和介電偶極子的轉矩最大化的方式來使用這五個螺線管。在該情況下，可以在激活螺線管#1(702)後接著激活螺線管#3(706)，接著激活螺線管#5(710)，接著激活螺線管#2(704)，接著激活螺線管#4(708)，接著激活螺線管#1(702)；如此等等。換言之，每個其他的螺線管依次被激活。待通電的螺線管然後可以異相操作，以能夠充分利用賦給ucc結構中的磁感物質的旋轉運動。

圖67示出了一系列線圈磁體的異相操作。實際上，圖67是針對彼此異相操作以最大化賦給包含在ucc中的磁性和介電物質的旋轉運動的四個線圈磁體的串行化操作的配置的示意圖。該配置可以用於等離子激發的目的，等離子激發用於足夠光引發ucc結構中的介質中的試劑的短暫時間間隔，具體用於在不足以造成組織破壞的時間幀內來活化治療劑。

可以設計在ucc內的納米粒子或碳納米管的rf、mw或磁化率可以幫助加熱和降低其他部分所描述的氣體混合物的電離，並且可以有利於等離子激發。此外，如上所述的實施方式中，可以使用大量不同的氣體來產生活化ucc結構周圍介質中的治療劑或其他活化劑所需要的光發射。

為了進一步詳述線圈磁體和其能夠積極地操作以觸發由等離子引發所導致的上變頻的機制，下面描述了其他配置和修改。

在一種實施方式中，使兩個線圈彼此合作而同步地操作。在針對五個螺線管示例的情況下，螺線管#1和螺線管#3同時沿不同的方向操作(這是通過循環螺線管#1中的電流和螺線管3中的相反方向的電流來完成的)，以這種方式創建如圖68所示(見實心磁力線)的重入磁場路徑。以類似的方式，2與4之間的磁場形成重入磁場(見斷裂虛磁力線)，而3與5之間的磁場又形成重入磁場(見斷裂點磁力線)。

用在圖68中所圖示的發生器中的波形受集中的計算機控制器控制以在不同線圈之間注入可編程的相位延遲。饋送到所選線圈的電流可以彼此同相，或彼此異相，或在一對線圈之間具有相位延遲。在圖68所示的示例中，成對線圈1和3有180°的相位差並且同時操作。在相同的示例中，成對線圈2和4有180°的相位差並且同時操作。但是，兩對線圈的操作可以有90°的相位差。以此方式，許多發生器以受控方式操作並且設計有重入磁場路徑。

圖69是彼此結合工作以形成當場從一個線圈發射到另一個時可以穿透物體的重入磁場的兩個電磁線圈的示意圖。一般地，重入磁場可以通過許多線圈和磁體配置來形成。所選擇的配置取決於以積極的方式並置的電磁線圈的數量。電磁體的數量越多，則在設計適用於穿過工件、患者、工件的一部分或患者的一部分的磁場路徑方面就越靈活。但是，在本發明的一種實施方式中(如圖69所示)，可以通過僅兩個電磁線圈來實現重入磁場。該配置在如患者或患者的一部分在線圈外面的情況下可以是適合的。換言之，如果工件或患者，或者工件或患者的任何部分被置於用於治療的線圈區域的外面，則可以使用重入磁場。

如果使用了大量的磁體，則在本發明的一種實施方式中，可以有大量的配置(即，可用的磁路徑)用於引導和校準磁場。圖70a和圖70b示出了具有一系列線圈磁體或電磁體的配置，其可以用於設計可以是根據電磁體的通電方式進行時變的圖案的各種磁圖案。具體地，圖70a是圖示了可以圍繞工件或患者布置以創造大量的磁路徑的大量電磁體(十六個電磁體)的示意圖。具體地，圖70b是示出用於對準磁場及用於在經過的時間內加強磁場的磁配置的示意圖。相反地，可以在工件或患者的周圍使用大量的電磁體以創建其他有用的磁路徑。

可以使用在圖70b中實現的磁場來執行與圖68所描述的功能(藉助於特定的磁性線圈異相地操作，以實現耦合到氣體以及耦合到有損磁性和介電物質的旋轉能量)相同的功能。但是，針對此多徑磁設計的另一種使用是將磁場充分地集中在工件或患者的局部區，從而獲得充分地高的磁場強度(如，至少0.5特斯拉)，其使得能夠結合rf來使用另外的梯度電磁體來觸發等離子體和/或在ecr條件下產生等離子體。

圖71是圖示了對可變場強度的多徑磁體的利用以及它們的彼此結合的使用的示意圖。圖72是一種配置的圖示，其中，出於觸發上變頻的目的，可以結合(相對較小)重入電磁體來使用很大的多徑磁體。多徑磁體(如果操作在會聚模式)可以取代mri的作用，並且由於它的簡單和基本的硬體與計算機控制，多徑磁體可以具有更高的性價比。多徑磁體可以和兩個重入磁體一起使用，在本實施方式中，為了實現本發明的ucc結構中的氣體媒質的上變頻，多徑磁體可以與五個相控重入螺線管中的四個的使用一致。

如上所述，在重入磁性線圈相對較小的情況下，圖73a和圖74b是每個都被布置成用於對如患者等對象的局部部分進行治療的配置的成組的各種螺線管線圈的示意圖。該系列的磁性線圈方法可以應用到身體的局部部分。在該情況下，可以用被配置為彼此靠近的較小線圈來完成最大耦合。

圖73c是示出了分隔開以容納患者的四個磁力線圈的示意圖，上述四個磁性線圈出於引導穿透到工件或患者中的目的，並且為了觸發本發明的ucc結構中的等離子體以引發生物治療劑，而進行串行操作。在上述磁通量和rf/mw實施方式中，需要注意的是(當處理的對象是患者而不是人造介質時)所施加的rf和磁場的劑量。圖74是溫度、電場和磁場探針的示意圖，所有這些可以通過使示圖中的兩個相鄰探針之間的溫度上升的差反饋給計算機並得出局部場強來同時測量，在一個探針測量環境溫度的同時，另一探針具有對振蕩的電場和磁場敏感的材料。在圖74中，可以使用兩個光纖探針來測量磁場強度和/或電場強度，其中一個光纖探針具有電磁敏感的末端，另一個光纖探針具有充當參考的空氣。溫度上升和由此導致的兩個探針之間的差可以得出電場或磁場強度；也因此得出了治療劑量。如果探針插入到患者的身體內，則通過探針測量的環境溫度變成了患者的體溫，並且通過患者體內的兩個相鄰探針之間的溫度差來測量電磁能量。

圖75a和圖75b是可使用在本發明的各種實施方式中的傳感器(包括溫度、磁場強度和電場強度)的示意圖。這些圖中示出的探針可以植入身體內並定位在患者的下方和上方以對患者或另一個工作空間的環境進行繪圖。可以將探針傳感器的信息提供給圖39所示的計算機306如成為治療監測的部件。

圖76是設置在患者的上方和下方以進行精確測量的傳感器面陣(網)。該探針面陣可以用來確保劑量和輻射被傳遞到指定地點的患者並且是通過可編程指令進行的。在一種實施方式中，在任何從被視為是記錄的過程的偏離的情況下，可以觸發緊急關閉。

在本發明的一種實施方式中，可以在患者的周圍或內部使用多個探針以監測治療期間的患者溫度和所接收的電磁劑量。該信息可以用作給計算機的反饋，以調整脈衝寬度持續時間和頻率選擇。在本發明的一種實施方式中，根據ucc的組分，依次、同時地以及可以結合磁感應來使用rf和mw。一旦確定了劑量(完成了劑量校準)，可以根據在患者上方和下方的內部探針來計算患者中的吸收，而不是必需將場測量探針插入患者體內。

示出了三種探針：分別位於患者下方、體內或上方，以監測患者的溫度並將信息反饋給計算機來調整脈衝寬度持續時間和頻率選擇。在本發明的一種實施方式中，根據ucc的組分，依次、同時地以及可以結合磁感應來使用rf和mw。一旦校準了位於上方和下方的探針，則可以在不是必需插入場測量探針的情況下，計算患者體內的吸收。

圖77是在患者需要對肢體而不是內部器官進行治療時對磁感應的利用的示意圖。在幾種情況下，如果腫瘤位於臂部或腿部，則可以使用利用一個線圈的磁感應。在該情況下，使用交流電和低頻率(從khz到mhz的任何地方)來激活螺線管，以觸發氣體上變頻。非極性液體包可以和待處理地點周圍的該局部施加器一起使用。去離子水也可以和該局部施加器一起使用。

宏觀探針

雖然以上描述的是關於微觀尺寸的等離子密封裝置，但是本發明不限於那種尺寸的氣體或等離子密封裝置。對於許多應用，微觀尺寸等離子密封裝置仍然提供獨特的優點。這些優點涉及到本發明的在普通技術人員不會認為可能發生等離子激發的條件下引發等離子的能力。如上所述，在能夠進行激發並維持等離子的發明以前，傳統nmr或mri機器中的磁場不會實現(尤其是在介質內部以及尤其是在人體內部)。但是，本工作在毫米尺寸和亞毫米尺寸的等離子密封裝置中實現了該性能。

在一個說明中，結合能夠提供從100mhz到400mhz的頻率的rf源來使用來自商業mri的靜磁場。將微波電源連接到放置在mri磁體的膛內的許多天線，以激發和維持包含在玻璃容器內的等離子。在某些情況下，將氣體容器放置在體模的內部，以及在其他情況下，氣體容器在包含有細胞培養和光活化生物治療劑的壁板附近。rf功率從天線提供。雖然使用來自商業mri的磁場來進行說明，但是在有來自稀土永磁體的磁場(具有大約1.5特斯拉的磁場強度)的情況下，可以以非常低的功率實現類似的結果。在存在如mri等磁場的情況下，可以在與50瓦特形成對比的5瓦特下將等離子維持在玻璃容器內。

雖然使用來自mri(或永磁體)的靜(非時變)磁場來說明，但是本發明的各種實施方式隨時間改變磁場，具有產生磁感應效應的空間梯度，其可以幫助發明的氣體容器上變頻器中的等離子的激發和/或維持。此外，具有附接至其上的電極或金屬環的氣體容器上變頻器的相對於磁場的運動同樣可以產生磁感應效應，該磁感應效應可以幫助本發明的氣體容器上變頻器中的等離子的激發和/或維持。

一些工作還在修改的商業微波爐中進行以具有導孔，從而使得機械杆移動氣體容器周圍的磁體，並且使得特斯拉線圈的天線到達室的內部並接近於包含有氣體容器的體模。導孔設置有阻塞門以防止洩露。在腔內部使用延伸的波導以極化微波天線。在某些這樣的情況下，沒有密封的玻璃管上連接有流體導管，並且玻璃管的開口端連接至一側的真空側，氣體在另一端饋送。在該情況的方案中，產生了具有連接至適當壓力控制和氣體饋送的開口端的等離子體。

在該工作中，密封的玻璃管由矽酸硼、鈉鈣矽酸鹽、鉛玻璃和石英管制成，尺寸為：長度在從30mm最低至4mm的範圍內，厚度在從3mm最低至900微米的範圍內。將密封的玻璃容器抽空然後使用混合的氬氣、氮氣、氫氣、汞蒸氣和鈉來回填。真空壓力在從5mtorr到10torr的範圍內。這些氣體容器放置在來自gehealthcaretechnologiesdmodel1.5tsignamriexcitehdx的mri內部。在某些情況下，示出了利用特斯拉線圈激發後在磁體膛的外部維持的等離子體，在某些情況下，上述等離子體是使用特斯拉線圈在磁體膛的內部被激發和維持的。

在本發明的一種實施方式中，對密封的容器進行清潔處理以「燒盡」來自容器內壁的有機雜質。該清潔處理包括以下步驟：將電極放置在容器的末端、通過氣體加熱火焰將電極密封進容器的末端，接著進行冷卻並進行真空抽取，然後使用如氬氣或氮氣等期望的氣體和氣體混合物對容器進行回填，並且添加可以減小氣體的電離勢的任何添加劑，然後，管每側的電極連接到高電壓、低電流的變壓器上，以激發等離子體以及使用等離子和外部熱源來對管進行加熱。以400毫安的電流、12,000伏特的電壓、350ec的溫度來激發和維持等離子體。在外面每次監測到容器的溫度達到400℃時，內部溫度超過700℃，這個溫度可以分解有機物。然後允許冷卻容器。容器又被放置在絕緣臺上並通過高溫火焰局部地加熱到足夠拉伸玻璃的溫度。然後，將玻璃拉成較小長度。在高溫下能夠使得玻璃壁倒坍和密封。這就是如何構造4mm長的玻璃。玻璃管的開始內部直徑是3mm。從該3mmid玻璃，使用rf能量成功地激發和拉伸出長度是4mm的工件。可以留下玻璃末端的電極作為玻璃容器的一部分或可以將其移除。提供另外的加熱以使各個玻璃退火，以去除掉或最小化結構內的圈閉壓力。在某些情況下，金屬線、金屬線圈、碳納米管、納米磁體通過橫向孔引入到玻璃容器內。

除了與上面提到的玻璃一起工作外，還成功地測試了形成氣體(即，最高達5.7％的氫氣和氮氣的混合物)。

在本發明的一種實施方式中，對密封的管進行清潔處理以「燒掉」來自管的有機雜質。該清潔處理包括用400毫安的電流、12,000伏特的電壓、350ec的溫度下的等離子處理點燃和維持的空氣等離子體。

該試驗性的工作說明藉助特斯拉線圈、功率脈衝和/或調製、電場與磁場的梯度和瞬變、cnt和金屬添加劑、以及以上和有磁場尤其是來自mri的場存在的情況的結合的等離子的激發(甚至在待在下面討論的體模內)。實際上，mri內的氣體容器中的等離子操作可以維持在低到5瓦特的功率水平。

實際上，即使當代表人血液的「體模」被包在石英管的周圍時，等離子激發依然發生。在不同的rf頻率和天線設計下，對厚度大約是2cm到15cm的體模成功地進行了測試。體模中的溫度傳感器示出了體模加熱的可接受水平。因此，在本發明的一種實施方式中，等離子激發和光產生由此可以在作為光療或光處理的對象的人體中或動物體中。

在其他實施方式中，處於915mhz的rf頻率用於在被厚度大約是2.5cm的體模從rf天線分離開的容器內激發等離子體。在其證實中，如上所述來建立氣體容器。

一種典型的體模配比包括(按重量計)：70％的實驗室級乙烯乙醇、28％的蒸餾水和2％的非碘食鹽。用於進行rf和微波源的功率沉積比吸收率(sar)研究的組織等效體模可以用很多種材料來構建。例如，甚至使用固體凝膠體模。下面的表格描述了各種體模混合物的屬性。

處於915mhz的人體肝臟組織的液體和固體體模的重量百分比組成。

＊hec5000；＊＊hec3400；＊＊＊加粗＝優選混合物

以下提供了對體模的描述的論文的全部內容通過引用合併到本申請中：1)chouck,cheng,guyaw,lukkh.formulasforpreparingphantommuscletissueatvariousradiofrequencies.bioelectromag.1984；5:435-41；2)hartsgroveg,kraszewskia,surowieca.simulatedbiologicalmaterialsforelectromagneticradiationabsorptionstudies.bioelectromag.1987；8:29-36；3)staufferpr,rossettof,prakashm,neumandg,leet.phantomandanimaltissuesformodellingtheelectricalpropertiesofhumanliver.intjhyperthermia.2003；19(1):89-101；以及4)neumandg,staufferpr,jacobsens,rossettof.sarpatternperturbationsfromresonanceeffectsinwaterboluslayersusedwithsuperficialmicrowavehyperthermiaapplicators.intjhyperthermia.2002；18(3):180-93。

在一種證明中，如果氣體容器定位在15cm直徑的含鹽體模的中間，含鹽體模負載在sigmaeyepelvic施加器內部的完全的水團內，則sigmaeyepelvic施加器用於使用rf激發來活化具有很小電極的各種氣體容器。本證明中的氣體容器或多或少地集中在是47cm×56cm的橢圓(眼)形的sigmaeye施加器中，所以氣體容器位於水負載及含鹽(身體)負載中的深處。下面給出各種施加器(包括sigmaeye施加器)的討論。

在一種實施方式中，所施加的rf或微波功率首先以用於等離子體激發的一個功率施加，然後再以用於等離子體維持的另一較低的功率施加。

在一種實施方式中，等離子體激發是通過特斯拉線圈來完成的，特斯拉線圈能夠在它的天線周圍產生很高的電壓梯度。將特斯拉線圈放置成與發生激發的玻璃容器靠近或接觸。然後，在有磁場或沒有磁場的情況下，使用rf能量來維持等離子體。

可替代地，藉助於x射線或高能粒子的、用於如氣體容器上變頻器中的電離等電離的其他機制可以用於激發等離子體。可替代地，如來自特斯拉線圈的能量的施加等用於電離的其他機制可以用於激發等離子體。

在本發明的一種實施方式中，使用了140mhz的偶極天線的相控陣來耦合穿過體模的功率。圖78a是圍繞體模的偶極天線的相控陣的攝影圖示。

在另一種說明中，在140mhz下操作的單極天線在體模內深度為6cm處激發和維持等離子體。在該說明中，陣列傳遞200w到50w的功率到距離陣列10cm處的氣體容器。體模覆蓋氣體容器。

在本發明的一種實施方式中，所施加的rf或微波功率以減小對介質的加熱的佔空比來施加，在該介質中布置有氣體容器上變頻器。在一種實施方式中，利用天線的相控陣來施加rf或微波能量，以減小對其中布置有氣體容器上變頻器的介質的整體加熱，同時局部地增加需要發射光以引起介質變化的介質內的位置處的場強。

具體地，使用自旋迴波脈衝序列說明僅使用mri膛中的rf線圈來激活氣體電離、產生等離子和維持等離子的能力，上述rf線圈在mri脈衝序列期間發射非常短的rf脈衝來激發質子自旋。使用自旋迴波脈衝序列，其展示了使用商業脈衝序列可實現的最高功率的脈衝，體模中的毫米尺寸石英管中的氣體在rf脈衝的頻率處被激發。這是使用rf體線圈和正交發射/接收頭線圈來進行的，兩者都在圓柱的比吸收率(sar)的限制內。可以利用具有更長rf脈衝持續時間的定製化脈衝序列來實現更好的激發。在不過度地加熱體模的前提下，可以施加最高達1.4千瓦的脈衝。脈衝頻率在從1000毫秒到500ms、250ms、100ms、50ms和35ms的範圍內變化。

與其他可能的功率相比，已經證明頻率跳變激活處於較低功率的氣體容器中的等離子發射。在該操作模式中，操作頻率在第一頻率區與第二頻率區之間進行切換(兩者都示出了良好的匹配性(最小的阻抗失配))。通過快速地從一個頻率區切換到良好匹配的另一個頻率區，說明了低功率下的等離子發射。此外，在有磁場的情況下(尤其是在mri附近或在mri內)，加強了該效果。

通過具有很高功率和很短脈衝寬度的功率調製信號的高功率脈衝調製是在足夠低的平均功率下產生在不過加熱組織的情況下激活等離子發射的很高場強的方法。這種脈衝調製技術可以對任何天線設計起作用。

通量瞬變說明了相比其他可能的情況而言，在較低功率處激活等離子發射的能力。通過快速地移動等離子容器穿過場或物理地輕敲燈，通量瞬變說明相比較其他可能的情況，在較低功率處進行等離子發射。在一個說明中，如果將構建到氣體容器內的導電圈傳遞經過電磁場，則它的增加的能量耦合引起等離子激發。

相位偏移/切換說明了通過快速地在相鄰或相對天線之間進行切換，相比較其他可能的情況，以較低功率水平來激活螢光的能力。

x射線的輔助說明了：如果氣體容器的內壁覆有可以在x射線暴露後產生二次電子的材料，則由於rf和/或mw能量，二次電子進入到高能激發，從而產生較低功率的等離子激發。在有磁場的情況下，較高能量的激發是可能的。

在本發明的一種實施方式中，可以使用獨立式微波和rf接收器來接收入射電磁輻射(透射通過不透光的介質，如生物的和/或人類的組織)並產生可見光或紫外光。實際上，在本發明的一種實施方式中，所產生的光的波長由接收器中的氣體(或多種氣體)來決定。此外，在本發明的一種實施方式中，對以下一種或更多種氣體的使用不僅用來「調節」波長，也被認為是用於等離子激發的輔助(尤其是如碘蒸氣、汞蒸氣和有機氣體等低電離勢氣體)：比如氧氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、有機氣體、氧-氮混合物和/或上述氣體的混合物。如鈉和氧化鍶鋇等低電離材料顯示出了用於輔助等離子激發和維持的特性。

此外，在本發明的一種實施方式中，氣體容器可以包括提供電子源(如，來自電場引起的發射)給密封裝置的氣體以輔助電離的結構。因此，氣體容器可以包括碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、石墨烯、和由鋁或銅製成的金屬材料中的至少一種。

該工作實現了：宏觀和微觀的包含氣體的上變頻器結構可以用在各種應用中，並且特別地用於針對在活體動物或人體內部的光療或光處理的醫學應用。

在一個示例中，宏觀或多個微觀的本發明的包含氣體的上變頻器結構可以安裝在用於插入到患者體內的導管上。導管廣泛地用在醫學應用中。導管在通過微波治療的前列腺肥大的治療中是尤其有用的。在該醫學應用中，將導管插入到待治療的人的尿道直到可膨脹的氣球位於膀胱中，該氣球位於導管的前插入端。然後使得該球膨脹並在膀胱內保持靜止。隨後，在先前的微波治療中，通過導管的內腔插入微波天線直到其定位成與前列腺相鄰。該天線布置在天線電纜的前端，而電纜的從導管突出的另一端連接至微波能量源。

在此，對通過導管內腔內部地提供微波功率的需要對導管、導管內的空間和到導管的末端的功率傳遞強加了一些限制。此外，任何雜散微波輻射都可以局部地加熱前列腺。用於前列腺的傳統的微波治療的導管經常使用由聚氯乙烯(pvc)或聚四氟乙烯(ptfe)製成的導管。這些導管是高度柔性的並可以形成針對本發明的本實施方式的導管的基礎。通常，導管具有0.1mm到0.3mm的壁厚度。外部的導管層可以製成具有良好填塞屬性的微孔ptfe。這在導管穿過身體的彎曲處如尿道移動時是有利的。此外，微孔ptfe具有非常好的滑動屬性。

本發明的導管的外層可以由圍繞在載體管纏繞的微孔ptfe帶製成，或可以由單獨的微孔ptfe管制成，其施加在載體管上方或可以擠壓到載體管上面，同時或依次進行。

圖78b是本發明的具有氣體容器上變頻器57的導管51的示意圖，其中，氣體容器上變頻器57在導管遠端處或遠端附近。可以在導管首先插入的一端布置可膨脹的氣球53，在圖78示出了其膨脹的狀態。在導管51的與插入端相反的一端，布置有氣體容器上變頻器57。在導管51中還可以布置有冷卻水管59和傳感器線61。

在該布置中，氣體容器上變頻57可以定位在人體內的待處理器官附近。在適合位置具有帶有氣體容器上變頻器57的導管的人然後(或事先)可以被定位在如上所述的nmr單元中。nmr的通電又激活了氣體容器上變頻器57中的可電離氣體，產生了用於對器官進行光療或光處理的uv或可見光。在以下專利申請中描述了適當的光療：美國專利申請12/389,946、pct/us2009/050514申請、美國臨時申請61/171,158、美國專利申請12/417,779、美國專利申請12/725,108，以上專利申請的全部內容通過引用合併到本申請中。下面包括了通過來自本發明的包含有氣體的上變頻器結構來對在本發明中有用的各種光療的討論。

一般地，許多微波和rf施加器被一個或更多個發明者論證。操作在像433mhz和915mhz的頻率處的微波施加器通常加熱在皮膚表面內大約3cm到4cm的淺表組織區域。因此，快速衰減場稍微穿透得較深，但是主要場和有效的加熱被限制在大約3cm到4cm。從大約70mhz到200mhz的射頻場具有長得多的波長並且能夠更深地穿透天線下的組織。雖然仍舊隨著深度衰減，但是通過以正確的相位關係來瞄準多個天線使得場沿著深度方向疊加，可以獲得沿著身體軸線的深度的局部最大值(局部熱點)。在本發明的一種實施方式中，如上討論的和下面詳述的微波和rf施加器可以在本發明中用來激發本發明的包含有氣體的上變頻器結構中的氣體。

這裡感興趣的是施加器已經可以從高溫醫療裝置中獲得。以下論文的全部內容通過引用合併到本申請中，其提供了適合於本發明的施加器的描述並且提供了它們的配置和操作頻率的描述：1)leeer.electromagneticsuperficialheatingtechnology.in:seegenschmiedtmh,fessendenp,vernoncc,editors.thermo-radiotherapyandthermo-chemotherapy.berlin,heidelberg:springer-verlag；1995.p.193-217；2)handjw,hindaj.areviewofmicrowaveandrfapplicatorsforlocalizedhyperthermia.in:handjw,jamesjr,editors.physicaltechniquesinclinicalhyperthermia.letchworth,hertfordshire,england:researchstudiespress；1986.p.98-148；3)staufferpr.thermaltherapytechniquesforskinandsuperficialtissuedisease.in:ryantp,editor.acriticalreview,matchingtheenergysourcetotheclinicalneed.bellinghamwa:spieopticalengineeringpress；2000.p.327-67；4)staufferpr.evolvingtechnologyforthermaltherapyofcancer.intjhyperthermia.2005；21(8):731-44；5)staufferpr,diederichcj,pouliotj.thermaltherapyforcancer.in:thomadsenb,rivardm,butlerw,editors.brachytherapyphysics,secondedition,jointaapm/abssummerschool,medphysmonographno312005.p.901-32；6)sneedpk,staufferpr,lig,sunx,myersonr.hyperthermia.in:phillipst,hopper,roachm,editors.textbookofradiationoncologythirdedition.philadelphia:elseviersaundersco；2010.p.1564-93。

對於射頻(rf)輻射和微波(mw)輻射兩者，吸收的功率密度隨著在組織中的深度按指數規律地減小。為了選擇用於在腫瘤中沉積能量的em場的最佳頻率，關鍵的因素是腫瘤的尺寸、組織表面以下關於em波長的深度以及與相鄰的重要的正常組織結構的接近程度。對於在高溫下使用的實用的頻率範圍和在這裡可應用於本發明的用於等離子激發的從1mhz到1000mhz的頻率範圍，軟組織中的波長在從1000mhz處的大約4.5cm到最高達較低rf頻率處的2m的範圍內變化。功率沉積的最大的空間解析度(焦點尺寸)大約是該波長的一半。由於在接近場的空間複雜的天線中的功率沉積峰值，和由於組織屬性的、增加組織界面處的em場的反射擾動和折射擾動的異質性，有效的加熱深度可以進一步減小。一般地，可能期望：可能期望上微波頻率提供對皮膚和表面組織的局部加熱，而下rf頻率會加熱身體的較大的和較深的區域。

微波波導：用於加熱淺表組織的最基本的em施加器是具有單線性地極化的單級饋電的微波波導。孔尺寸一般設計成一側為至少半波波長。一般使用高介電常數材料填充或裝襯內部以減小波導結構中的有效波長。電磁喇叭施加器是波導施加器的相近變體，具有控制輻射場的發散的錐形開口。一般地，相比相等尺寸的波導而言，喇叭提供稍微較大的有效場尺寸。使用具有與電場平行的被替換成擴大h平面中的sar分布的低εrlucite的兩個側面的張開喇叭。luciteconeapplicator(lca)的六(6)元件陣列論證了加熱的均勻性。lca施加器已經用在上至3h2陣列中，處理表面區最高達600cm2。以下論文提供了對適用於本發明的微波波導的描述以及對它們配置和操作頻率的描述，其全部內容通過引用合併到本申請中：1)rietveldpjm,vanputtenwlj,vanderzeej,vanrhoongc.comparisonoftheclinicaleffectivenessofthe433mhzluciteconeapplicatorwiththatofaconventionalwaveguideapplicatorinapplicationsofsuperficialhyperthermia.internationaljournalofradiationoncologybiologyphysics.1999；43(3):681-7；2)vanrhoongc,rietveldpjm,vanderzeej.a433mhzluciteconewaveguideapplicatorforsuperficialhyperthermia.intjhyperthermia.1998；14(1):13-27』3)chankw,mcdougallja,chouck.fdtdsimulationsofclini-thermapplicatorsoninhomogeneousplanartissuemodels.intjhyperthermia.1995；11(6):809-20；4)straubewl,myersonrj,emamib,leybovichlb.sarpatternsofexternal915mhzmicrowaveapplicators.intjhyperthermia.1990；6(3):665-70；5)turnerpf,kumarl.computersolutionforapplicatorheatingpatterns.nationalcancerinstitutemonograph.1982；61:521-3。

共形天線：對於加熱淺表疾病的很大面積如乳癌的胸壁復發，通常優選大型多元件微波陣列以均勻地覆蓋軀幹的很大的輪廓相符的區域。示例包括基於雙同軸導體的共形微波陣列(cma)，其在該初步練習中已經測試過。加熱通常小於2cm到3cm的深度。另一個示例是915mhz的十六(16)元件平面波導陣列施加器microtherm1000(labthermicstechnologiescorp.,champaignil)，其表明適於處理最高達13h13h1.5cm的淺表組織區域。另一種陣列加熱方法使用經感應線圈耦合的電流片施加器(csa)，相比通常的波導施加器，該施加器比較小(7.3h5.9h3.3cm)而且重量比較輕，並且可以針對輪廓相符的表面以鉸鏈式柔性陣列連接在一起。相比較使用先前設備的可能情況，433mhz的四元件csa陣列顯示了更均勻和更高的整體溫度分布，兩者分別獲得的腫瘤加熱溫度是41.0±1.5℃和42.2±1.4℃。

另一個示例是基於印刷電路板(pcb)的微帶天線技術，由於其以相對較低的成本、很輕的重量和柔性pcb材料形成幾乎任意大的陣列的能力，所以受到了關注。已經使用微帶貼片、縫隙和螺旋微帶天線。微帶施加器顯得最適合於延伸最高至組織表面並且包括組織表面的腫瘤，而不是位於高電阻率脂肪層下方的那些腫瘤。接觸式柔性微帶施加器(cfma)可以以能夠用在從40mhz到915mhz的範圍內變化的頻率處的若干不同的尺寸來使用。該施加器示出了：產生具有相對較均勻的sar圖案的最高至400cm2的大的有效場尺寸。

使用了包括有方形輻射孔陣列的共形微波陣列(cma)施加器，上述方形輻射孔是通過蝕刻單層柔性銅箔並在915mhz處進行非連貫地驅動來形成的。接著，針對各種孔尺寸、設計配置和利用sar測量在肌肉等效體模中驗證的模擬，使用時域有限差分法(fdtd)模擬來理論上分析來自方環形縫隙的雙同軸導體(dcc)的輻射圖案。

以下論文提供了對適合於本發明的共形施加器的描述和對它們的配置和操作頻率的描述，其全部內容通過引用合併到本申請中：1)gelvichea,mazokhinvn.contactflexiblemicrostripapplicators(cfma)inarangefrommicrowavesuptoshortwaves.ieeetransbiomedeng.2002；49:1015-23；2)leeer,wilseytr,tarczy-hornochp,kappds,fessendenp,lohrbachaw等bodyconformable915mhzmicrostriparrayapplicatorsforlargesurfaceareahyperthermia.ieeetransbiomedeng.1992；39(5):470-83；和3)staufferp,maccarinip,arunachalamk,craciunescuo,diederichc,juangt等conformalmicrowavearray(cma)applicatorsforhyperthermiaofdiffusechestwallrecurrence.intjhyperthermia.2010；26(7):686-98。

另一種能夠使用單一外部電源在身體深處沉積能量的設備是同軸tem施加器。該設備包括類似於同軸電纜的結構，該結構很大足以將患者整個放置在填充有耦合水的中空的60cm直徑的「內導體」室內部。僅使用單個70mhz的功率發生器來產生同軸地引導的電場，通過在60cm的孔橫截面內移動患者位置，可以對身體橫截面周圍的sar進行部分操縱。由於期望很深地透入到身體中並限制對包含特定腫瘤的一定深度的區域的加熱，所以開發了大量的電磁輻射陣列施加器，這些施加器被設計為操縱身體內能量的沉積。一種這樣的設備是四波導陣列或匹配相控陣列(mpa)系統，其使得波導源能夠定製定位在患者表面同時所有四個源的相位和振幅調節以隨深度操縱功率沉積。在自1987年以來的臨床研究中，該設備說明了能夠在很深的腫瘤中產生從低溫到中溫(40℃-41℃)的能力。

射頻相控陣列：深度加熱天線陣列由安裝在樹脂玻璃圓柱體或橢圓形的形式上的偶極子輻射器的同心環陣列構建而成。具有成對連接至四個rf功率放大器的8個偶極子的陣列是以針對臂部、腿部和骨盆的環形相控陣列來構建的，最近，構建成具有四個偶極子對的一個環或三個環的磁共振熱成像兼容陣列。在一個示例中，由bsdmedicalcorp開發了具有驅動8個偶極子天線的4個放大器的環形相控陣系統(apas)，上述8個偶極子天線定位成圍繞患者圓周的固定圖案，並且與去離子水團耦合。後續開發產生了sigma-60施加器，通過針對8個偶極子的四個獨立相位和振幅控制，該施加器的操作提供增加了的控制靈活性，以及患者更友好的界面，如圖15所示。報告了針對該設備的改善了的局部化以及在大量很深的組織位置的臨床應用。bsdmedicalcorp擴展了它的具有新系列的工作在100mhz處的sigma-eye施加器的生產線，sigma-eye施加器使用八個偶極子天線的三個環分別來提供功率沉積的軸向及橫向的操縱。後一種配置具有充分的可調節性：與mri磁體一起的mri兼容的熱施加器系統有利於預定的治療配置中的患者的預治療計劃掃描。此外，相關聯的軟體可用於非侵入地監測熱處理期間的深度組織的溫度和生理變化。

在本發明的一種實施方式中，環繞氣體容器的溫度可以使用磁共振溫度測量法(mrt)來非侵入地測量，磁共振溫度測量法可以產生圍繞燈的組織中的溫度變化的二維圖像。已開發了用於在活體內執行mrt的若干方法，其又可以被用來確定身體內的由rf和氬管加熱引起的熱分布。這些方法可應用到大量不同的施加器和身體的區域中。以下論文提供了對適合於本發明的磁共振溫度測量法(mrt)的描述，其全部內容通過引用合併到本申請中：1)carter,d.l.,j.r.macfall,s.t.clegg,x.wan,d.m.prescott,h.c.charles,和t.v.samulski,magneticresonancethermometryduringhyperthermiaforhumanhigh-gradesarcoma.intjradiatoncolbiolphys,1998.40(4):p.815-22；2)wyattcr.,soher,bj.,maccarrini,p.,stauffer,p.,macfall,jr.hyperthermiamritemperaturemeasurement:evaluationofmeasurementstabilizationstrategiesforextremityandbreasttumors.internationaljournalofhyperthermia,25(6):422-433.doi:10.1080/02656730903133762。

以下論文提供了對適合於本發明的相控陣施加器的描述和對它們的配置和操作頻率的描述，其全部內容通過引用合併到本申請中：1)wustp,beckr,bergerj,fahlingh,seebassm,wlodarczykw等electricfielddistributionsinaphased-arrayapplicatorwith12channels:measurementsandnumericalsimulations.medphys.2000；27(11):2565-79；2)turnerp,schaefermeyert,editors.sigmaeyeemphasedarrayandthebsd-20003dsystem.16thannualmeetingoftheeuropeansocietyforhyperthermiconcolgy；1999；berlin:humboltuniversity；3)katoh,uchidan,kasait,ishidat.anewapplicatorutilizingdistributedelectrodesforhyperthermia:atheoreticalapproach.intjhyperthermia.1995；11(2):287-94；and4)katoh,handjw,michaelmv,furukawam,yamamotoo,ishidat.controlofspecificabsorptionratedistributionusingcapacitiveelectrodesandinductiveaperture-typeapplicators:implicationsforradiofrequencyhyperthermia.ieeetransbiomedeng.1991；38(7):644。

在本發明中，這些施加器(為高溫開發)可用於激發本發明的包含氣體的上變頻器結構中的等離子，從而，提供了利用該先前存在的技術基礎在高溫處理之外、與高溫處理接合或獨立於高溫處理來提供光動力治療的能力。

程序化的sigma-eye施加器和集中放置在具有本發明的放置在內部的包含有氣體的上變頻器結構的組織負載或體模周圍的多個天線一起使用。來自每個天線的場被結合併且具有相長相位相加區域和相消幹涉區域。陣列被認為聚集在場相長增加以產生局部最大值的地方。在具有相等功率和相位的n個天線的理想的圓形陣列的中心，在中心會聚處的場是n2，與應當單獨來自一個天線的場一樣多。如果適當地改變相位角度以使得從某些天線發射波晚於從其他天線發射波，則局部場最大處會移動為離具有相位延遲的天線較近。通過快速地改變在中心組織負載中的不同位置處產生局部最大值的固定圖案之間的所有天線的相對相位，熱點可以在組織區域內四處移動，使得在較大的體積周圍具有較高的功率和場強而不是擴散平均功率和加熱。該效果在以下能力中可以看到：選擇性地在體模的分離區域中的分離氣體容器中激發等離子體。從而可以針對相同的溫度上升在較大面積上實現等離子發射。

在本發明中的一種實施方式中，可以使用金屬材料透鏡施加器。這種施加器代表了新種類的金屬材料天線，具有增加關於深度的有效穿透甚至產生微波能量的較小焦點的巨大潛力。該技術使用以433mhz和915mhz驅動的方便低檔的輕量和省電的天線，顯示出了關於深度的有效場。最大穿透和相位聚焦的能力還沒有確定，但可以增加至433mhz到915mhz處的4cm到6cm，並且在使用多個天線陣列的相位相加時還可以達到更大。以下文獻對這些天線進行了描述，其全部內容通過引用合併到本申請中：maccarinip,aknineg,wyattc,stauffer:p.incharacterizationofthefirstconformalmetamateriallensapplicator(cmla)forhyperthermia,.europeansocietyhyperthermiconcology；rotterdam2010。

在本發明的一種實施方式中，可以使用拋物面天線來產生用於在本發明的包含氣體的上變頻器結構中的等離子激發的局部的高強度區域。

光動力療法(pdt)

pdt是相對較新的基於光的處理方法，其最近被美國食品藥品管理局(fda)批准用於早期肺癌和晚期肺癌兩者的處理。其他國家也已經批准了pdt用於多種癌症的處理。不同於化療、放射和手術，pdt在處理所有細胞類型方面都是有用的，無論小細胞或非小細胞癌。pdt包括：通過活體內的光動力作用來破壞或改變組織、使用對特殊的光活化類藥物的光作用來進行的疾病如癌症的處理(doughertyt.j.和levyj.g.在biomedicalphotonicshandbook,vo-dinht.,ed.,crcpress,bocaratonfl(2003)上的「photodynamictherapyandclinicalapplications」)。起初被開發用於多種癌症的處理的pdt現在已經被用來進行如下處理，包括：癌症前期症狀的處理，如光線性角化病、巴雷特(氏)食道的高級發育異常；以及非癌症症狀，如多種眼疾病(如與年齡相關的黃斑變性(amd))。針對各種癌症(肺、食道)及針對amd，光動力療法(pdt)在世界範圍內被批准用於商業化。

pdt處理需要三個要素：(1)pa藥物(即，光敏劑)、(2)可以激發光敏劑的光以及(3)內源性氧。公認的細胞毒素試劑是單線態氧，根據以下類型ii光化學過程來形成基態三線態氧的電子激發態：

pa+hν→1pa＊(s)激發

1pa＊(s)→3pa＊(t)從單線態到三線態的系間跨越

3pa＊(t)+o2→1o＊2+pa從藥物到單線態氧的能量轉移

其中，pa＝處於基態的光活化藥物；1pa＊(s)＝受激的單線態；3pa＊(t)＝受激的三線態；1o＊2＝氧的單線受激態

因為三線態具有相對較長的壽命(微秒到秒)，因此只有經歷了到受激三線態的高效系間跨越的光敏劑才會具有足夠的時間來與氧碰撞以產生單線態氧。基態與單線態氧之間的能量差是94.2kj/mol並且對應於大約1270nm處的近紅外區中的躍遷。臨床應用中的大多數pa光敏劑具有從40％到60％的範圍內的三線態量子產量，單線態氧的產量稍微較低。競爭過程包括：通過發螢光或內部轉換進行去活而損失能量(損失能量到環境或周圍介質中)，從而進入基態。

但是，雖然單線態氧的高產量是期望的，但是對於使得光敏劑成為臨床有用而言，它決不是充分的。藥物代謝動力學、藥效學、活體內的穩定性和可接受的毒性也起到關鍵的作用[hendersonbw、gollnickso,在biomedicalphotonicshandbook,vo-dinht.,ed.,crcpress,bocaratonfl(2003)中的「mechanisticprinciplesofphotodynamictherapy」]。例如，期望的是，相對於必然也將暴露於激發光的正常組織，在被處理的腫瘤或其他組織中具有相對選擇性的吸收。由於某些細胞器相比其他細胞器(如，線粒體)對pdt損傷顯得更加敏感，所以藥效學問題如光敏劑的亞細胞局部化可能是重要的。如果為獲得對處理的完全響應必需高劑量的光敏劑，則毒性可能成為問題。與pdt藥物活性相關聯的重要機制包括細胞中的細胞凋亡。在吸收光後，光敏劑(ps)引發化學反應，該化學反應導致直接或間接產生細胞毒素物質如自由基和單線態氧。細胞毒素物質與亞細胞細胞器和高分子(蛋白質，dna等)的反應導致了容納pdt藥物的細胞的凋亡和/或壞死。pdt藥物分子在癌細胞中的的優先積聚與光到腫瘤的局部傳遞相結合，導致癌性損害的選擇性破壞。與其他傳統的抗癌療法相比，pdt不引起健康細胞的普遍破壞。除了直接的細胞殺滅外，pdt還可以作用於脈管系統，以減少流向腫瘤的血液，從而使腫瘤壞死。在特定情況下，它可以用作手術的微創替代方案。

具有若干種用於pdt的化學物質，包括基於卟啉的敏化劑。一種純化的血卟啉的衍生物，即，已得到了美國食品藥品管理局的批准。卟啉一般用於在皮膚上面或剛好在皮膚下面、或內部器官或腔的內層的腫瘤，因為這些藥物分子吸收波長小於640nm的光。針對出現在組織深處的腫瘤，對在nir區域具有吸收的第二代敏化劑如基於卟啉的體系[r.k.pandey在biomedicalphotonicshandbook,vo-dinht.,ed.,crcpress,bocaratonfl(2003)的「syntheticstrategiesindesigningporphyrin-basedphotosensitizers』]、氯、酞菁和萘酞菁進行了研究。

相比正常組織，pdt將若干光敏劑在腫瘤中保持較長的時間，從而對處理選擇性提供了可能的改進。參見comerc.在cancerres1979,39:146-151上的"determinationof[3h]-and[14c]hematoporphyrinderivativedistributioninmalignantandnormaltissue,"、youngsw等人在photochemphotobiol1996,63:892-897上的"lutetiumtexaphyrin(pci-0123)anear-infrared,water-solublephotosensitizer,"以及berenbaummc等人在brjcancer1986,54:717-725上的"meso-tetra(hydroxyphenyl)porphyrins,anewclassofpotenttumorphotosensitiserswithfavorableselectivity,"。光動力療法使用特定波長的光來活化光敏劑。針對pdt，開發了包括染料雷射器和二極體雷射器的多種光源。雷射器產生的光可以耦合到使得光能夠傳輸到期望位置的光纖。參見pass1-11,"photodynamictherapyinoncology:mechanismsandclinicaluse,"jnatlcancerinst1993,85:443-456。根據研究者，pdt的細胞毒性效應是光氧化反應的結果，如以下文獻所公開的：footecs在proaclinbiolres1984,170:3-18上的"mechanismsofphotooxygenation,"。在有氧的情況下，光引起光敏劑的激發以產生各種有毒物質，如單線態氧和羥基自由基。尚不清楚對dna的直接損害是否是主要影響；因此，這可能表示沒有有效地刺激dna交聯的光活化。

光活化處理

對於細胞增殖異常的處理，引發能量源(例如，來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的光)可以提供引發能量，該引發能量活化可活化藥物試劑以處理對象內的目標細胞。在一種實施方式中，引發能量源間接地施加到可活化藥物試劑，優選地在目標細胞附近的可活化藥物試劑。在本發明的上下文中，短語「間接地施加的」(或該短語的變體，比如「間接地施加」等)，如果指的是引發能量的施加，則表示由引發能量透入到對象表面的下面的對象併到達對象內的可活化藥物試劑。

儘管無意受任何特定理論束縛或以任何方式限定，但還是提供了以下科學原理和定義的理論性討論，以幫助讀者獲得對本發明的理解和了解。如在本中所使用的，術語「對象」無意限定於人，而是還可以包括動物、植物或任何適合的生物有機體。

如本文中所使用的，短語「細胞增殖異常」指任何以下症狀：在給定的生理狀態和條件下，細胞群的生長速度小於或大於期望速度。儘管優選地對於處理目的而言感興趣的增殖速度快於期望的速度，但是慢於期望的速度的症狀也可以通過本發明的方法來處理。示例性細胞增殖異常可以包括但不限於：癌症、細菌感染、器官移植的免疫排斥反應、實體瘤、病毒性感染、自身免疫紊亂(如，關節炎、狼瘡、炎症性腸病、sjogrens綜合症、多發性硬化)或其組合，以及其中跟健康細胞相比細胞增殖低的再生障礙的症狀，如再生障礙性貧血。具體地，優選的使用本方法治療的細胞增殖異常是：癌症、金黃葡萄球菌(具體地，耐受抗菌素的菌株，如耐受甲氧苯青黴素的金黃葡萄球菌或mrsa)和自身免疫紊亂。

如本文中所使用的，「可活化藥物試劑」(可替代地稱為「光活化試劑」或pa)是這樣一種試劑：在沒有活化信號的情況下，它以非活性的狀態存在。如果該試劑在活化條件下被匹配的活化信號活化，則它能夠實現期望的對目標細胞的藥理效果(即，優選地是預定的細胞變化)。

可以用於活化相應的試劑的信號可以包括但不限於：特定波長的光子(如，x射線或可見光)、電磁能量(如，射頻或微波)、熱能、聲能或其任何組合。

試劑的活化可以像將信號傳遞到試劑一樣簡單，或還可以以一組活化條件為前提。例如，在前一種情況下，可活化藥物試劑如光敏劑可以用uv-a輻射(如，來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的uv-a光)來活化。一旦被活化，處於其激活態的試劑又可以直接繼續實現細胞變化。

在活化還可以以其他條件為前提的情況下，僅僅活化信號的傳遞可能不足以帶來期望的細胞變化。例如，當傳遞活化信號時，通過在其激活狀態下和特定細胞結構結合來實現它的藥效的光活化化合物，可能需要與目標細胞結構的物理接近。對於這樣的可活化試劑，在非活化條件下的活化信號的傳遞不會產生期望的藥理效果。活化條件的一些示例可以包括但不限於：溫度、ph、位置、細胞狀態、存在或不存在輔助因素。可活化藥物試劑的選擇很大程度上依賴於多種因素，如期望的細胞變化、期望的活化形式以及可能施加的物理和生化限制。示例性的可活化藥物試劑可以包括但不限於可以用光子(電磁)能量、聲能、化學或酶反應、熱能或任何其他適合的活化機制來活化的試劑。

如果被活化，可活化藥物試劑可以實現以下細胞變化，這些變化包括但不限於：細胞凋亡、代謝途徑的重定向、某些基因的增量調節、某些基因的減量調節、細胞因子的分泌物、細胞因子受體響應的改變、活性氧物質的產生或其組合。

可活化藥物試劑可以實現它的期望效果的機理不做具體限制。這種機理可以包括對預定目標的直接作用和藉助於對生化路徑的變化的間接作用。優選的直接作用機理是通過將試劑結合到關鍵的細胞結構，如核dna、mrna、rrna、核糖體、線粒體dna或任何其他功能上重要的結構。間接機理可以包括在激活後釋放代謝物以幹涉正常代謝途徑、在激活後釋放化學信號(例如，興奮劑或對抗劑)以改變目標細胞響應以及其他適合的生化或代謝改變。

該處理可以通過在於2007年11月6日提交的美國申請no.11/935,655(通過引用合併於此)中描述的方法來完成，或通過如pdt等常規處理的修改方式來完成，但是通過修改或增強所施加的能量使用等離子活化劑來增強處理，或在使用能量調節劑的情況下，修改所施加的能量、來自能量調節劑的發射能量或兩者。

在一種實施方式中，可活化藥物試劑能夠以治療有效量與dna或線粒體化學結合。在該實施方式中，可活化藥物試劑，優選地可光活化試劑，原位暴露於從能量調節劑發射的活化能量，而能量調節劑又從引發能量源接收能量。

適合的可活化試劑包括但不限於：光活化試劑、聲活化試劑、熱活化試劑和射頻/微波活化試劑。可活化試劑可以是：小分子；生物分子如蛋白質；核酸或脂類；超分子組合體；納米粒子；納米結構或其組合；或激活後具有藥物活性的任何其他分子實體。

可活化試劑可以從自然源或合成源中得到。可以通過適合的活化信號源活化以實現預定的細胞變化的任何這樣的分子實體均可以有利地用在本發明中。適合的光活化試劑包括但不限於：補骨脂素及補骨脂素衍生物、膽甾醇油酸酯芘、吖啶、卟啉、螢光素、羅丹明、16-二氮可的松、溴乙非啶、博萊黴素的過渡金屬配合物、去糖博萊黴素(deglycobleomycin)的過渡金屬配合物、有機鉑配合物、咯嗪(如7,8-二甲基-10-核糖醇基異咯嗪(核黃素)、7,8,10-三甲基異咯嗪(光黃素)、7,8-二甲基咯嗪(光色素)、異咯嗪-腺嘌呤二核苷酸(黃素腺嘌呤二核苷酸[fad])、咯嗪單核苷酸(也稱為黃素單核苷酸[fmn]和核黃素-5-磷酸鹽)、維生素ks、維生素l、它們的代謝物及前體；以及萘醌、萘、萘酚、及其具有平面分子構象的衍生物、卟啉、染料如中性紅、亞甲基藍、吖啶、甲苯胺、黃素(鹽酸吖啶黃)和噻吩嗪衍生物、香豆素、喹諾硐、醌和蒽醌、四磺化酞菁鋁(iii)、血卟啉和酞菁以及優選地吸附到核酸而對蛋白質有很少或沒有作用的化合物。所述術語「咯嗪」包括異咯嗪。

基於內原的衍生物包括合成地得到的內原性光活化的分子的類似物和同系物，其可以具有或沒有衍生出它們的光敏劑的較小(1到5個碳原子)烷基取代基或滷素取代基，並保持了功能和基本上無毒性。內原分子本來無毒並且在光輻射後不可能產生有毒的光化產物。

表1列出了一些能夠被光活化以引起自動疫苗效應的可光活化分子。

表1：雙發色肽的sset和ttet速率

表2列出了一些另外的內原性可光活化分子。

表2：生物相容的、內原性螢光團發射劑

預定的細胞變化的性質會取決於期望的藥物產出。示例性的細胞變化可以包括但不限於：細胞凋亡、壞死、某些基因的增量調節、某些基因的減量調節、細胞因子的分泌、細胞因子受體響應的改變、或其組合。

來自從本發明的包含氣體的上變頻器結構發射的光的能量可以從一個分子傳遞到另一個分子(分子間傳遞)，或從分子的一部分傳遞到相同分子的另一部分(分子內傳遞)。例如，接受的電磁能量可以轉換成熱能。能量傳遞過程也稱為分子激發。

此外，能量調節劑可以包括在待處理的介質中。能量調節劑可以在接收到來自包含氣體的上變頻結構的光後，重發射具體針對所期望的光碟機動反應的光。能量調節劑(對來自包含氣體的上變頻器結構的光起反應)可以具有非常短的能量存留時間(在fs到ns級，如，螢光分子)，但是其他可以具有非常長的半衰期(在數秒到數小時級，如，發光無機分子或磷光分子)。適合的能量調節劑包括但不限於：生物相容性金屬納米粒子、覆有生物相容性外層的金屬、發光速度隨著微波活化增加的化學發光分子、發螢光染料分子、金納米粒子、由聚醯胺-胺型樹枝狀化合物包封的水溶性量子點、螢光素酶、生物相容性磷光分子、生物相容性螢光分子、生物相容性散射分子、組合的電磁能量採集器分子和能夠進行強發光的鑭系元素螯合物。下面在優選的實施方式中描述這些能量調節劑的各種示例性使用。

調節劑還可以耦合到用於細胞靶向目的的載體。例如，可以選擇生物相容性分子如在uv-a頻帶發光的螢光金屬納米粒子或螢光染料分子作為能量調節劑。

優選地，可以通過向對象的全身施用，將能量調節劑或本發明的包含氣體的上變頻器結構引導至期望的位置(例如，腫瘤)。例如，通過物理插入或通過結合腫瘤特異性載體的uv-a發射能量調節劑，來將uv-a發射能量調節劑集中在腫瘤位置，上述載體例如為抗體、核酸、肽、脂質、殼素或殼素衍生物、螯合物、表面細胞受體、分子印跡、適體或能夠將uv-a發射源集中在特定目標腫瘤中的其他功能性載體。

此外，能量調節劑可以單獨使用或作為兩個或更多個能量調節劑的系列，其中，能量調節劑提供了來自包含氣體的上變頻器結構的光的能量級聯。因此，級聯中的第一能量調節劑可以吸收活化能量並將其轉換為不同的能量，然後該不同的能量被級聯中的第二能量調節劑吸收，如此一直到達級聯的末端，此時，級聯中最後的能量調節劑發射活化可活化藥物試劑所需的能量。

儘管可活化藥物試劑和能量調節劑可以是不同的和分離的，但是應當理解，兩種試劑不需要是獨立和分離的實體。實際上，兩種試劑可以通過多種不同的配置來彼此相關聯。如果兩種試劑是彼此獨立並且可分離地移動，則它們一般通過在公共周圍介質中的擴散和偶遇來彼此相互作用。如果可活化藥物試劑和能量調節劑不是分離開的，則它們可以結合為一個單個實體。

一般地，可光活化試劑可以用包含氣體的上變頻器結構的光來刺激，導致後續的照射、共振能量轉移、激子遷移、電子注入或化學反應，以達到能夠實現所期望的預定的細胞變化的受激能量狀態。在一種實施方式中，可光活化試劑在活化後結合至dna或rna或細胞中的其他結構。試劑的受激能量狀態能夠導致對細胞的損害，引起細胞凋亡。細胞凋亡的機理與增強的免疫響應是相關聯的，增強的免疫響應減小了細胞增殖異常的生長速度並且可以收縮固體腫瘤，這取決於患者免疫系統的狀態、腫瘤中試劑的濃度、試劑對於刺激的敏感性和刺激的時間長度。

本發明的處理細胞增殖異常的一種優選方法是給患者施用可光活化試劑、通過包含氣體的上變頻器結構的光來刺激可光活化試劑以引起細胞損害並且產生自動疫苗效應。在另外一種優選的實施方式中，通過共振能量轉移來刺激可光活化試劑。

一個優點是來自包含氣體的上變頻器結構的光的發射輻射的多個波長可以用於選擇性地刺激一種或更多種可光活化試劑或刺激一種或更多種能夠刺激該一種或更多種可光活化試劑的能量調節劑。優選地，以對健康細胞引起極小或沒有損害的波長和能量來刺激能量調節劑，能量從一種或更多種能量調節劑轉移(如，通過foerster共振能量轉移)到損害細胞並引起期望的細胞變化如細胞的凋亡的發作的可光活化試劑。

另一優點是可以通過限制自由基、單線態氧、氫氧化物和其他已知損害健康細胞的高活性基團的產生來大幅減小副作用。此外，可以用另外的添加劑如抗氧化劑來進一步減小不期望的照射效果。

共振能量轉移(ret)是具有交疊的發射和吸收頻帶的兩個分子之間的能量轉移機理。電磁發射器能夠將到達波長轉換成較長的波長。例如，被第一分子吸收的uv-b能量可以通過偶極子與偶極子的相互作用來轉移到離uv-b吸收分子非常近的uv-a發射分子。可替代地，可以選擇吸收較短波長的材料來給非發射分子提供ret，非發射分子具有與轉移分子的發射頻帶交疊的吸收頻帶。可替代地，可以使用磷光、化學發光或生物發光來給可光活化分子傳遞能量。

在另一種實施方式中，本發明包括可光活化藥物試劑的施用以及如化學發光、磷光或生物發光等化學能量源的施用。化學能量源可以是兩種或更多種化合物之間的化學反應，或可以使用在對象外或對象內的適當的活化能量，通過活化化學發光的、磷光的或生物發光的化合物來引起，在施用後，使得化學發光、磷光或生物發光能夠活化活體內的可活化藥物試劑。可活化藥物試劑和化學能量源的施用可以以任何順序來依次進行，或可以同步地進行。在這種化學能量的某些源的情況下，化學能量源的施用可以在對象外在活化後進行，例如，對於某些類型的磷光材料，能量發射的壽命至多幾個小時。未知以前有嘗試使用任何類型的共振能量轉移來活化結合到dna上的嵌入劑。

在本發明的pepst實施方式中，本發明與常被稱為光熱療法(ptt)的光療技術有著顯著的不同。為了舉例說明作為光譜療法(pst)的一種形式的本發明pepst與ptt技術之間的差別，下面討論包括在pst和ptt中的光化學過程。

如果藥物分子吸收激發光，則電子經歷從基態到激發電子態的躍遷。電子激發能量接著通過輻射發射(發光)和非輻射衰退通道來衰減。如果分子吸收激發能量，則分子從so提升到多種狀態s1,...,sn中的其中一個受激單線態sn的某一振動水平。在緻密媒質(組織)中，sn態中的分子通過振動弛豫(vr)過程在10-13到10-11s內快速鈍化，確保它們處在可能的sn的最低振動水平。因為vr過程快於電子躍遷，由於分子被鈍化至對應的激發電子態的較低的電子振動水平，所以任何過剩的振動能量快速損失。該過剩的vr能量被作為熱能釋放到周圍介質中。從sn態，分子通過內轉換(ic)過程快速地鈍化到較低電子態如sn-1的等能振動水平。ic過程是具有相同多重性(multiplicity)的狀態之間的躍遷。分子接著通過vr過程鈍化至sn-1的最低的電子振動水平。通過在連續的ic過程後緊接著進行vr過程，分子快速地鈍化到基態s1。該過程產生了過剩的vr和ic能量，上述能量作為熱能釋放到周圍的介質，導致光吸收性藥物分子周圍的局部環境的過熱。所產生的熱導致對局部細胞或組織的破壞。光吸收性物質包括組織中的天然的發色團或外生的染料化合物如吲哚青綠、萘酞菁和配合有過渡金屬和金屬納米粒子以及金屬納米殼的卟啉。但是，天然的發色團經受非常低的吸收。外生光熱試劑的選擇是基於它們的強吸收橫截面和高效的光熱轉換來進行的。該特徵極大地減小了引起局部的病態細胞損害所需的雷射能量的量，使得治療方法具有較小的侵害性。與染料分子的使用相關聯的問題是在雷射照射下它們的光漂白。因此，最近已經使用納米粒子如金納米粒子和納米殼。對於腫瘤的光熱治療中納米殼的有前途的作用已經被論證[hirsch,l.r.,stafford,r.j.,bankson,j.a.,sershen,s.r.,rivera,b.,price,r.e.,hazle,j.d.,halas,n.j.,和west,j.l.在pnas,2003.100(23):p.13549-13554的nanoshell-mediatednear-infraredthermaltherapyoftumorsundermagneticresonanceguidance.]。

但是，本發明的pst方法基於輻射處理(螢光、磷光、冷光、拉曼等)，而ptt方法基於分子中的無輻射處理(ic、vr和熱轉換)。

多種光活化藥劑

據報導，鐵蛋白可以被某些腫瘤組織內化，並且該內化與特定於膜的受體相關聯[s.fargion,p.arosio,a.l.fracanzoni,v.cislaghi,s.levi,a.cozzi,apiperno和a.g.firelli的blood,1988,71,753–757；p.c.adams,l.w.powell和j.w.halliday的hepatology,1988,8,719–721]。先前的研究表明鐵蛋白結合位置和鐵蛋白的內吞作用已在瘤細胞中被識別[m.s.bretscher和j.n.thomson的emboj.,1983,2,599–603]。鐵蛋白受體具有用於將抗癌藥物遞送到腦中的潛力[s.w.hulet,s.powers和j.r.connor的j.neurol.sci.,1999,165,48–55]。在一種實施方式中，本發明使用鐵蛋白或脫鐵鐵蛋白來包封pa和能量調節劑-pa系統兩者，並且還選擇性地瞄準腫瘤細胞用於加強藥物遞送和隨後的光治療。在該情況下，不需要另外的生物反應器。

光活化藥物分子可以通過口服、皮膚施用、或通過靜脈注射給予患者。光活化藥物分子在體內通過血流朝著靶向腫瘤行進(通過主動或被動的靶向策略)。該發明的治療還可以用於引發針對惡性細胞(包括實體瘤中的惡性細胞)的自身免疫效應。一定程度上，任何快速分裂的細胞或幹細胞可以被全身處理損害，因此可以優選地將刺激rf、微波、或磁感應能量朝著腫瘤直接引導，通過避免可光活化試劑的光活化或共振能量轉移來防止對大多數正常、健康的細胞或幹細胞造成損害。

可替代地，可以施加減緩或中止有絲分裂的處理。這樣的處理能夠在處理期間減緩快速分裂的健康細胞或幹細胞的分裂，而不中止癌細胞的有絲分裂。可替代地，在施行減緩有絲分裂的處理前，優選地向惡性細胞施用阻滯劑。

在一種實施方式中，侵襲性細胞增殖異常具有高得多的有絲分裂速度，這導致惡性細胞的不成比例份額的選擇性破壞，甚至在全身施行的處理期間也是如此。即使暴露於經光活化的試劑，幹細胞和健康細胞也可以免於大規模計劃性細胞死亡，前提是這種經光活化的試劑在結合、有絲分裂或針對對相當大一部分的健康幹細胞的細胞造成損害的其他機理前從受激態退化到較低能態。因此，可以不引起自身免疫響應。

可替代地，可以使用阻滯劑，其選擇性地防止或減小對幹細胞或健康細胞的損害，否則其會受損。例如，選擇或施用阻滯劑，以使得阻滯劑不會給予惡性細胞以類似的益處。

在一種實施方式中，瞄準幹細胞，具體地用於破壞，目的是使用供體細胞系或患者的預先存儲的健康細胞來取代幹細胞。在該情況下，不使用阻滯劑。此外，使用載體或光敏劑以具體地瞄準幹細胞。

光動力療法領域的工作表明：引起細胞溶解、從而細胞死亡所需的單線態氧量等於或大於0.32×10-3摩爾/升，或每細胞109個單線態氧分子或更多。但是，在本發明的一種實施方式中，由於它的對目標細胞和健康細胞兩者不加選擇的侵襲、溶解的性質，最優選的是避免產生會導致細胞溶解的量的單線態氧。因此，在本發明中最優選的是：由所使用的引發能量引起的或由可活化藥物試劑在激活時引起的單線態氧產生的水平小於引起細胞溶解所需的水平。

在另外的實施方式中，根據本發明的方法還可以包括添加減輕處理的副作用的添加劑。示例性添加劑可以包括但不限於：抗氧化劑、佐劑或其組合。在一種示例性實施方式中，將補骨脂素用作可活化藥物試劑，將uv-a用作活化能量，以及添加抗氧化劑以減小不想要的照射副作用。

可以將可活化藥物試劑及其衍生物以及能量調節劑和等離子化合物與結構結合到適於施用的藥物組分中。這些組分通常包括可活化藥物試劑和藥物可接受的載體。藥物組分還包括具有輔助的治療或診斷效果的至少一種添加劑，其中，添加劑是選自從抗氧化劑、佐劑或其組合中的一種。

如在本文中所使用的，「藥物可接受載體」意在包括與藥物施用相容的任何和所有的溶劑、分散媒質、覆層、抗菌劑和抗真菌劑、等滲和吸收延遲試劑等。這種用於藥物活性物質的媒質和試劑的使用在本領域是公知的。除了目前為止與活性化合物不相容的任何傳統的媒質或試劑之外，其在組分中的使用是預期的。還可以將補充的活性化合物結合到組分中。可以對本發明的化合物進行改性以實現化合物的可溶性或清除。這些分子還可以與d-胺基酸合成以增加對酶降解的抗性。如果需要，可以將可活化藥物試劑和增溶試劑如環糊精一起施用。

本發明的藥物組分配製為與它的預期的施用途徑相容。施用途徑的示例包括非腸道的如靜脈注射施用、皮內施用、皮下施用、口服施用(例如，吸入)、經皮膚(局部的)施用、透黏膜施用、直腸施用，以及直接注射到患部比如直接注射到腫瘤中。用於胃腸外施用、皮內施用或皮下施用的溶液或懸浮液可以包括以下成分：無菌稀釋劑如注射用水、鹽溶液、固定油、聚乙烯二醇類、甘油、丙烯二醇或其他合成溶劑；抗菌劑如苄醇或對羥基苯甲酸甲酯；抗氧化劑如抗壞血酸或亞硫酸氫鈉；螯合劑如乙二胺四乙酸；緩衝劑如醋酸鹽、檸檬酸鹽或磷酸鹽；和用於調節張緊度的試劑如氯化鈉或葡萄糖。ph可以使用酸或鹼如鹽酸或氫氧化鈉來調節。注射用藥物的配製品可以封閉在由玻璃或塑料製成的安瓿、一次性注射器或多劑量瓶中。

適於可注射用途的藥物組分包括無菌水溶液(水溶性的)或用於無菌可注射溶液或分散的臨時配製品的分散或無菌粉體。對於靜脈施用，適合的載體包括生理鹽水、抑菌水或磷酸鹽緩衝鹽水(pbs)。在所有情況下，組分必須是無菌的並且是以易於注射的程度存在的流體。它在製造和存儲的條件下必須是穩定並且必須使其免受微生物如細菌和真菌的汙染作用。載體可以是包含例如水、乙醇、多元醇(如，甘油、丙烯二醇和液態聚乙二醇等)及其適合的混合物。可以維持適當的流動性，例如，通過使用覆層如卵磷脂；通過維持擴散情況下的所需要的粒子尺寸；以及通過使用表面活化劑。微生物作用的防止可以通過多種抗菌劑和抗真菌劑來實現，例如，對羥苯甲酸酯、氯代丁醇、苯酚、抗壞血酸、硫柳汞等。在許多情況下，優選地，可以在組分中包括等滲劑，比如糖、多元醇(例如甘露醇、山梨醇)、氯化鈉。可注射組分的長期吸收可以通過在組分中包括延遲吸收的試劑如單硬脂酸鉛和明膠來實現。

無菌的可注射溶液可以根據需要，通過在適當溶劑中按需要的量將活性化合物與上面列舉的成分中的一種或組合結合、然後進行過濾除菌來製備。一般地，分散體通過將活性化合物結合到包含有基礎分散介質和來自以上列舉成分中的所需的其他成分的無菌傳播媒介物(vehicle)來製備。在將無菌粉末用於無菌可注射溶液的製備的情況下，製備方法是真空乾燥法或冷凍乾燥法，其產生了活性成分加上來自先前的除菌過濾溶液中的另外的期望成分的粉末。

口服組合物一般包括惰性稀釋劑或可食用的載體。它們可以封閉在膠囊中或壓製成藥片。出於口服治療施用的目的，活性化合物可以與賦形劑結合併以藥片、片劑或膠囊的形式來使用。口服組合物還可以使用流體載體來製備以用作漱口劑，其中，流體載體中的化合物經口服施用並且被口漱、咳出或吞下。藥物相容性結合劑和/或輔助材料可以包括為組合物的一部分。藥片、藥丸、膠囊、片劑等可以包含以下成分或具有相似性質的化合物中的任何一種：粘結劑如微晶纖維素，黃蓍膠或明膠；賦形劑如澱粉或乳糖，崩解劑如海藻酸、primogel或玉米澱粉；潤滑劑如硬脂酸鎂或sterotes；助流劑如膠態二氧化矽；甜味劑如蔗糖或糖精；或增味劑如薄荷、水楊酸甲酯或橙香精。

對於通過吸入進行的施用，化合物是以來自加壓容器或分配器的噴霧的形式來輸送的，上述容器包括適合的推進劑或噴霧器，上述推進劑是諸如二氧化碳的氣體。

全身施用還可以通過透黏膜的或經皮膚的方法來進行。對於透黏膜的或經皮膚的施用，在組合物中使用適合於待滲透的阻擋物的滲透劑。這些滲透劑一般在本領域中是已知的，並且包括，例如用於透黏膜施用的清潔劑、膽汁鹽和梭鏈孢酸的衍生物。透黏膜的施用可以通過使用鼻噴霧或栓劑來實現。對於經皮膚的施用，可以將活性化合物按配比配製成如在本領域中已知的藥膏、油膏、凝膠或乳膏。

化合物還可以以栓劑(如，具有傳統的栓劑基質如可可脂和其他甘油酯)或針對直腸遞送的保留灌腸的形式來製備。

在一種實施方式中，活性化合物利用可以保護化合物免於從身體的快速消除的載體來製備，例如，受控釋放配劑，包括植入體和微囊化遞送體系。可以使用生物可降解的生物相容性聚合物如乙烯-醋酸乙烯酯、聚酐、聚乙醇酸、膠原、多正酯類和聚乳酸。用於製備這樣的配劑的方法對於本領域的技術人員將是很明顯的。這些材料還可以商業地獲得。脂類體懸浮體(包括靶向至具有對於病毒抗原的單克隆抗體的感染細胞的脂類體)還可以用作藥物可接受的載體。這些可以按照本領域技術人員已知的方法來製備，例如，如在美國專利no.4,522,811中所描述的，其全部內容通過引用合併到本申請中。

尤其有利的是，為了便於施用和劑量的均勻性，以劑量單位的形式來配置口服或注射用藥物組合物。本文中劑量單位形式是指適合作為用於待處理的對象的單位劑量的物理地分立的單位；每個單位包含所計算的預定量的活性化合物以產生與所需藥物載體相關聯的期望治療效果。對於本發明的劑量單位形式的說明由以下因素來規定並且直接取決於以下因素：活性化合物的獨特特性、待實現的具體治療效果、和配製這樣用於處理個體的活性化合物的領域的內在限制。

藥物組合物可以連同針對施用的說明書一起包括在容器、包、藥盒或分配器中。

施用試劑的方法不限於常規的方法如注射或口服灌注，還包括更先進和更複雜的能量傳遞形式。例如，可以使用由基因工程製造出的、攜帶和傳遞能量調節劑的細胞。可以使用傳遞生物發光試劑的、由基因工程製造的載體來轉染來自主體的細胞。轉染可以通過基因治療技術如病毒載體或基因槍的注射來原地實現，或可以通過移除寄主的細胞的樣本然後在成功轉染後將其返回寄主而在體外進行。這些被轉染的細胞可以插入或靶向在患病細胞所在的位置。

還應當理解，沒有特別限制施用不同試劑的順序。應當理解，可以取決於以下因素有利地利用不同的順序組合，這些因素如：對試劑的吸收速率、試劑的定位與試劑的分子運輸屬性、和其他的藥物動力學或藥效學考慮。

該途徑的方法的一個優點是：通過具體地靶向由細胞增殖異常比如快速分裂的細胞影響的細胞，並且在這些細胞中原位觸發了細胞變化比如細胞凋亡，可以刺激主體的免疫系統以具有抵抗患病細胞的免疫響應。一旦寄主自身的免疫系統被刺激而具有這樣的響應，沒有被可活化藥物試劑處理的其他患病細胞可以被寄主自身的免疫系統識別和破壞。可以例如在使用補骨脂素和uv-a的處理中獲得這樣的自身疫苗效應。

本文所描述的方法可以單獨使用或結合其他用於治療細胞增殖異常的療法來使用。此外，如果期望，可以連同時間醫學的最新進展來使用所描述的方法，上述時間醫學的最新進展如在以下文獻中所詳細描述的：giacchetti等的journalofclinicaloncology,vol24,no22(august1),2006:pp.3562-3569，其全內容通過引用合併到本申請中。

在時間醫學中，已發現經受某種類型的異常比如癌症的細胞相比一天中的其他時間，其在一天中的某些時間較好地響應。因此，可以連同本方法來使用時間醫學以改善本發明的處理效果。

光生物調節

本發明的另一個目的是使用可活化藥物試劑來處理對象中的症狀、異常或疾病。示例性的症狀、異常或疾病可以包括但不限於癌症、自身免疫疾病、心律失常(如，心律紊亂和心房顫動)、光血管成形的症狀、(例如，再次動脈硬化、再狹窄)、內膜增生、動靜脈瘻、黃斑變性、牛皮癬、粉刺、hopeciaareata、葡萄酒色斑、脫毛、類風溼性和炎性關節炎、關節症狀、淋巴結症狀和認知與行為症狀。

相應地，在一種實施方式中，本發明提供了如下方法：利用在分子試劑之間或到分子試劑的能量傳遞的原理，來控制藥物活性試劑的遞送與活化，以使得期望的藥效的遞送相比常規技術而言更為集中、精確和有效。在此，能量傳遞可以包括來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的光。

儘管無意於被任何具體的理論束縛或以任何方式被限制，但是提供了以下對於科學原理與定義的理論性討論，以幫助讀者獲得對本發明的理解和了解。

如本文中所使用的，術語「對象」並不意在限於人類，而還可以包括動物、植物或任何適合的生物有機體。

如本文所使用的，短語「疾病或症狀」是指包括但不限於以下所述的症狀、異常或疾病：癌症、軟組織和骨組織損傷、慢性疼痛、創傷癒合、神經再生、病毒和細菌感染、脂肪沉積(吸脂術)、靜脈曲張、前列腺肥大、視網膜損傷及其他眼疾、帕金森疾病、和行為的、知覺的及認知的異常。示例性情況還可以包括：神經(腦)成像和刺激；使用光對腦細胞活性的直接控制；對細胞死亡(細胞凋亡)的控制；以及細胞生長與分裂的改變。再一種示例性症狀、異常或疾病可以包括但不限於：心率失常(如，心律紊亂和心房顫動)、光血管成形的症狀、(例如，再次動脈硬化、再狹窄)、內膜增生、動靜脈瘻、黃斑變性、牛皮癬、粉刺、hopeciaareata、葡萄酒色斑、脫毛、類風溼性和炎性關節炎、關節症狀、和淋巴結症狀。

如本文中所使用的，術語「目標結構」是指：真核細胞；原核細胞；亞細胞結構，如細胞膜、核膜、細胞核、核酸、線粒體、核糖體或其他細胞器或成分；胞外結構；病毒或朊病毒；及其組合。

預定的細胞變化的性質可以取決於期望的藥物產出。示例性的細胞變化可以包括但不限於：細胞凋亡；細胞壞死；某些基因的增量調節；某些基因的減量調節；細胞因子的分泌物；細胞因子受體響應的改變；細胞色素c氧化酶和黃素蛋白的調節；線粒體的活化；刺激抗氧化劑保護路徑；細胞生長與分裂的調節；神經放電模式的改變；氧化還原屬性的改變；活性氧物質的生成；細胞中胞內成分的活性、數量或數目的調節；由細胞產生、分泌或與細胞相關聯的細胞外成分的活性、數量或數目的調節；或其組合。預定的細胞變化可以產生或可以不產生目標結構的破壞或失活。

如在本文中所使用的，「能量調節劑」是指能夠從源接收能量輸入然後再次發射不同的能量到接收目標的試劑。能量調節劑可以連同本發明的包含氣體的上變頻器來使用，以輔助從來自包含氣體的上變頻器結構發射的光到藥物試劑或可光活化試劑或者到接受處理的組織的能量傳遞。

分子之間的能量傳遞可以以多種方式來發生。能量的形式在性質上可以是電子能、熱能、電磁能、動能或化學能。能量可以從一個分子傳遞到另一個分子(分子間傳遞)，或從分子的一部分傳遞到相同分子的另一部分(分子內傳遞)。例如，調節劑可以接收電磁能量然後再次發射熱能形式的能量。在許多實施方式中，能量調節劑(如，包含氣體的上變頻器結構)接收rf或微波能量然後以較高的能量(如，uv-a、uv-b、可見)重發射。在許多實施方式中，能量調節劑接收較高的能量(如，x射線)然後以較低的能量(如，uv-a)再次發射。一些調節劑可以具有非常短的能量保存時間(在fs級，如，螢光分子)，而其他的調節劑具有非常長的半衰期(在分鐘到小時級，如，冷光或磷光分子)。適合的能量調節劑包括但不限於：生物相容性螢光金屬納米粒子、螢光染料分子、金納米粒子、聚醯胺-胺型樹枝狀化合物包封的水溶性量子點、螢光素酶、生物相容性磷光分子、組合的電磁能量採集器分子、和能夠強發光的鑭系元素螯合物。下面在優選的實施方式中描述了這些調節劑的多種示例性使用。

調節劑還可以連接到用於細胞靶向目的的載體。例如，生物相容性分子，如在uv-a頻帶發光的螢光金屬納米粒子或螢光染料分子，可以被選為能量調節劑。

優選地，通過對對象全身施用可以將能量調節劑引導至期望的位置(如，腫瘤)。例如，uv-a發光的能量調節劑可以通過物理插入或通過將uv-a發光的能量調節劑與腫瘤特異性載體結合來集中在腫瘤位置上，上述載體如脂類、殼素或殼素衍生物、螯合物或能夠在特定的目標腫瘤中集中uv-a發射源的其他功能性載體。

此外，能量調節劑可以單獨使用或可以作為兩種或更多種其他能量調節劑的系列來使用，其中，能量調節劑提供了能量級聯。因此，級聯中的第一能量調節劑可以吸收活化能量，將它轉換成又被級聯中的第二能量調節劑吸收的不同能量，如此繼續直到到達級聯的末尾，其中，級聯中的最終的能量調節劑發射活化可活化藥物試劑所必需的能量。

可以用於活化相應的試劑的信號可以包括但不限於：特定波長的光子(如，x射線、紫外線或可見光)、電磁能量(如，無線電或微波)、熱能、聲能或其組合。

試劑的活化可以像將信號遞送到試劑一樣簡單，或可以以一組活化條件作為前提。例如，可活化藥物試劑如光敏劑可以由來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的uv-a輻射來活化。一旦被活化，處於它的活性狀態的試劑然後可以直接進行實現細胞變化。

如果活化還可能以其他條件作為前提，則僅僅活化信號的傳遞對於引起期望的細胞變化可能是不充分的。例如，通過與處於活性狀態的某種細胞結構的結合來實現藥效的光活化化合物在傳遞活化信號時可能需要與目標細胞結構的物理接近。對於這些可活化試劑，在非活化條件下的活化信號的遞送不會產生期望的藥效，活化條件的一些示例可以包括但不限於：溫度、ph、位置、細胞狀態、存在或不存在輔助因素。

可活化藥物試劑的選擇很大程度上取決於多種因素，比如期望的細胞變化、期望的活化形式以及可能施加的物理和生化限制。示例性的可活化藥物試劑可以包括但不限於可以由光子能、電磁能、聲能、化學或酶促反應、熱能或其他適合的活化機制活化的試劑。

如果被活化，則可活化藥物試劑可以實現細胞變化，這些細胞變化包括但不限於：細胞凋亡、代謝路徑的重定向、某些基因的增量調節、某些基因的減量調節、細胞因子的分泌物、細胞因子受體反應的改變或其組合。

可活化藥物試劑通過其可以實現它的期望效果的機理沒有特別限制。這些機理可以包括對預定目標的直接作用和通過對生化路徑的改變的間接作用。一種優選的直接作用機理是通過將試劑結合到關鍵的細胞結構如核dna、mrna、rrna、核糖體、線粒體dna或其他任何功能上重要的結構。間接機理可以包括：在活化後釋放代謝物以幹涉正常的代謝路徑；在活化後釋放化學信號(如，興奮劑或對抗劑)以改變靶向細胞響應；以及其他適合的生化或代謝改變。

在一種實施方式中，可活化藥物試劑能夠以治療有效量化學地結合到dna或線粒體上。在本實施方式中，可活化藥物試劑，優選地為可光活化試劑原位暴露於從能量調節劑中發射的活化能量，能量調節劑又從引發能量源接收能量。可活化試劑可以是：小分子；生物分子，比如蛋白質、核酸或脂類；超分子組合體；納米粒子；或一旦被激活後具有藥物活性的任何其他分子實體。

可活化試劑可以從自然源或合成源中得到。可以被適合的活化信號源活化以實現預定的細胞變化的任何這種分子實體都可以有利地使用在本發明中。

適合的光活化試劑包括但不限於：補骨脂素及補骨脂素衍生物、膽甾醇油酸酯芘、吖啶、卟啉、螢光素、羅丹明、16-二氮可的松、溴乙非啶、博萊黴素的過渡金屬配合物、去糖博萊黴素的的過渡金屬配合物、有機鉑配合物、咯嗪(如7,8-二甲基-10-核糖醇基異咯嗪(核黃素)、7,8,10-三甲基異咯嗪(光黃素)、7,8-二甲基咯嗪(光色素)、異咯嗪-腺嘌呤二核苷酸(黃素腺嘌呤二核苷酸[fad])、咯嗪單核苷酸(也稱為黃素單核苷酸[fmn]和核黃素-5-磷酸鹽)、維生素ks、維生素l、它們的代謝物及前體；以及萘醌、萘、萘酚、及其具有平面分子構象的衍生物、卟啉、染料如中性紅、亞甲基藍、吖啶、甲苯胺、黃素(鹽酸吖啶黃)和噻吩嗪衍生物、香豆素、喹諾硐、醌和蒽醌、四磺化酞菁鋁(iii)、血卟啉、酞菁以及優選地吸附到核酸上對於蛋白質有很少或沒有作用的化合物。術語「咯嗪」包括異咯嗪。

基於內原的衍生物包括合成地得到的內原光活化分子的類似物和同系物，其可以具有或沒有衍生出它們的光敏劑的較小(1到5個碳原子)的烷基取代基或滷素取代基，並保持了功能和基本上無毒性。內原分子本來無毒並且在光輻射後不能產生有毒的光化產物。

引發能量源可以是能夠提供足夠水平的能量以直接引起細胞變化、或通過將引發能量轉換成能夠引起預定的細胞變化的能量的調節劑來引起細胞變化的任何能量源。此外，引發能量源可以是能夠提供足夠水平的能量來直接活化可活化試劑、或能夠給調節劑提供發射用於可活化試劑的活化能量所需要的輸入(間接活化)的任何能量源。在一種實施方式中，引發能量能夠完全穿透對象。在本發明的上下文中，短語「能夠完全穿透對象」用來指能量可以穿透到對象內任何深度來活化可活化藥物試劑。不需要所施加的任何能量實際上能夠完全穿過對象，僅需要能使得其穿透到任何期望深度以活化可活化藥物試劑。能夠完全穿透對象的示例性引發能量源包括但不限於：uv光、可見光、ir輻射、x射線、伽馬射線、電子束、微波和無線電波。

本發明的一種另外的實施方式提供了通過在需要處理的對象中原位生成能量來用於處理症狀、疾病或異常的方法，可以直接使用所生成的能量來實現變化，從而處理症狀、疾病或異常，或者可以使用該能量來活化可活化藥物試劑，該可活化藥物試劑在活化後實現變化從而處理症狀、疾病或異常。能量可以通過任何期望的方法原位生成，包括但不限於化學反應如化學發光，或通過從外部施加到對象的能量的轉換，從外部施加到對象的能量通過使用一種或更多種能量調節劑被原地轉換成不同的能量(相比所施加能量較低或較高的能量)。

本發明的又一種實施方式將症狀、疾病或異常的處理與在患病的目標結構中的熱的生成結合，以加強處理的效果。例如，在使用可光活化藥物試劑(如，補骨脂素或其衍生物)的細胞增殖異常的處理中，可以通過施加直接或間接地活化藥物試劑的引發能量來活化可光活化藥物試劑。如在本申請的其他地方所記錄的，該引發能量可以是任何類型的，只要它可以被轉換成適於活化藥物化合物的能量即可。除了施加該引發能量，在本發明的本實施方式中，還施加引起目標結構的加熱的能量。在細胞增殖異常如癌症的情況下，加熱可以增加癌細胞的增殖速率。儘管這可能最初看起來是有悖常理的，但是當使用dna嵌入劑如補骨脂素或其衍生物正在處理細胞增殖異常時，這種細胞增殖的增加實際上有助於補骨脂素引起細胞凋亡。具體地，當補骨脂素變得嵌入到dna中時，在細胞經歷其下一個分裂周期時發生細胞凋亡。通過增加細胞分裂的速率，可以使用本發明的方法來增強細胞凋亡的發作。

在一種實施方式中，熱可以由任何期望的方式來生成。優選地，熱可以使用對目標結構的微波或nir能量施加來生成，或可以通過使用金屬納米粒子或具有金屬殼的納米粒子來生成。熱還可以通過吸收來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的光來生成。可替代地，如在腫瘤的熱療中所做的，可以通過傳統的技術將磁性金屬納米粒子靶向至癌細胞，然後通過在受控條件下對對象施加磁場，使用這些磁性金屬納米粒子來生成熱(denardosj,denardogl,natarajana等在j.nucl.med.48(3),437-444(2007)的:thermaldosimetrypredictiveofefficacyof111in-chl6npamf-inducedthermoablativetherapyforhumanbreastcancerinmice.)。

在另一種實施方式中，移除患者自己的細胞然後對進行基因修飾以提供光子發射。例如，可以移除腫瘤或健康細胞，對其進行基因修飾以引起生物發光，並且可以將其重插入在待處理的疾病或症狀的位置處。還可以進一步修飾經修飾的生物發光細胞，以防止細胞的進一步分裂或僅存在調節劑時的細胞分裂。

在另外的實施方式中，選擇在uv-a頻帶發光的生物相容性發光源，如螢光金屬納米粒子或螢光染料分子或本發明的包含氣體的上變頻器結構。將uv-a發光源引導至疾病或症狀的位置。可以通過全身施用uv-a發光源來將uv-a發光源引導至疾病或症狀的位置。優選地，將uv-a發光源集中在目標位置，例如，通過物理插入或通過將uv-a發光分子與能夠將uv-a發光源集中在特定目標結構中的特定載體結合，如在本領域所已知的。

在另一種實施方式中，選擇uv或光發射螢光素酶作為用於激發可光活化試劑的發光源。螢光素酶可以與atp或另一種分子結合，然後，可以用另外的分子氧化以刺激在期望波長處的發光。可替代地，可以使用磷光發光源。磷光發光源的一個優點是磷光發光分子或其他源可以在通過全身給藥或直接插入到目標位置的區域中前，被電活化或光活化。可替代地，在通過使用另一種能量刺激發光前，可以利用「存儲」在經活化的材料中的能量來活化這些材料中的某些材料。例如，參見關於紅外觸髮式磷光體的美國專利no.4,705,952(其全部內容通過引用合併到本申請中)中的討論。

相比螢光材料，磷光材料可以具有較長的弛豫時間，因為三線態的弛豫經歷禁止的能態躍遷，將能量存儲到激發的三線態中，其中只有有限數量的可用於返回到較低能態的量子力學能量轉移過程。能量發射被延遲或延長從幾分之一秒到若干小時。否則，在磷光弛豫期間發射的能量不同於螢光，而是可以通過選擇具體的磷光體來選擇波長範圍。

在不同的材料中，發光納米粒子吸引了不斷增加的技術和工業的興趣。在本發明的上下文中，納米粒子是指具有小於一微米的尺寸的粒子。雖然本發明的說明書描述了使用納米粒子的具體示例，但是，在許多實施方式中，具有小於一微米、尤其是小於100nm的尺寸的尺寸範圍產生特殊興趣的屬性，比如發射壽命發光淬滅、發光的量子效率和集中淬滅，以及比如擴散、穿透和分散到較大尺寸的粒子不會遷移的介質中。

在另外的實施方式中，可光活化試劑可以是具有包含在光籠內的活性試劑的光籠形配合物(photocagedcomplex)。使用防止該活性試劑結合到特定目標的其他分子來加大該活性試劑，以掩蔽其活性。如果光籠配合物被光活化，則主體脫落，暴露活性試劑。在這種光籠配合物中，光籠分子可以是光活性的(即，如果被光活化，則導致它們從光籠配合物上分離，從而暴露了內部的活性試劑)，或活性試劑可以是可光活化試劑(當被光活化時，其導致光籠的脫落)，或光籠和活性試劑兩者都被光活化，具有相同或不同的波長。例如，有毒的化療劑可具有光籠，其在遞送時可以減小全身毒性。一但試劑集中在腫瘤中，則使用活化能量照射試劑。這導致「籠」脫落，將細胞毒素試劑留在腫瘤細胞中。適合的光籠可以包括在以下文獻中所公開的：young和deiters在org.biomol.chem.,5,pp.999-1005(2007)上的「photochemicalcontrolofbiologicalprocesses」，以及在bioorganic&medicinalchemistryletters,16(10),pp.2658-2661(2006)的「photochemicalhammerheadribozymeactivation」。其內容通過引用合併到本申請中。

在一種實施方式中，用於釋放化合物或試劑的光(如，從包含氣體的上變頻器結構中發射的光)的用途用於闡明神經元功能和成像，例如，雙光子谷醯胺釋放(harveycd等在nature,450:1195-1202(2007)；ederm等在rev.neurosci.,15:167-183(2004))。可以通過uv光刺激來釋放其他信號分子，例如，gaba、第二信使(例如，ca2+和mg2+)、碳醯膽鹼、辣椒素和atp(zhangf等，2006)。可以執行離子通道和受體的化學改性以使得它們是光響應性的。在對受精、分化、增殖、細胞凋亡、突觸可塑性、記憶和發展軸突的控制中涉及ca2+。在再一種優選的實施方式中，ca2+波可以通過釋放籠中的ca2+、細胞外的嘌呤能信使insp3(braetk.,等的cellcalcium,33:37-48(2003))或離子通道配體(zhangf等,2006)由uv照射(單光子吸收)和nir照射(雙光子吸收)來引起。

基因靶向使得能夠對基因工程限定的細胞群體進行形態學和電生理學表徵。從而，在另外的實施方式中，通過包括電穿孔、dna顯微注射、病毒遞送、脂類體轉染、轉基因系的創建和磷酸鈣沉澱的多種技術將光敏蛋白引入到細胞或活的對象中。例如，慢病毒技術提供了高滴度載體生產和低免疫原性的穩定的長期表達、簡易的方便組合、常規組合。光敏蛋白可以是如第二型通道視紫質(chr2)和氯化物泵氯視紫紅質(nphr)。光蛋白編碼基因和細胞特異性啟動子可以結合到慢病毒載體中或結合到將光敏蛋白編碼基因遞送到目標細胞中的其他載體中。在使用光脈衝啟動包含有ch2r的細胞時，包括有光傳感器和陽離子通道的chr2提供了適當速度與大小的電刺激以激活神經元尖峰放電。

在一種實施方式中，可以使用能夠進行強發光的鑭系螯合物。例如，可以將鑭系螯合物共價鍵結合到香豆素或香豆素的衍生物、喹諾酮或喹諾酮衍生物敏化劑。敏化劑可以是2-或4-喹諾酮、2-或4-香豆素、或這些示例的衍生物或組合。可以使用喹諾酮124(7-氨基-4-甲基-2-喹諾酮)、香豆素120(7-氨基-4-甲基-2香豆素)、香豆素124(7-氨基-4(三氟甲基)-2-香豆素)、氨乙基三甲基補骨脂素或其他類似的敏化劑。可以選擇螯合物，以通過螯合基團如dtpa來形成與鑭系元素如鋱或銪具有高親和性的配合物。這些螯合物可以連接到各種公知的探針或載體中的任何一種，並且可以用於到補骨脂素或補骨脂素衍生物如8-mop或其他能夠結合dna的光活化分子的共振能量轉移。在一個可替代的示例中，使用適當載體分子、粒子或聚合物將鑭系螯合物定位在疾病部位，並且通過微創程序引入電磁能量源(如，本發明的包含氣體的上變頻器)，以在其暴露於鑭系螯合物和光活化分子後對目標結構進行照射。

在另一種實施方式中，可以選擇生物相容性、內原的螢光團發光體來刺激到可光活化分子的共振能量轉移。可以選擇具有生物相容性、內原的螢光團發光體的吸收範圍內最大發光的生物相容性發光體(如，包含氣體的上變頻結構)來刺激螢光團發光體中的激發態。可以將一個或更多個滷原子添加到能夠嵌入在核酸(dna或rna中任何一種)中的堆疊的核苷酸鹼基之間的環狀環結構，以賦予嵌入劑新的光活化屬性。可以通過滷化或添加非氫結合離子替代物來選擇性地修飾任何嵌入分子(補骨脂素、香豆素或其他多核環結構)，以將優點賦到它的反應光化學和它針對整個細胞膜或帶電蛋白的核酸的競爭性結合親和力中。

皮膚光敏性是光敏劑的主要毒性。如果直接暴露於陽光，即使是幾分鐘，也會發生嚴重的曬傷。早期的鼠類研究提示了對免疫響應的有力和長期的刺激；但是，實際的臨床檢驗未能實現早期的光動力治療的預期。用於光動力治療的早期光敏劑以ii型響應為目標，其在存在氧的情況下被光活化時產生單線態氧。單線態氧使細胞壞死並且與炎症和免疫反應相關聯。已經開發了一些另外的光敏劑來引起i型響應，直接破壞細胞結構。

卟吩姆鈉(photofrin；qlttherapeutics,vancouver,bc,canada)是血卟啉衍生物(hpd)的部分提純配製品。photofrin已被美國食品和藥品管理局批准用於梗阻型食道癌、微創支氣管非小細胞肺癌和梗阻型支氣管非小細胞肺癌的處理。使用630nm來活化photofrin，其具有大約2mm到5mm的組織穿透深度。photofrin具有相對較長的皮膚光敏性的持續時間(大約4周到6周)。

四(間羥基苯基)二氫卟酚(foscan；scotiapharmaceuticals,stirling,uk)是合成的氯化合物，其由波長為652nm的光來活化。臨床研究在foscan和波長為652nm光的情況下已經證明了至多10mm的組織效果。相比正常組織而言，foscan在腫瘤中是更具有選擇性的光敏劑並且需要相對短的光活化時間。推薦劑量0.1mg/kg相對較低並且可以使用相對較低的光劑量。儘管如此，皮膚光敏性的持續時間是合理的(大約2周)。但是，foscan引發了相對較高產量的單線態氧，其可能是針對該分子的dna損壞的主要機理。

莫特沙芬鑥(lutetiumtexaphryin)由在近紅外區域(732nm)的光來激活。相比較用於活化其他光敏劑(圖2a和圖2b)的光量而言，在該波長處的吸收具有可能更深地穿透到組織中的優點。相比較正常組織的選擇性而言，lutetiumtexaphryin對於腫瘤還具有最大的所報導的選擇性之一。youngsw等在photochemphotobiol1996,63:892-897:lutetiumtexaphyrin(pci-0123)anear-infrared,water-solublephotosensitizer。此外，它的臨床用途與皮膚光敏性的較短的持續時間(24小時到48小時)相關聯。已經針對轉移性皮膚癌對lutetiumtexaphryin進行了評估。當前針對復發性乳腺癌的處理及針對局部復發性前列腺癌，對lutetiumtexaphryin進行調查研究。針對腫瘤的高選擇性對臨床試驗中的改善結果提供了前景。

一般地，該方法可以與用於激發可活化分子的任何源一起使用。該過程可以是光分離復置過程或可以與光分離復置類似。雖然光分離復置一般被認為限於光子激發，例如，通過uv光，但是可以使用其他形式的輻射作為系統的一部分來活化可活化分子。發光可以刺激可活化分子如8-mop的活化。在一個示例中，來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的光發射被引導在實體瘤處，並且直接或間接地刺激8-mop的活化。

在再一種實施方式中，通過具有對於受體位置的強親和力的載體將可活化藥物試劑、優選地為光活化試劑引導至受體位置。該載體可以是多肽並且例如可以形成與光活化試劑的共價鍵。多肽可以是如胰島素、白細胞間介素、促胸腺生成素或轉鐵蛋白。可替代地，在沒有結合到載體的情況下，光活化藥物試劑可以具有針對目標細胞的強親和力。

例如，可以施加起到減緩或中止有絲分裂作用的處理。這樣的處理能夠減緩快速分裂的健康細胞或幹細胞的分裂，而不中止癌細胞的有絲分裂。從而，進一步分化了非目標細胞與目標細胞之間的生長速率的差別以增強本發明方法的效果。

在另外的實施方式中，根據本發明的方法還可以包括添加減輕處理副作用的添加劑。示例性添加劑可以包括但不限於：抗氧化劑、佐劑或其組合。在一種示例性實施方式中，使用補骨脂素作為可活化藥物試劑，使用uv-a作為活化能量以及添加抗氧化劑以減小輻射的不想要的副作用。

在另一方面中，本發明提供還提供了用於產生自身疫苗的方法，包括：(1)提供了靶向細胞群體；(2)使用補骨脂素或其衍生物在體外對細胞進行處理；(3)使用引發能量源活化補骨脂素以引起目標細胞群體中目標結構的預定變化；以及(4)將經處理的細胞返回到對象中以引起針對靶向細胞的自身免疫效應，其中，經處理的細胞引起自身免疫效應。

在另一方面中，可以使用來自包含至少一種氣體的上變頻器結構的光來在目標結構中產生熱，並且熱可以增強對上述預定變化的誘導。在本實施方式中，預定的變化可以修改目標結構以及調節目標結構的生物活性，從而對影響細胞結構的症狀、異常或疾病進行處理。

在調節生物活性的一個示例中，使用由微波驅動的等離子uv發光源來活化包含有b16黑色素瘤癌細胞或pc3前列腺癌細胞的實驗培養基中的補骨脂素。圖79a表示活體外試驗的示意圖，圖示了用於測試微波是否能夠活化藥物tmp以殺死癌細胞的克隆存活試驗。通過體模來模擬活化能量的活體內穿透，將細胞暴露於通過由微波驅動的等離子uv發光產生的光一分鐘、五分鐘或十分鐘。與對照標準相比，明顯地，利用由等離子產生的uv光活化的tmp殺死了更多的癌細胞。對於較長的暴露時間，五分鐘或更長，某些細胞殺死很可能歸因於高溫效應。圖79b示出：在使用uv-stratalinker燈泡活化pc3細胞中的tmp時，mri看起來非常高效。即使短至一分鐘的暴露也足以殺死幾乎所有細胞。以五分鐘和十分鐘暴露來治療的dmso/傳播媒介物組中所看到的存活細胞的減少很可能是由於高溫下的細胞殺死引起的。暴露十分鐘後的媒質的溫度在從39℃到43℃的範圍內變化，上述溫度高至足以對存活產生不利影響。

通用的上變頻

如上所述，可以觀察本發明的以下方面：將上變頻器暴露於一個光源或輻射源(如，相對較低能量的引發源)並且使得上變頻器以相對較高的能量產生光或輻射。在本發明的一種實施方式中，在介質中產生變化。該變化是通過以下方式產生的：(1)將上變頻器或其他上變頻結構布置在介質的附近，和(2)通過人工容器從能量源向介質施加引發能量，其中，發射的光直接或間接地在介質中產生變化。如上所說明的，針對待布置在待改變的介質附近的上變頻器(即，上變頻器可以在介質內、部分在介質內或部分在介質外、或隔離在介質外)。將上變頻器布置在介質附近的結果是：從上變頻器發出的光入射在介質上，從而，直接或間接地在介質中產生變化。

在一種實施方式中，上變頻器或其他上變頻結構被配置為：在暴露於第一波長λ1的輻射時，產生相比較第一波長λ1的輻射而言具有較高能量的第二波長λ2的輻射。在一種實施方式中，上變頻器或其他上變頻結構包括包封有至少一部分納米粒子的金屬殼。

通過活化輻射可固化介質中的光引發劑，所產生的變化可以固化可輻射固化介質。在這種情況下，發射光可以具有適當的波長以引起光催化效應，比如耦合到光引發劑或uv交聯劑以產生未固化介質的固化。介質的固化或聚合導致了部分或完全的三維網絡的形成。可以通過活化可輻射固化介質中的光引發劑來固化可輻射固化介質。相比之下，可以認為材料的未固化狀態是以下狀態：材料表現出具有可能高或可能低的粘度的類液體行為的狀態。固化狀態通常產生以下狀態：材料表現出類固體或類橡膠行為或粘彈性行為，以及可以產生在施加的應力下產生有限流動的狀態。

所產生的變化可以導致對於介質的光刺激的變化。所產生的變化可以導致輻射固化介質。所產生的變化可以導致無菌介質。所產生的變化可以活化治療藥物。

對於許多應用，引發源很可能是低頻源，如微波或射頻輻射，其中，在本發明的一種實施方式中，試劑的局部加熱增強了二次光的產生，而在另一種實施方式中，來自介質中存在的微波場的局部場增強加強了螢光，如在以下文獻中所描述的：由aslan等在journalofimmunologicalmethods312(2006)137–147的「microwave-acceleratedmetal-enhancedfluorescence(mamef)withsilvercolloidsin96-wellplates:applicationtoultrafastandsensitiveimmunoassays,highthroughputscreeninganddrugdiscovery,」。

對於許多應用，引發源是低頻源，如微波或射頻輻射，其中，在本發明的一種實施方式中，包含氣體的上變頻器結構對微波輻射的吸收導致以較高的能量朝著紅外、可見和紫外的後續發光。上變頻輻射對於上述應用的可應用程度會取決於轉換效率並且會取決於連結到具體的金屬殼/介電核納米結構的接收分子吸收上變頻光的效率。接收分子可以連結到上變頻器以吸收上變頻光。

對於許多應用，引發源很可能是低頻源，如微波或射頻輻射，其中，在本發明的一種實施方式中，例如，通過上變頻器結構中的氣體的等離子激發或上變頻結構中的化學反應的活化，低頻源以及甚至超聲源與上變頻結構中的成分相互作用以產生光。

在一種實施方式中，本發明利用微波或射頻能量來促進來自上變頻器或上變頻氣體結構的光產生，它的發光又產生大量的如上所述的物理變化和生物變化。

在本發明的一種實施方式中，引發能量源是x射線、高能粒子、微波、無線電波或磁感應中的至少一種，x射線和高能粒子可以用作用於在本發明的包含氣體的上變頻器內產生自由電子的源。所產生的自由電子又可以通過所施加的微波、無線電波或磁感應場來獲取能量。

在本發明的一種實施方式中，至少有一種能夠在活化後引起預定的細胞變化的可活化藥物試劑被施用到對象。來自至少一個上變頻器的光與該至少一種可活化藥物試劑相互作用以原位活化可活化藥物試劑，從而引起對象的介質中發生預定的細胞變化。

在本發明的一種實施方式中，引發能量能夠完全穿透對象。

在本發明的一種實施方式中，細胞增殖異常是選自癌症、細菌感染、病毒感染、免疫排斥反應、自身免疫異常、再生障礙性症狀和其組合中的至少一種。在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑是可光活化試劑。可活化藥物試劑可以選自補骨脂素、膽甾醇油酸酯芘、吖啶、卟啉、螢光素、羅丹明、16-二氮可的松、乙錠、博萊黴素的過渡金屬配合物、去糖博萊黴素的過渡金屬配合物、有機鉑配合物、咯嗪、維生素ks、維生素l、維生素代謝物、維生素原、萘醌、萘、萘酚、及其具有平面分子構象的衍生物、卟啉、染料和噻吩嗪衍生物、香豆素、喹諾硐、醌和蒽醌。

在本發明的一種實施方式中，藥物試劑是補骨脂素、香豆素、卟啉或其衍生物。在本發明的一種實施方式中，藥物試劑是8-mop或amt。在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑是選自7,8-二甲基-10-核糖醇基異咯嗪、7,8,10-三甲基異咯嗪、7,8-二甲基咯嗪、異咯嗪-腺嘌呤二核苷酸、咯嗪單核苷酸、四磺化酞菁鋁(iii)、血卟啉和酞菁中的一種。

在本發明的一種實施方式中，將可活化藥物試劑連接至能夠結合到接收器位置的載體。該載體可以是選自胰島素、白細胞間介素、促胸腺生成素或轉鐵蛋白中的一種。在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑通過共價鍵連接到載體。在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑通過非共價鍵連接到載體。在本發明的一種實施方式中，接收器位置是選自有核細胞的核酸、有核細胞上的抗原位置或抗原決定部位中的一種。

在本發明的一種實施方式中，藥物試劑對於目標細胞具有親和力。在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑能夠優先被目標細胞吸收。在本發明的一種實施方式中，預定的細胞變化是目標細胞的細胞凋亡。

在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑在對象內引起與目標細胞反應的自身疫苗效應。自身疫苗效應可以產生在關節或淋巴結中。在本發明的一種實施方式中，可活化藥物試劑是dna嵌入劑或其滷化衍生物。

在本發明的一種實施方式中，將來自至少一個上變頻器的光施加到需要處理的對象的目標結構中，其中，光與目標結構接觸並在對象的介質中原地引發目標結構中的變化，並且預定的變化修飾目標結構和調節目標結構的生物活性。在本實施方式中，引發能量能夠完全穿透對象。在本實施方式中，光可以在具有或沒有能量調節劑或光活化劑的情況下，引起目標結構中的預定變化。

在本實施方式中，可以給對象施用能量調節劑，對象將光聚集、強化或修改為實現目標結構中的預定變化的能量。在本實施方式中，能量調製劑可以具體位於目標結構的周圍、上面或裡面。在本實施方式中，能量調節劑還可以將引發電磁能量轉換成實現目標結構的預定變化的光子或另一種電磁能量。在本實施方式中，能量調節劑可以減小引發能量的波長。在本實施方式中，能量調節劑可以增加引發能量的波長。在本實施方式中，能量調節劑可以增加引發能量的波長。在本實施方式中，能量調節劑可以包括從生物相容性螢光金屬納米粒子、螢光金屬氧化物納米粒子、覆有金屬的螢光金屬氧化物納米粒子、螢光染料分子、金納米粒子、銀納米粒子、覆有金的銀納米粒子、由聚醯胺-胺型樹枝狀化合物包封的水溶性量子點、螢光素酶、生物相容性磷光分子、組合的電磁能量採集器分子和表現出強發光的鑭系元素螯合物中選擇的一種或更多種。

在本實施方式中，預定變化可以或可以不造成對目標結構的破壞、溶解或失活。在本實施方式中，預定變化可以增強目標結構的活性。增強的活性可以是來自目標的能量發射，能量發射進而介導、引發或增強對象中的其他目標結構的生物活性或第二目標結構的生物活性。

在本實施方式中，目標結構可以是真核細胞、原核細胞、亞細胞結構中的至少一種。亞細胞結構可以是細胞膜、核膜、細胞核、核酸、線粒體、核糖體或者其他細胞器或成分。在本實施方式中，目標結構可以是細胞外結構、病毒或朊病毒、細胞組織中的至少一種。

在本實施方式中，預定變化可導致對對象中的症狀、異常或疾病的處理。症狀、異常或疾病可以是以下中的至少一種：癌症；發生在軟組織和/或軟骨中的疾病；發生在骨組織中的疾病；慢性疼痛；自身免疫疾病；朊病毒的、病毒的、細菌的、真菌的或寄生的感染；以靜脈曲張為特徵的疾病；以前列腺肥大為特徵的疾病；以視網膜損傷為特徵的疾病和其他眼疾；以行為、知覺和/或認知異常為特徵的疾病；或帕金森疾病。

在本實施方式中，預定的變化可以是：創傷癒合；組織生長的加強；神經再生或知覺再生/修復；脂肪沉積的減少或去除(吸脂術)；利用光的神經(腦部)成像和刺激或對腦細胞活性的直接控制；細胞死亡(細胞凋亡)的調節；調節細胞生長與分裂；細胞中的細胞內成分的活性、數量或數目的調節；或由細胞產生、分泌或與細胞相關聯的細胞外成分的活性、數量或數目的調節。

在本實施方式中，可使用來自至少一個上變頻器的光在目標結構中生成熱，並且該熱可以增強對預定的變化的誘導。在本實施方式中，預定的變化可以修改目標結構和調節目標結構的生物活性，從而對影響目標結構的症狀、異常或疾病進行處理。

在一種實施方式中，提供了用於能量上變頻的系統。該系統包括至少一個以以下方式配置的上變頻器：在暴露於具有波長λ1或以波長λ1為中心(也被已知為以頻率f1或ν1為中心的頻率窗)的第一組輻射時，產生以波長λ2為中心的第二組輻射，相比較以波長λ1為中心或具有波長λ1的第一組輻射，上述第二組輻射具有較高的量子能級。以期望的中心頻率為中心的頻率窗中的頻率範圍可以非常窄，並且在理想條件下，頻率窗僅包含具有單一頻率的一種單色輻射。

在另一種實施方式中，提供了用於在介質中產生光刺激反應的系統。該系統包括至少一個以以下方式配置的上變頻器：在暴露於具有波長λ1的第一輻射時，產生具有第二波長λ2的第二輻射，相比較具有波長λ1的第一輻射而言，該第二輻射具有較高的量子能級。

流體的殺菌與低溫巴氏殺菌

下面的表1示出了使用uv光輻射進行的殺菌破壞的適當強度。

表1破壞所需的殺菌能量

在本申請中，已知具有254nm波長的紫外線(uv)易於使大多數類型的微生物失活。由於大多數果汁中的高懸浮固體，所以大多數果汁對uv都是不透明的，因此，通常用於水處理的常規uv處理不能用於處理果汁。為了使得該處理高效，使用由玻璃配置成的薄膜反應器，其中，果汁沿著作為薄膜的豎直玻璃管的內表面流動。參見tran等在innovativefoodscience&emergingtechnologies(volume5,issue4,december2004,pages495-502)上發表的「ultraviolettreatmentoforangejuice」，其全部內容通過引用合併到本申請中。tran等人報告：針對還原橙汁(oj；10.5°brix)所需要的90％殺滅的劑量，對於標準的菌落總數(apc)的酵母和黴菌分別是87±7mj/cm2、119±17mj/cm2。他們還報導：在對uv的有限暴露(73.8mj/cm2)的情況下，新榨出來的橙汁的保質期延長到五天。使用hplc和測量的滴定法來調查研究uv對維生素c的濃度的影響。當暴露在100mj/cm2的高強度uv下時，維生素c的降解是17％，其類似於通常在熱殺菌中所發現的降解率。還測量了果膠甲基酯酶(pme)活性，其是果汁的濁度損失的主要原因。橙汁的uv處理所需的能量(2.0kwh/m3)遠小於熱處理中所需的能量(82kwh/m3)。果汁的顏色和ph不會明顯受到處理的影響。

相比較該方法，本文所描述的本發明提供了以下優點：可以將本發明的上變頻器布置在橙汁(或其他流體介質)內的如石英或玻璃等固定物(封裝結構)中，並且使用提供的微波或rf功率對本發明的上變頻器進行照射，以活化橙汁中的包封的本發明的上變頻器結構。

雖然關於橙汁進行了討論，但是包括食品、醫療產品和化妝品等待殺菌的任何其他介質都可以使用本文所描述的本發明技術來處理。

血液製品的殺菌

美國專利no.6,087,141(其全部內容通過引用合併到本申請中)描述了用於對輸血產品進行殺菌的紫外光活化補骨脂素過程。本發明可應用於輸血產品中的aids與hiv或其他病毒或病原體的中和。在本實施方式中，至少一種可光活化試劑選自補骨脂素、膽甾醇油酸酯芘、吖啶、卟啉、螢光素、羅丹明、16-二氮可的松、乙錠、博萊黴素的過渡金屬配合物、去糖博萊黴素的過渡金屬配合物、有機鉑配合物、咯嗪、維生素ks、維生素l、維生素代謝物、維生素原、萘醌、萘、萘酚、及其具有平面分子構象的衍生物、卟啉、染料和噻吩嗪衍生物、香豆素、喹諾酮、醌、蒽醌、卟啉烯(porphycene)、rubyrin、洛塞琳、六啉、四吡咯(sapphyrin)、葉綠素、二氫卟酚、酞菁、紫菜嗪、細菌葉綠素、脫鎂葉綠素、基於texaphyrin大環的成分、或其金屬化衍生物。這些可光活化試劑用作針對由下變頻或上變頻引起的二次生成光的接受者。

本發明的本實施方式或其他實施方式中的接受者可以包括雷射染料、螢光團、發光團或磷光團中的至少一種。雷射染料可以是如下中的至少一種：對三聯苯、磺醯羅丹明b、對四聯苯、羅丹明101、2-羥基喹啉(curbostyryl)124、高氯酸甲酚紫、popop、dodc碘化物、香豆素120、磺醯羅丹明101、香豆素2、4-高氯酸惡嗪、香豆素339、pcm、香豆素1、170-高氯酸惡嗪、香豆素138、耐爾藍a高氯酸、香豆素106、1-高氯酸惡嗪、香豆素102、吡啶1、香豆素314t、苯乙烯基7、香豆素338、hidc碘化物、香豆素151、ptpc碘化物、香豆素4、隱花青染料、香豆素314、dotc碘化物、香豆素30、hitc碘化物、香豆素500、hitc高氯酸鹽、香豆素307、pttc碘化物、香豆素334、dttc高氯酸鹽、香豆素7、ir-144、香豆素343、hditc高氯酸鹽、香豆素337、ir-no、香豆素6、ir-132、香豆素152、ir-125、香豆素153、硼-二吡咯亞甲基、hpts、螢光素、羅丹明110、2,7-二氯螢光素、羅丹明65與羅丹明19高氯酸鹽、羅丹明b、和這些雷射染料的衍生物，該衍生物是通過添加適當的取代基以修改溶解度或調節它們在生物環境內的相互作用來改性的。

在本發明的多種實施方式中，接受者是執行其他功能的二次試劑。適用於本發明的二次試劑包括二次發光體、細胞毒素試劑、磁共振成像(mri)試劑、正電子發射x線斷層照相(pet)試劑、放射成像試劑、或光動力治療(pdt)試劑。

將這些可光活化試劑(接受者與二次試劑)引入到血液製品(或患者的血流)中。向血液製品(或向患者)施加微波或rf功率。本發明的包含氣體的上變頻器結構(包含在血液製品或包封結構中的任何一種中)產生對血液製品中的可光活化試劑進行活化的光，如uv光。在一種實施方式中，本發明的包含氣體的上變頻結構結合有x射線下變頻粒子或其他能量調節劑，使得如x射線輻射也可以在該過程中有幫助。

在具體的示例中，可光活化試劑是補骨脂素、香豆素或其衍生物，並且如上所討論的，可以對活體內(即，在患者體內)的血液製品或血液製品的容器中的血液製品(如，捐獻的血液)進行殺菌。可以施加處理，以處理異常如癌細胞、腫瘤細胞、自身免疫缺乏症病毒，或通過補骨脂素、香豆素或其衍生物來處理血液傳輸的殺菌劑。

廢水除毒

還已經將光催化用作針對廢水的三級處理以符合規定的排放限制並氧化在生物處理中沒有被氧化的化合物。已經使用光催化作用非常成功地減小或消除了若干種汙染物(例如，鏈烷、烯烴、苯酚、芳烴、殺蟲劑)。在許多情況下，已經觀察到有機化合物的完全礦化。已經研究了若干種光催化劑，如cds、fe2o3、zno、wo3和zns，但是最好的結果是使用tio2p25來實現的。這些光催化劑可以用在本發明中。

煉油廠的廢水是由過程中所使用的設備的洗滌產生的廢水、不期望的廢水和生活汙水。這些廢水除了溶液中的其他有機化合物，還具有很高的油與油脂含量。這些汙染物形成可以對環境造成嚴重毒害的殘留的化學需氧量(cod)。

已知光催化作用可以用於廢水還原修復。在美國專利no.5,118,422中(其全部內容通過引用合併於此)，cooper等人描述了用於淨化包含有可氧化的汙染性化合物的水原料的用紫外線驅動的光催化的後處理技術。在本工作中，將水原料與光催化半導體粒子(如，tio2、zno、cds、cdse、sno2、srtio3、wo3、fe2o3和ta2o5粒子)混合，上述半導體粒子具有在大約0.01微米到大約1.0微米範圍內的粒子尺寸，並且按水的重量計具有是大約0.01％到大約0.2％之間的量。包括半導體混合物的水暴露於帶隙光子充分的時間來實現可氧化的汙染物的氧化以淨化水。使用錯流膜過濾來將經淨化的水與半導體粒子分離開。cooper等人示出了：使用再循環間歇反應器將處於標稱40ppm水平的模擬回收水的有機雜質碳成分減小至十億分之幾的水平。

cooper等人認識到：光催化過程的一個很重要的方面是將有機分子吸收到由分散在水中的細分粉末呈現的極大表面區域上。cooper等人還指出，在光電化學應用中，優點得自以下事實：固相(金屬氧化物半導體)還是光活化的，並且所產生的電荷載體直接涉及有機氧化。半導體粒子對帶隙光子的吸收導致了電子(e-)/空穴(h+)對的形成。cooper等人說明：在導帶中產生的電子與溶解氧反應形成了二氧陰離子(o2-)物質，二氧陰離子隨後經歷進一步的反應，產生了強氧化性的羥基自由基物質，即·oh。已知這些強氧化劑通過它們自身來氧化有機化合物。此外，cooper等人說明：價帶中生成的強氧化空穴具有足夠的能量來氧化所有的有機鍵。

在cooper等人的反應器中，為了確保廢水汙染物和光催化二氧化鈦粒子暴露於uv光，湍流是必需的。cooper等人說明：光催化劑光吸收的最基本的考慮和其與對流混合的關係。對於0.1wt％的光催化劑加載，實驗表明90％的光在0.08cm內被吸收。這主要是由於光催化劑的uv吸收係數大，因此，大多數的光電化學作用發生在此被照明的區域。通過操作cooper等人的反應器，在具有4000的雷諾數(re)情況下，確保了光活化區域的大部分位於經充分混合的湍流區內。

在braz.j.chem.eng.vol.23,no.4,2006上發表的「photocatalysisasatertiarytreatmentforpetroleumrefinerywastewaters」(其全部內容通過引用合併到本申請中)中，santos等人指出：用於針對煉油廠廢水的三級處理的光催化作用令人滿意地將汙染物質的量減小到規定的排放限制的水平，並且氧化了在生物處理中不能被氧化的持久性化合物。煉油廠(reduc/petrobras，巴西的一家煉油廠)所使用的處理順序是油/水分離，繼之以生物處理。儘管在生物需氧量(bod)去除方面的處理效率很高，但是仍然剩餘有殘餘的持久性cod以及苯酚成分。煉油廠的煉製能力是每天41,000m3，每小時產生1,100m3的廢水，這些廢水直接排放到瓜納巴拉灣(裡約熱內盧)。處理殘餘和持久性的cod仍是優先考慮的事情。

santos等人開展了在包含有60ml廢水的開放的250ml反應器中進行的第一組實驗。在第二組實驗中，使用了包含有550ml廢水的環形反應器(depaoliandrodrigues,1978)。通過磁力攪拌來將反應器內的反應混合物維持為懸浮。在所有的實驗中，空氣持續在整個懸浮液中生成氣泡。使用250w的飛利浦(phillips)hpl-n介質壓力汞蒸氣燈(除去它外部的燈泡)作為uv光源(λ>254nm處輻射通量為108j·m–2·s–1。在一組實驗中，將燈布置在液體表面的上方固定高度(12cm)處。在第二組中，將燈插入到孔中。santos等人的所有實驗都是在25±1℃下進行的。催化劑濃度在從0.5gl-1到5.5gl-1的範圍內，並且初始ph在從3.5到9的範圍內。

在本文所描述的本發明的一種實施方式中，本發明的上變頻器可以布置在廢水中的石英或玻璃固定物內，或可以布置在廢水內的二氧化矽包封的結構上，如光催化tio2的上變頻器在照射期間可以在廢水中被帶走。

在受到用例如微波或rf功率的照射時，本發明的包含氣體的上變頻器結構的活化會在光催化劑存在的附近產生uv光。換言之，針對本實施方式，將本發明的包含氣體的上變頻器結構與廢水液流中光催化半導體粒子混合，外部活化能量源穿透容器(例如，塑料或鋁容器)並且照射廢水的整體，從而，在整個廢水中產生uv光，所產生的uv光又驅動光催化反應。在一種實施方式中，本發明的上變頻器配合有x射線下變頻粒子或其他能量調節劑，使得如x射線照射也能夠輔助該過程。

在其他實施方式中，來自包含氣體的上變頻器結構的光可以結合更多常規的微波化學處理來使用，以有利於化學處理。美國專利no.4,946,797和no.5,840,583(兩者通過引用合併到本申請中)。

美國專利no.4,946,797描述了以下過程：在蛋白浸煮的開始以及之後的過程中，將微波能量施加到酸/樣本混合物。在中斷微波能量的施加後，通過脈動添加的水來稀釋蒸煮液(digestate)，繼之以持續地加水。以這種方式進行的稀釋防止了氣體逸出的驟增，並且消除了對中間冷卻步驟的需要，從而減少了處理時間。在本發明中，對來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的光的應用，尤其是uv波長範圍內的光的應用，可以直接或通過使用如上所述的催化劑來有利於這些混合物的蒸煮。

美國專利no.5,840,583描述了用於微波輔助的化學過程的方法，上述過程包括：施加充足的微波輻射給溫度受監測的試劑混合物，其中至少一種試劑對微波範圍內的電磁輻射起熱反應，並且基於監測的溫度來維持添加的試劑處於或大約接近預定的溫度，從而基本上避免了由將一種試劑添加到另一種試劑中而造成的熱稀釋(或在充分的熱吸收能夠發生以前)。美國專利no.5,840,583專利描述了：處理通常表示的是對樣品的氧化，從而包括碳到二氧化碳、氫到水或水蒸氣的轉化。一些使用如無機酸等液體氧化試劑的氧化過程被稱作「溼法灰化」、「溼法氧化」或「蒸煮」。在本發明中，對來自本發明的包含氣體的上變頻器結構的光的應用，還可以直接或通過如上所述的催化劑來輔助這些混合物的蒸煮中的熱反應試劑(液體氧化試劑)。

光刺激

光刺激是施加光以改變或變化物理屬性的領域。例如，在消費和生物醫學領域，越來越多地關注對生物可降解聚合物的使用。聚乳酸(pla)塑料和聚羥基烷酯(pha)塑料在實現上述目的中起到極其重要的作用。但是它們相對疏水的表面限制了它們在各種應用中的使用。因此，需要對這些膜表面進行表面改性。由於沒有任何可修飾的側鏈基，所以工作人員針對這些生物聚合物的表面改性使用了順序的兩步光接枝技術。在步驟1中，將二苯甲酮光接枝到膜表面，在步驟2中，從膜表面光聚合如丙烯酸和丙烯醯胺等親水單體。

工作人員發現uv照射可以實現有效的接枝共聚和。已經使用了在乙醇中的uv輔助的光接枝，以從pla、pha和pla/pha共混膜的表面生長親水性聚合物(如，聚(丙烯酸)和聚丙烯醯胺)。在該項工作中，通過將n,n-二甲基氨乙基丙烯酸酯(dmaem)光接枝到膜表面來製備功能性的聚氨酯(pu)表面。通過結合使用光氧化和照射接枝來進行接枝共聚和。對pu膜進行光氧化以將過氧化氫基引入到表面上，然後，使用uv光照射先前浸入在單體溶液中的膜。在本發明之前的結果表明，uv照射能夠有效地實現接枝共聚和。

在本文所描述的本發明中，通過在用於光刺激的流體介質中分散地包括本發明的上變頻器結構來加速這些過程。在微波或rf照射時，本發明的上變頻器可以產生uv光，使得能夠在容器內並行地發生分批或大量型處理。

光失活

在許多工業過程中，尤其是食品和飲料工業，使用酵母來產生介質的變化如初級產品的糖轉化。一個特別突出的示例是在葡萄酒工業中。阻止葡萄酒的任何進一步發酵可以保持當前的甜度水平。同樣地，使得葡萄酒進一步發酵僅可以使葡萄酒甜度隨著時間減小。最終，葡萄酒會完全變幹，此時發酵會自動停止。這是因為在發酵過程中酵母將糖轉化成了醇。

想要阻止發酵過程本身是有百利而無一害的。但不幸的是，實際上沒有實用的方法來成功地阻止發酵在其軌跡上停止。可以添加如亞硫酸鹽和山梨酸酯等添加劑，以穩定發酵的產物和阻止進一步的發酵。許多釀酒師又藉助於如在亞硫酸鈉或campden片中發現的亞硫酸鹽等來尋找答案。但是，這兩項不能夠可靠地殺死足夠的酵母來保證完全阻止活性，至少不是使得葡萄酒為仍可飲用的正常劑量。

一旦來自這些成分中的任何成分的大多數亞硫酸鹽從葡萄酒中擴散到空氣中，如亞硫酸鹽所做的，如果給予足夠的時間，則剩餘的少量存活的酵母細胞很可能會再次繁殖和發酵。這通常發生在大多數不方便的時間，如在葡萄酒被裝入瓶中和儲藏之後。

山梨酸鉀是許多釀酒師在試圖阻止葡萄酒的任何進一步發酵時所考慮的另一種成分。圍繞該產物有許多誤解。其通常是當需要增甜葡萄酒時為家庭釀酒書所要求的。這是發酵已經完成並且準備好裝瓶時的情況。將山梨酸鉀與用於增甜的糖來一起添加。

山梨酸鉀阻止了酵母發酵新添加的糖，所以，許多釀酒師認為山梨酸鉀也可以阻止活性發酵，但是，山梨酸鉀根本不能殺死酵母，而是使酵母不能繁殖。換言之，它損害了酵母的繁殖能力。但是，它不會妨礙酵母將糖發酵成酒精的能力。

已知紫外光破壞酵母培養物，但由於uv光不具有完全穿透流體介質的能力，使得其應用受到限制。雖然，可以用熱來破壞酵母的活性，但是產品的烹調可能是不成熟的或可能產生不期望的稠度和味道上的變化。對於液體或流體食品，上述相同的技術可以用於在此所述的應用。對於非液體產品，可以添加具有很小或優選地不具有毒性的能量調節劑(如，鐵氧化物或鈦氧化物)。在此，這些添加劑的濃度很可能會受到任何不期望的味道變化的限制。

在此，由本發明的上變頻器產生的uv光可以使酵母失活。

聚合物的光活化交聯及固化

在本應用中，設置有本發明的上變頻器並且將上述上變頻器分布到基於未固化聚合物的介質中，用於介質中光敏劑的活化，以促進基於聚合物的介質的交聯及固化。在一種實施方式中，在被添加到聚合物以前，本發明的上變頻器與其他下變頻發光粒子或其他能量調節劑配合。

對於粘合和表面塗覆應用，由於uv光在所處理的介質中的穿透深度，使得光活化處理受到了限制。在光活化粘合和表面塗覆處理中，主要的限制是：待固化的材料必須看見光-類型(波長或譜分布)和強度兩者。該限制表示一種介質通常必須傳輸適當的光。在粘合和表面塗覆應用中，因為存在必須穿過其才能進行後續固化的密封外皮，所以任何「陰影」區會需要二次固化機理，增加在非陰影區上的固化時間並且還延遲固化時間。

常規地，使用溼固化機理、熱固化機理和光引發固化機理來引起活性成分如活性矽酸鹽、聚合物和粘合劑的固化，即，交聯。這些機理基於縮合作用，由此溼氣使某些基團水解，或基於可以由某種形式的能量如電磁輻射或熱引發的加成反應。

本文所描述的本發明的可以使用以下光活化固化聚合物和添加有本發明的上變頻器的本領域已知的其他聚合物中的任何一種。

例如，一種適合的光活化聚合物化合物包括具有丙烯酸酯的官能團的uv固化矽樹脂。lin的美國專利no.4,675,346(其全部內容通過引用合併到本申請中)指向包括有至少50％的特定類型的矽樹脂、至少10％的煅制氧化矽和光引發劑及其固化組合物的uv可固化聚矽氧烷組合物。其他適合於本發明的已知uv固化聚矽氧化物組合物包括包含有(甲基)丙烯酸酯官能團的有基矽氧烷、光敏劑和固化成硬膜的溶劑。其他適合於本發明的已知uv固化聚矽氧烷組合物包括以下組分：每個分子平均具有至少一個丙烯醯氧基和/或甲基丙烯醯氧基的有機矽氧烷；低分子量的聚丙烯醯胺(polyacrylyl)交聯劑；和光敏劑。

樂泰(locite)公司設計和開發出了uv和uv/潮溼雙可固化聚矽氧烷組合物，其還展示出了對易燃性與可燃性的很高的抵抗力，其中，阻燃成分是水合氧化鋁與從過渡金屬的有機金屬配體複合物、過渡金屬的有機矽氧烷配體複合物和其組合中選擇的一種的組合。參見bennington的美國專利no.6,281,261及no.6,323,253。這些組成也適合於本發明。

其他已知的uv可光活化聚矽氧烷包括功能化有如羧化物、馬來酸、肉桂酸和其組合的聚矽氧烷。這些配劑也適合於本發明。其他適合於本發明的已知的uv可光活化矽樹脂包括安息香醚(「uv自由基產生劑」)和自由基聚合性官能聚矽氧烷聚合物，如在美國專利no.6,051,625中所描述的，其全部內容通過引用合併到本申請中。基於可固化組分的總重量以0.001wt％到10wt％來包含uv自由基產生劑(即，安息香醚)。通過照射用作聚合反應的引發劑的組合物來產生自由基，並且可以以與聚合性官能度相關的催化量來在對象組合物中添加自由基產生劑。在這些聚矽氧烷中還可以包括結合有矽鍵合二價氧原子化合物，其可以形成矽氧烷鍵，同時在每種情況下剩餘的氧可以結合到另一個矽以形成矽氧烷鍵，或可以結合到甲基或乙基以形成烷氧基團，或可以結合到氫以形成矽醇。這樣的化合物可以包括三甲基甲矽烷基、二甲基甲矽烷基、苯基二甲基甲矽烷基、乙烯基二甲基甲矽烷基、三氟丙基二甲基甲矽烷基、(4-乙烯基苯基)二甲基甲矽烷基、(乙烯基苯基)二甲基甲矽烷基和(乙烯基苯乙基)二甲基甲矽烷基。

本發明的光引發劑成分不限於上述這些自由基發生器，而是可以是本領域已知的任何光引發劑，包括前面提到的安息香及取代安息香(例如，烷基酯取代安息香)、米酮、二烷氧基苯乙酮如二乙氧基苯乙酮(「deap」)、二苯甲酮及取代二苯甲酮、苯乙酮及取代苯乙酮、以及氧雜蒽酮和取代氧雜蒽酮。其他期望的光引發劑包括deap、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香異丙醚、二甲氧基氧雜蒽酮、氯-硫代-氧雜蒽酮、偶氮二異丁腈、n-甲基二乙醇胺二苯甲酮和其混合物。可見光引發劑包括樟腦酮、過氧化酯引發劑和非芴羧酸過氧化酯。

適合於本發明的可商用的光引發劑的示例包括來自vantico,inc.、brewster、n.y的irgacureh和darocur商品名稱下的這些光引發劑，具體是irgacure184(1-羥基環己基苯基甲酮)、907(2-甲基-1-(4-甲硫基苯基)-2-嗎啉基-1-丙酮)、369(2-苯基苄-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉苄苯基)-1-丁酮)、500(二苯甲酮和1-羥基環己基苯甲酮的組合)、651(2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮)、1700(二(2,6-二-二甲氧基苯醯)-2,4,4-三甲戊基膦氧化物和2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮的組合)、819(苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)氧化膦)、darocur1173(2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮)、4265(2,4,6-三甲基苯甲醯基-二苯基氧化磷和2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙基酮的混合物)、以及irgacure784dc(二(η-5-2,4-環戊二烯-1-基)-二[2,6-二氟-3-(1h-吡咯-1-基)苯基]鈦)。

一般地，光引發劑(或自由基產生劑)的量按重量計應該在大約0.1％到大約10％的範圍內，如按重量計大約2％到大約6％。對於安息香醚的自由基產生劑濃度一般是可固化組合物的總重量的0.01％到5％。

還可以以固化組合物的有效量包括溼固化催化劑。例如，按重量計從大約0.1％到大約5％，如按重量計從大約0.25％到2.5％的溼固化催化劑可以用在本發明中以有利於除了光活化固化之外的固化過程。這些催化劑的示例包括鈦的有機化合物、錫的有機化合物、鋯的有機化合物及其組合。鈦酸四異丙氧酯(tetraisopropoxytitanate)和鈦酸四丁氧酯(tetrabutoxytitanate)適合作為溼固化催化劑。見美國專利no.4,111,890，其公開內容通過引用明確地合併到本申請中。

包括在傳統矽樹脂組分(以及其他無機和有機粘合聚合物)中的適用於本發明的是各種無機填料。例如，由kish提供的q-cel商品名下的中空微球是自由流動的白色粉末。一般地，這些硼矽酸鹽空心球被用作活性樹脂系統中的增量劑，通常用來取代重質填料如碳酸鈣，由此減小了其所形成的合成材料的重量。q-cel5019空心微球是由液體置換密度為0.19g/cm2、平均粒子尺寸為70微米以及粒子尺寸範圍是10μm到150μm的硼矽酸鹽構成。其他q-cel產品以表格的形式示出。另一種可商用的中空玻璃微球是由kish售賣的商品名稱sphericel下的商品。sphereicel110p8具有大約11.7微米的平均粒子尺寸和大於10,000psi的壓碎強度。其他可商用的中空玻璃微球是由schundler公司、metuchen、n.j售賣的perlite商品名稱下的商品以及由whitehousescientificltd.、chester、ukand3m、minneapolis、minn售賣的scotchlite商品名稱下的商品。

一般地，這些無機填料成分(和其他如煅制氧化矽)給經固化的組分添加了結構屬性，並且賦予處於未固化狀態的組分以可流動性屬性以及增加對uv固化輻射的透射率。如果具有煅制氧化矽，則煅制氧化矽可以以最高至50的重量百分數的水平來使用，所期望的重量百分數水平範圍是從大約4到至少大約10。雖然二氧化矽的精確水平可以隨著具體矽的特性以及組分和其反應產物的期望屬性來變化，但是本領域的普通技術人員應該慎重地採取措施以使得獲得具有適當水平的透射率的本發明的組分，從而使得uv固化能夠發生。

期望的疏水二氧化矽包括經六甲基二矽氮烷處理的二氧化矽，如可以從wacker-chemie、adrian、mich商業地獲得的商品名稱hdk-2000的那些。其他期望的疏水二氧化矽包括經聚二甲矽氧烷處理的二氧化矽，如可以從cabotcorporation商業地獲得的商品名稱cab-o-siln70-ts下的商品，或從degussacorporation商業地獲得的商品名稱aerosilr202下的那些。還有其他的二氧化矽，包括經三烷氧基矽烷處理的二氧化矽，如可以從degussa商業地獲得的商品名稱下aerosilr805下的經三甲氧基矽烷處理的二氧化矽；和可以從degussa商業地獲得的商品名稱r972、r974和r976下的經3-二甲基二氯甲矽烷處理的二氧化矽。

雖然這些無機填料擴展了常規的uv固化聚矽氧烷體系的使用以使得能夠超過uv穿透的外皮深度來對材料進行固化，但是這些無機填料不能單獨克服遮蔽效應並且遭受uv散射，其有效促進較小的穿透深度。在本文中的本發明中，對這些無機填料連同發光粒子的包括提供了以下機理：通過該機理，均勻的光活化固化可以發生在通常被遮蔽或不在外部uv或其他光源到達範圍的區域中的粘合固化組件的主體的內部深處。

從而，在本文所述所述的本發明的該示例中，使用常規混合、加熱和孵化技術來製備常規的聚矽氧烷和聚合性粘合、釋放或塗覆成分。在這些常規組合物中包括有本發明的上變頻器結構。這些組合物可以施加到待固定在一起的對象的表面，或施加到需要硬塗層或以可固化形式澆鑄用於生成模製對象的表面。在活化時，這些組分可以產生用於包含聚合物組合物的發光粒子的光活化固化的輻射光。這些組合物中的上變頻器結構的密度可以取決於包含有組合物的發光粒子的「透光度」。這些組合物包含如上所討論的大量的無機填料，例如，相比較透光度會被大幅減小的具有黑色色素的組合物而言，上變頻器結構的濃度可以減小。

bach等人的美國專利no.7,294,656(其全部內容通過引用合併到本申請中)描述了一種可以通過uv輻射固化的非水組合物，該非水組合物大致包括兩種uv可固化的聚氨酯丙烯酸酯的混合物，相比較傳統的可輻射固化組合物，上述聚氨酯丙烯酸酯具有若干優點。使用uv-c(200nm-280nm)、uv-b(280nm-320nm)、uv-a(320nm-400nm)和可見(400nm及以上)輻射，bache等人所提出的組合物可在相對較短的時間內固化。具體地，可以使用具有等於或大於320nm的波長的輻射來固化bache等人提出的組合物。如果被充分地固化(不考慮所使用的輻射類型)，bache等人提出的組合物表現出至少與常規覆層相當的硬度和衝擊強度。

在本文所描述的本發明中，將上變頻器添加到bach等人提出的這些組分中。由於外部能量源更深地穿透bach等人提出的組合物的整體的事實，所以可以實現更厚的表面覆層。此外，可以將覆層施加給製備有如凹槽或突出的複雜表面。

電磁場可視化探頭

在一種實施方式中，本發明的包含有氣體的上變頻器結構被設計成在低q、弱場條件下產生等離子激發，使得在分散有上變頻器的介質中沒有發生無意的加熱。該能力使得本發明的上變頻器能夠用在(可移除和可插入)高功率電磁源上或附近的封裝結構中。例如，在微波電路的開發與測試中，通常需要推斷微波洩漏的路徑(尤其是，如果微波洩漏的路徑或操作在諧振頻率)。在一種實施方式中，填充有可電離氣體的隔離的氣體腔可以被封裝在如由保護用戶的電絕緣材料製成的棒中。上述棒然後被用作探測高電場強度的區域的測試探針。可替代地，在一種實施方式中，上述棒可以包括連接至微波電源的微波天線。來自天線的場強通常不會(在沒有外部場的情況下)在隔離的氣體腔中引起等離子激發。

在處於低功率時，上述棒可以物理地探測微波場強，其中，高場強區產生等離子激發和來自上述棒的可以對用戶可見的光發射。本發明的寬帶上變頻器中的腔的小尺寸對於不從正在被評估的微波電路中提取大量的功率是有利的。

在另一種實施方式中，可以針對高功率ac和rf電路或變壓器的測試來設計上述棒。在本實施方式中，上述棒還可以包括前面所述的給隔離的氣體腔提供局部微波功率源的微波天線。功率水平可以設置為小於氣體腔的激發閾值。但是，由於上述棒和隔離腔被移動到強電場的區域中，所以強電場可以從微波天線補充能量並產生等離子激發。

在另一種實施方式中，上述棒包括隔離的氣體腔，其中，不同的氣體腔填充有具有不同電離勢或處於不同壓力下的氣體。開始的氣體激發具有一種顏色，而處於較高電離勢的隨後的氣體激發可以顯示出不同的顏色。以這種方式，電場的相對大小可以通過不同的顏色來表明。例如，藍色發光可以使用氬氣來建立，而紅色發光可以通過氮氣來建立，使得藍色可以被用戶認為是相對較低的電場強度的代表，而紅色發光可以是相對較高的電場強度的代表。

在某些環境中，如在高功率、高壓電線上的工作人員可以使用上述棒作為對功率存在的安全檢查。在本方面，確認輸電線上的功率的存在不需要棒與高壓器件的接觸。

光源

在一種實施方式中，本發明的包含氣體的上變頻器結構被設計成在低q、弱場條件下產生等離子激發，以使得在分散有上變頻器的介質中不發生無意的加熱。該能力使得本發明的上變頻器能夠被用作與上述微腔光源類似的光源。上述微腔光源取決於電容性電場耦合產生擔負發光的等離子體。該功率耦合機制固有地對照明器件的陽極進行加熱，最終將功率限制到一個點上，在該點處，局部加熱破壞微腔光源的材料。相反地，該功率耦合機制需要用於維持等離子體的電場強度和電壓的很高的值。實際上，針對等離子操作，上述微腔光源通常需要上百伏特。

微波耦合避免了這些問題，並且是解決在沒有陽極損耗問題的情況下耦合功率的一種無電極方法。

檢測探針

如上面所記錄的，微波耦合避免了這些問題，並且是解決在沒有陽極損耗問題的情況下耦合功率的一種無電極方法。雖然這使得能夠從微腔器件獲得較強的發光，但它還使得能夠使用較低功率來獲得發光。

因為人類眼睛和現代檢測器的敏感性，即使低水平發光度器件在診斷領域也可以很有用。例如，在許多宏觀構造工件的檢測中，(如，鋼結構、金屬鑄造、混凝土澆築、塑性模製、瀝青攤鋪等)，通常使用肉眼和著色技術。除此之外，還使用更加昂貴的x射線和超聲技術。

在此，在一種實施方式中，本發明的包含氣體的上變頻器結構是微觀尺寸的，以使得上變頻器可以施加到製品的表面。例如，上變頻器可以懸浮在溶液中，並且可以在待測試裂縫的工件上衝洗。微觀尺寸表示：寬帶上變頻器可以優先地被保留在非表面區(如，混凝土中的裂縫或坑中)。使用手持微波源(或將工件放置在微波共振器內)的輻射會產生等離子發射，其強度在設置有較多上變頻器的地方會顯示得較為強烈。也可以使用數字攝像機來記錄缺陷出現的地方。

在本發明中進行了一般性的描述，可以通過參考某些具體示例獲得對本發明的進一步理解，上述具體示例是僅出於說明的目的提供在本文中的，除非具體指出，否則上述具體示例無意成為本發明的限制。

鑑於上述教導，可以對本發明進行許多修改和變化。因此，應當理解，在所附權利要求的範圍內，本發明可以以除了本文中所具體描述的之外的方式來實施。

本技術還可以如下配置。

1.一種用於在介質中產生變化的方法，包括：

(1)在所述介質的附近放置包括用於等離子激發的氣體的至少一個上變頻器，

所述上變頻器被配置成：在暴露於引發能量時產生用於發射到所述介質中的光；以及

(2)從能量源給所述介質施加包括第一波長λ1的所述引發能量，其中，所述發射光直接或間接地使所述介質產生變化。

2.根據1所述的方法，其中，所述施加包括：

遍及包括所述介質的人工容器的至少一部分施加所述引發能量。

3.根據2所述的方法，其中，所述施加包括：

穿過人工容器傳輸所述引發能量，所述人工容器包括石英容器、玻璃容器、塑料容器或它們的組合中的至少一種。

4.根據1所述的方法，其中：

緊鄰所述介質設置至少一個上變頻器；

在所述介質外部設置至少一個上變頻器；

在所述介質內設置至少一個上變頻器，或者

在所述介質內以一定密度設置多個上變頻器，以所述密度，所述發射光照射所述介質的一部分。

5.根據1所述的方法，其中，所述放置包括：在所述介質內隔離設置多個上變頻器。

6.根據1所述的方法，還包括：

將所述上變頻器設置在流化床中；

將所述上變頻器設置在延伸到容納所述介質的所述人工容器中的凹入結構中；或者

將所述上變頻器設置在容納所述介質的人工容器的內壁上。

7.根據1所述的方法，其中，所述施加包括：將所述引發能量施加給廢水以減少所述廢水中的汙染物。

8.根據1所述的方法，其中，所述施加包括：將所述引發能量施加給流體以對所述流體進行殺菌。

9.根據8所述的方法，其中，所述施加包括：對血液製品進行殺菌。

10.根據1所述的方法，其中，所述施加包括：施加所述引發能量以改變所述介質中的物品的表面結構。

11.根據10所述的方法，其中，所述施加包括：給所述物品的表面上光接枝分子物質。

12.根據1所述的方法，其中，所述施加包括：

從外部能量源施加所述引發能量；或者

從至少部分地在容納所述介質的人工容器中的源施加所述引發能量。

13.根據1所述的方法，其中，所述施加包括：從發射x射線、高能粒子、微波、無線電波或磁感應中的至少一種的源施加所述引發能量。

14.根據1所述的方法，其中，從能量源施加所述引發能量包括：施加射頻能量、微波能量或磁感應能量中的至少一種能量以產生可見波長或紫外波長範圍內的光，以用於發射到所述介質中。

15.根據1所述的方法，其中，所述設置包括：在所述介質的所述附近設置氣體容器，所述氣體容器具有透明壁並且包括可電離氣體，所述可電離氣體在接收到所述第一波長λ1的微波或射頻能量時發射可見波長或紫外波長範圍內的光。

16.根據15所述的方法，其中，設置氣體容器包括：設置填充有氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、有機氣體、氫氮混合物以及它們的混合物中的至少一種的氣體容器。

17.根據15所述的方法，其中，設置氣體容器包括：設置至少部分填充有氨氣的氣體容器。

18.根據15所述的方法，其中，設置氣體容器包括：設置包括碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、石墨烯以及由鋁或銅製成的金屬材料中的至少一種的氣體容器。

19.根據15所述的方法，其中，設置氣體容器包括：設置具有密封壁的氣體容器，所述密封壁包括矽酸鹽玻璃、鹼性玻璃、鈉玻璃和磷酸鹽玻璃中的至少一種。

20.根據15所述的方法，其中，設置氣體容器包括：設置包括矽膠、沉澱矽酸鹽、空心微珠、導電球或空心球中的至少一種的氣體容器。

21.根據1所述的方法，還包括：

對對象施用至少一種可活化藥物試劑，所述至少一種可活化藥物試劑在被活化時能夠引起預定的細胞變化，以及

使來自所述至少一個上變頻器的光與所述至少一種可活化藥物試劑相互作用，以原位活化所述可活化藥物試劑，

從而引起所述對象的所述介質中發生所述預定的細胞變化，其中，所述預定的細胞變化治療與細胞增殖相關的異常。

22.根據21所述的方法，其中，所述引發能量源是x射線、高能粒子、微波、無線電波或磁感應中的至少一種。

23.根據21所述的方法，其中，所述引發能量能夠完全穿透所述對象。

24.根據21所述的方法，其中，細胞增殖異常是從癌症、細菌感染、病毒性感染、免疫排斥反應、自身免疫性異常、再生障礙症狀和它們的組合中選擇的至少一種。

25.根據21所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑是可光活化試劑。

26.根據1所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑選自補骨脂素、膽甾醇油酸酯芘、吖啶、卟啉、螢光素、羅丹明、16-二氮可的松、溴乙非啶、博萊黴素的過渡金屬配合物、去糖博萊黴素的過渡金屬配合物、有機鉑配合物、咯嗪、維生素ks、維生素l、維生素代謝物、維生素原、萘醌、萘、萘酚及其具有平面分子構象的衍生物、紫質、卟啉、染料、噻吩嗪衍生物、香豆素、喹諾硐、醌和蒽醌。

27.根據25所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑是補骨脂素、香豆素、卟啉或它們的衍生物。

28.根據25所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑是8-mop或amt。

29.根據21所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑是從7,8-二甲基-10-核糖醇基、異咯嗪、7,8,10-三甲基異咯嗪、7,8-二甲基咯嗪、異咯嗪-腺嘌呤二核苷酸、咯嗪單核苷酸、四磺化酞菁鋁(iii)、血卟啉和酞菁中選擇的一種。

30.根據21所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑連接至能夠結合到受體位置的載體。

31.根據30所述的方法，其中，所述載體是從胰島素、白細胞間介素、促胸腺生成素或轉鐵蛋白中選擇的一種。

32.根據31所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑通過共價鍵連接至所述載體。

33.根據30所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑通過非共價鍵連接至所述載體。

34.根據30所述的方法，其中，所述受體位置是從有核細胞的核酸、有核細胞上的抗原位置或抗原決定部位中選擇的一種。

35.根據21所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑對於目標細胞具有親和力。

36.根據1所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑能夠被目標細胞優先吸收。

37.根據21所述的方法，其中，所述預定的細胞變化是目標細胞的細胞凋亡。

38.根據31所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑在與目標細胞反應的所述對象中引起自身疫苗效應。

39.根據38所述的方法，其中，所述自身疫苗效應是在關節或淋巴結中產生的。

40.根據21所述的方法，其中，所述至少一種可活化藥物試劑是dna嵌入劑或它的滷化衍生物。

41.根據1所述的方法，還包括：

將來自所述至少一個上變頻器的所述光施加給需要治療的對象中的目標結構，其中，所述光接觸所述目標結構並且在所述對象的所述介質中原位引起所述目標結構中的預定變化，

其中，所述預定變化修改所述目標結構並且調節所述目標結構的生物活性。

42.根據41所述的方法，其中，所述引發能量能夠完全穿透所述對象。

43.根據41所述的方法，其中，所述光在具有或沒有能量調節劑或光活化劑的情況下引起所述目標結構中的預定變化。

44.根據1所述的方法，還包括：給所述對象施用至少一種能量調節劑，所述至少一種能量調節劑將所述光聚集、增強或修改成引起所述目標結構中的所述預定變化的能量。

45.根據44所述的方法，其中，所述能量調節劑具體位於所述目標結構的周圍、上面或位於所述目標結構中。

46.根據44所述的方法，其中，所述能量調節劑將引發電磁能量轉換成引起所述目標結構中的所述預定變化的光子能量或另一種電磁能量。

47.根據44所述的方法，其中，所述能量調節劑使所述引發能量的波長減小。

48.根據44所述的方法，其中，所述能量調節劑使所述引發能量的波長增加。

49.根據44所述的方法，其中，所述能量調節劑包括從生物相容性螢光金屬納米粒子、螢光金屬氧化物納米粒子、覆有金屬的螢光金屬氧化物納米粒子、螢光染料分子、金納米粒子、銀納米粒子、覆有金的銀納米粒子、由聚醯胺-胺型樹枝狀化合物包封的水溶性量子點、螢光素酶、生物相容性磷光分子、組合的電磁能量採集器分子和表現出強發光的鑭系元素螯合物中選擇的一種或更多種。

50.根據41所述的方法，其中，所述預定變化導致所述目標結構的破壞、溶解或失活。

51.根據41所述的方法，其中，所述預定變化不導致所述目標結構的破壞或失活。

52.根據41所述的方法，其中，所述預定變化使所述目標結構的活性增強。

53.根據52所述的方法，其中，增強的所述活性是來自所述目標的能量發射，所述能量發射進而介導、引發或增強所述對象中的其他目標結構或第二目標結構的生物活性。

54.根據41所述的方法，其中，所述目標結構包括真核細胞、原核細胞、亞細胞結構、細胞外結構、病毒或朊病毒、或者細胞組織中的至少一種。

55.根據54所述的方法，其中，所述亞細胞結構是細胞膜、核膜、細胞核、核酸、線粒體、核糖體或者其他細胞器或細胞成分。

56.根據41所述的方法，其中，所述預定變化導致對所述對象中的症狀、異常或疾病的處理。

57.根據41所述的方法，其中，所述症狀、異常或疾病包括以下中的至少一種：癌症；發生在軟組織和/或軟骨中的疾病；發生在骨組織中的疾病；慢性疼痛；自身免疫疾病；朊病毒的、病毒的、細菌的、真菌的或寄生的感染；以靜脈曲張為特徵的疾病；以前列腺肥大為特徵的疾病；以視網膜損傷為特徵的疾病和其他眼疾；以行為、知覺和/或認知的異常為特徵的疾病；或帕金森疾病。

58.根據41所述的方法，其中，所述預定變化包括：創傷癒合；組織生長的加強；神經再生或知覺再生/修復；脂肪沉積的減少或去除(吸脂術)；利用光的神經(腦部)成像和刺激或對腦細胞活性的直接控制；細胞死亡(細胞凋亡)的調節；調節細胞生長與分裂；細胞中的細胞內成分的活性、數量或數目的調節；或由細胞產生、細胞分泌或與細胞相關聯的細胞外成分的活性、數量或數目的調節。

59.根據41所述的方法，還包括：由來自所述至少一個上變頻器的所述光在所述目標結構中產生熱並且增強所述預定變化的誘發。

60.根據41所述的方法，其中，所述預定變化修改所述目標結構並且調節所述目標結構的生物活性，從而治療影響所述目標結構的症狀、異常或疾病。

61.一種用於對可輻射固化介質進行固化的方法，包括：

將引發能量施加到組分中，所述組分包括：1)未固化的可輻射固化介質和2)至少一個上變頻器，所述至少一個上變頻器包括用於激發的氣體並且被配置為在暴露於所述引發能量時產生用於發射到所述介質中的光，

其中，所述光具有通過所述介質中的聚合物的聚合作用來固化未固化的介質的波長；以及

通過使所述可輻射固化介質中的光引發劑活化來固化所述可輻射固化介質。

62.根據61所述的方法，其中，所述施加包括：

遍及可輻射固化介質的整個體積施加所述引發能量。

63.根據61所述的方法，其中，所述上變頻器以一定密度設置在所述介質內，以所述密度，所述發射光在整個所述介質中不被遮蔽。

64.根據61所述的方法，其中，施加引發能量包括：給所述介質的附近的至少一個氣體容器施加所述引發能量，所述氣體容器具有針對可見或紫外波長範圍內的光發射透明的壁。

65.根據64所述的方法，其中，給氣體容器施加所述引發能量包括：給填充有氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、有機氣體、氫氮混合物、以及它們的混合物中的至少一種的氣體容器施加所述引發能量。

66.根據64所述的方法，其中，給氣體容器施加所述引發能量包括：給至少部分填充有氨氣的氣體容器施加所述引發能量。

67.根據64所述的方法，其中，給氣體容器施加所述引發能量包括：給包括碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、石墨烯以及由鋁或銅製成的金屬材料中的至少一種的氣體容器施加所述引發能量。

68.根據64所述的方法，其中，給氣體容器施加所述引發能量包括：給具有包括矽酸鹽玻璃、鹼性玻璃、鈉玻璃和磷酸鹽玻璃中的至少一種的密封壁的氣體容器施加所述引發能量。

69.根據64所述的方法，其中，設置氣體容器包括：設置包括矽膠、沉澱矽酸鹽、空心微珠、導電球或空心球中的至少一種的氣體容器。

70.根據61所述的方法，其中，所述施加包括：

給包括光引發劑的所述組分施加所述引發能量。

71.一種用於在介質中產生變化的系統，包括：

被配置為向所述介質提供1)可活化試劑和2)至少一個上變頻器的機構，所述至少一個上變頻器包括用於激發的氣體並且被配置為在暴露於引發能量時產生用於發射到所述介質中的光，其中

引發能量源，所述引發能量源被配置為將所述引發能量施加給所述介質。

72.根據71所述的系統，還包括：用於容納所述介質的人工容器，所述人工容器包括石英容器、玻璃容器、塑料容器或它們的組合中的至少一種。

73.根據71所述的系統，其中，所述上變頻器以一定密度設置在所述介質內，以所述密度，所述發射光在整個所述介質中不被遮蔽。

74.根據71所述的系統，其中，所述上變頻器在所述介質內被隔離開。

75.根據71所述的系統，其中，所述上變頻器具有發射光在整個所述介質內不被遮蔽的密度。

76.根據71所述的系統，其中，所述上變頻器包括流化床、延伸到所述介質中的凹入結構、或容納所述介質的人工容器的內壁上的封裝結構中的一種。

77.根據71所述的系統，其中，所述介質包括廢水。

78.根據71所述的系統，其中，所述介質包括待殺菌的流體。

79.根據71所述的系統，其中，所述介質包括血液製品。

80.根據71所述的系統，其中，所述介質包括待光活化的所述介質中的物品的表面結構。

81.根據80所述的系統，其中，所述介質包括待光接枝的表面。

82.根據71所述的系統，其中，所述引發能量源包括：

外部能量源；或

至少部分地包括在容納所述介質的人工容器中的源。

83.根據71所述的系統，其中，所述引發能量源包括發射x射線、高能粒子、微波、無線電波和磁感應中的至少一種的源。

84.根據71所述的系統，其中，所述上變頻器包括具有針對可見或紫外波長範圍內的光發射透明的壁的氣體容器。

85.根據84所述的系統，其中，所述氣體容器填充有氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、有機氣體、氫氮混合物、以及它們的混合物中的至少一種。

86.根據84所述的系統，其中，所述氣體容器至少部分包括有氨氣。

87.根據84所述的系統，其中，所述氣體容器包括碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、石墨烯以及由鋁或銅製成的金屬材料中的至少一種。

88.根據84所述的系統，其中，所述氣體容器包括矽酸鹽玻璃、鹼性玻璃、鈉玻璃和磷酸鹽玻璃中的至少一種。

89.根據84所述的系統，其中，所述氣體容器包括矽膠、沉澱矽酸鹽、空心微珠、導電球或空心球中的至少一種。

90.一種用於對可輻射固化介質進行固化的系統，包括：

被配置為向未固化的可輻射固化介質提供可活化試劑和至少一個上變頻器的機構，

所述上變頻器包括用於激發的氣體並且被配置為在暴露於所述引發能量時產生用於發射到所述介質中的光；以及

引發能量源，所述引發能量源被配置為將所述引發能量施加給所述介質。

91.根據90的所述系統，其中，所述引發能量源包括發射x射線、高能粒子、微波、無線電波和磁感應中的至少一種的源。

92.一種輻射固化物品，包括：

輻射固化介質；以及

至少一個上變頻器，所述至少一個上變頻器包括用於激發的氣體並且被配置為在暴露於引發能量時產生用於發射到所述介質中的光，其中，

所述光具有通過所述介質中的聚合物的聚合作用來固化未固化的介質的波長。

93.一種可輻射固化物品，包括：

可輻射固化介質；以及

至少一個上變頻器，所述至少一個上變頻器包括用於激發的氣體並且被配置為在暴露於引發能量時產生用於發射到所述介質中的光，其中，

所述光具有通過所述介質中的聚合物的聚合作用來固化未固化的介質的波長。

94.一種用於在介質中產生變化的方法，包括：

(1)在所述介質的附近放置易於接收微波輻射或射頻輻射的試劑；以及

(2)施加所述微波輻射或射頻輻射作為引發能量，所述試劑藉此直接或間接地產生紅外、可見或紫外範圍內的發射光，以在所述介質中產生物理變化或生物變化中的至少一種變化。

95.一種用於產生光的系統，包括：

低頻能量源，所述低頻能量源輻射第一波長λ1的輻射；以及

獨立式接收器，所述獨立式接收器具有毫米級或毫米以下的外部尺寸，並且接收所述第一波長λ1的輻射並產生紅外、可見或紫外波長範圍內的第二波長λ2的發射光。

96.根據95所述的系統，其中，所述接收器包括可電離氣體密封裝置，所述可電離氣體密封裝置內密封有可電離氣體並且包括自由空間區域，在電離發生時，所述可電離氣體密封裝置至少發射所述第二波長λ2。

97.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置具有小於10mm的外部尺寸。

98.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置具有小於1000nm的外部尺寸。

99.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置具有小於100nm的外部尺寸。

100.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置包括微波或射頻輻射可透過的多孔結構。

101.根據100所述的系統，其中，所述多孔結構包括矽酸鹽玻璃、鹼性玻璃、鈉玻璃以及磷酸鹽玻璃中的至少一種。

102.根據100所述的系統，其中，所述多孔結構包括離子交換玻璃結構。

103.根據100所述的系統，其中，所述多孔結構包括用於將所述可電離氣體密封在內部的外部水玻璃。

104.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置包括矽膠、沉澱矽酸鹽、空心微珠、導電球或空心球中的至少一種。

105.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置包括氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、有機氣體、氫氮混合物、以及它們的混合物中的至少一種。

106.根據96所述的系統，其中，所述可電離氣體密封裝置包括用於促進電子發射到所述自由空間區域中的微波或射頻耦合器。

107.根據96所述的系統，其中，所述微波或射頻耦合器包括碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、石墨烯以及由鋁或銅製成的金屬材料中的至少一種。

108.根據95所述的系統，其中，所述接收器包括：

分隔的結構，所述分隔的結構包括至少兩種反應成分；以及

分隔物，所述分隔物將所述至少兩種反應成分分離開，由此，在出現所述第一波長λ1的微波輻射時，所述兩種反應成分的混合產生用於所述第二波長λ2的發射的化學發光反應或生物發光反應中的至少一種。

109.根據108所述的系統，其中，所述至少兩種反應成分包括兩種生物發光試劑。

110.根據108所述的系統，其中，所述至少兩種反應成分包括兩種化學發光試劑。

111.根據108所述的系統，其中，所述分隔物包括可微波活化材料，所述可微波活化材料在活化時打開所述分隔物以混合所述至少兩種反應成分。

112.根據111所述的系統，其中，所述分隔物包括在暴露於微波時加熱的微波敏感材料、在暴露於射頻時加熱的射頻敏感材料、或在暴露於磁感應場時被感應地移動的磁敏感材料中的至少一種材料。

113.根據111所述的系統，其中，所述分隔物包括具有小於30℃的熔點的材料。

114.根據108所述的系統，其中，所述分隔的結構包括生物可溶性材料。

115.根據111所述的系統，其中，所述分隔物包括具有大於30℃的熔點的材料。

116.根據115所述的系統，其中，所述接收器包括包括有殼和至少一個內部空間的結構。

117.根據116所述的系統，其中，所述結構包括空心微珠和導電球中的至少一種。

118.根據116所述的系統，其中，所述內部空間填充有氬氣、氖氣、氙氣、氦氣、氨氣或有機分子中的至少一種。

119.根據95所述的系統，還包括：

微波或射頻施加器，所述微波或射頻施加器將所述第一波長λ1引導到包括所述微波接收器的對象中。

120.根據119所述的系統，其中，所述微波或射頻施加器包括波導施加器、微波或射頻天線、或者微波波束源中的一種。

121.根據120所述的系統，其中，所述微波波束源包括將所述第一波長λ1的輻射集中到所述對象的駐留有所述微波接收器的區域中的會聚波束源。

122.根據95所述的系統，其中，所述第一波長λ1輻射在1khz到100ghz的範圍內。

123.根據95所述的系統，其中，所述接收器被配置為：發射活化補骨脂素的所述第二波長λ2輻射。

124.根據95所述的系統，其中，所述接收器被配置為：發射將樹脂材料中的光引發劑進行光活化的所述第二波長λ2輻射。

125.根據95所述的系統，其中，所述接收器被配置為：發射能夠對所述微波接收器的附近的介質進行殺菌的所述第二波長λ2輻射發射。

126.根據95所述的系統，其中，所述接收器被配置為：發射將構件連接在一起的可光活化粘合劑進行光活化的所述第二波長λ2輻射。

127.根據126所述的系統，其中，所述構件包括半導體器件、印刷電路板或半導體晶片中的至少一種。

128.根據95所述的系統，其中，所述接收器被配置為：發射將可光接枝材料進行光活化的所述第二波長λ2輻射。

129.根據95所述的系統，其中，所述接收器包括形成用於處理所述接收器周圍的流體的流化床的多個接收器。

130.根據95所述的系統，其中，所述接收器被配置為：發射從近紅外到紫外的範圍內的所述第二波長λ2輻射。

131.一種微波或射頻接收器，包括：

獨立式可電離氣體密封裝置，所述獨立式可電離氣體密封裝置具有毫米級或毫米以下的外部尺寸並且密封有可電離氣體，所述可電離氣體在接收到第一波長λ1的微波或射頻能量時發射可見或紫外波長範圍內的光。

132.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置包括放置所述可電離氣體的自由空間區域。

133.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置具有小於10mm的外部尺寸。

134.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置具有小於1000nm的外部尺寸。

135.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置具有小於100nm的外部尺寸。

136.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置包括微波或射頻輻射可透過的多孔結構。

137.根據136所述的接收器，其中，所述多孔結構包括矽酸鹽玻璃、鹼性玻璃、鈉玻璃和磷酸鹽玻璃中的至少一種。

138.根據131所述的接收器，其中，所述多孔結構包括離子交換玻璃結構。

139.根據131所述的接收器，其中，所述多孔結構包括用於將可電離氣體密封在內部的外部水玻璃。

140.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置包括矽膠、沉澱矽酸鹽、空心微珠、導電球或空心球中的至少一種。

141.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置包括氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、鈉蒸氣、汞蒸氣、有機氣體、氫氮混合物以及它們的混合物中的至少一種。

142.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置包括用於促進電子發射到所述自由空間區域中的微波或射頻耦合器。

143.根據131所述的接收器，其中，所述可電離氣體密封裝置包括碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、氧化鍶鋇和石墨烯中的至少一種。

144.一種微波或射頻接收器，包括：

分隔的結構，所述分隔的結構包括至少兩種反應成分；以及

分隔物，所述分隔物將所述至少兩種反應成分分離開，由此，在第一波長λ1的微波或射頻輻射時，所述兩種反應成分的混合產生用於第二波長λ2的發射的化學發光反應或生物發光反應中的至少一種反應。

145.根據144所述的接收器，其中，所述至少兩種反應成分包括兩種生物發光試劑。

146.根據144所述的接收器，其中，所述至少兩種反應成分包括兩種化學發光試劑。

147.根據144所述的接收器，其中，所述分隔物包括可微波或射頻活化材料，所述可微波或射頻活化材料在活化時打開所述分隔物以混合所述至少兩種反應成分。

148.根據144所述的接收器，其中，所述分隔的結構包括生物可溶性材料。

149.根據144所述的接收器，其中，所述分隔物包括具有小於30℃的熔點的材料。

150.根據144所述的接收器，其中，所述分隔的結構包括生物相容性材料。

151.根據144所述的接收器，其中，所述分隔的結構包括具有大於30℃的熔點的材料。

152.根據144所述的接收器，其中，所述分隔的結構包括包含有殼和至少一個內部空間的結構。

153.根據144所述的接收器，其中，所述分隔的結構包括空心微珠和導電球中的至少一種。

154.根據144所述的接收器，其中，所述分隔的結構具有微觀尺寸。

155.一種用於產生光的方法，包括：

將獨立式接收器暴露於第一波長λ1的輻射，所述獨立式接收器具有毫米級或毫米以下的外部尺寸；

在所述第一波長λ1的輻射與所述接收器相互作用時，產生紅外、可見或紫外波長範圍內的第二波長λ2的輻射。

156.根據155所述的方法，還包括：

電離所述接收器中的氣體，以從中產生所述第二波長λ2的輻射。

157.根據156所述的方法，其中，所述電離包括：

電離氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、鈉蒸氣、有機氣體、氫氮混合物、以及它們的混合物中的至少一種。

158.根據156所述的方法，其中，所述電離包括：

電離在空心微珠、導電球或空心球中的至少一種的內部的所述氣體。

159.根據156所述的方法，其中，所述電離包括：

電離在多孔結構內的所述氣體。

160.根據156所述的方法，其中，所述電離包括：

電離在用水玻璃密封的多孔結構中的所述氣體。

161.根據156所述的方法，其中，所述電離包括：

通過提供來自微波或射頻施加器或磁場施加器中的至少一種的能量來電離在結構內部的所述氣體。

162.根據161所述的方法，其中，所述電離包括：

將微波或射頻輻射吸收到附接至所述接收器的碳結構、碳納米管、單壁碳納米管、雙壁碳納米管、氧化鍶鋇和石墨烯中的至少一種中。

163.根據155所述的方法，還包括：

在所述第一波長λ1的輻射與所述接收器相互作用時，引發至少兩種反應成分的混合，以從中產生化學發光反應或生物發光反應中的至少一種反應。

164.根據163所述的方法，還包括：

混合兩種生物發光試劑。

165.根據163所述的方法，還包括：

混合兩種化學發光試劑。

166.根據163所述的方法，還包括：

在暴露於所述第一波長λ1的輻射時打開將所述至少兩種反應成分分離開的分隔物。

167.根據166所述的方法，所述打開包括：

使用所施加的微波、射頻波、超聲波或磁感應場來熔化所述分隔物或使所述分隔物破裂。

168.根據155所述的方法，還包括：

將所述第一波長λ1的輻射引導到包括所述接收器的對象中。

169.根據155所述的方法，還包括：

將所述第一波長λ1的輻射會聚到包括所述接收器的對象中。

170.根據155所述的方法，其中，所述產生包括：

針對所述第一波長λ1的輻射，產生從10mhz到100ghz的範圍內的輻射。

171.根據155所述的方法，還包括：

使所述第二波長λ2的輻射與補骨脂素相互作用。

172.根據155所述的方法，還包括：

使所述第二波長λ2的輻射與可光活化樹脂相互作用以固化所述介質。

173.根據155所述的方法，還包括：

使所述第二波長λ2的輻射與介質相互作用以對所述介質進行殺菌。

174.根據155所述的方法，還包括：

使所述第二波長λ2的輻射與可光活化粘合劑相互作用。

175.根據155所述的方法，還包括：

使所述第二波長λ2的輻射與可光接枝材料相互作用。

176.根據155所述的方法，還包括：

照射包括多個所述接收器的流化床；以及

從所述多個所述接收器產生用於處理所述接收器周圍的流體的所述第二波長λ2的輻射。

177.根據155所述的方法，其中，所述產生包括：

針對所述第二波長λ2的輻射，產生在紅外到紫外光的範圍內的輻射。

178.根據155所述的方法，還包括：

將兩個構件與可光活化介質放置在一起，所述接收器被包括在所述兩個構件與所述可光活化介質之間；

穿過所述兩個構件中的至少一個構件傳輸所述第一波長λ1的輻射，以與所述接收器相互作用；以及

通過所述第二波長λ2的輻射與所述可光活化介質的相互作用來將所述兩個構件結合在一起。

179.根據178所述的方法，其中，所述放置包括：

將兩個半導體元件放置在一起，以及

將所述兩個半導體元件結合在一起。

180.根據178所述的方法，其中，所述放置包括：

將兩個印刷電路板元件放置在一起；以及

將所述兩個印刷電路板元件結合在一起。

181.一種用於醫療的系統，包括：

光敏治療劑，所述光敏治療劑可在選擇的光波長處活化；

氣體介質，被配置為通過等離子體生成來產生所述光波長；

用於所述氣體介質的容器，所述氣體介質緊鄰所述治療劑布置，所述容器在所述光波長處是至少部分透射的；

磁場源，被配置為給所述氣體介質施加磁場；以及

施加器，被配置為給所述氣體介質施加微波或射頻能量以從所述容器中的所述氣體介質產生等離子體。

182.根據181所述的系統，其中，所述容器包括玻璃和陶瓷、聚合物、微孔和納米孔材料、分子篩和沸石、以及微孔二氧化矽中的至少一種。

183.根據181所述的系統，其中，所述容器包括還包含有導電元件的電介質囊。

184.根據183所述的系統，其中，所述導電元件包括碳納米管和石墨烯中的至少一種。

185.根據181所述的系統，其中，所述容器包括玻璃微珠。

186.根據181所述的系統，其中，所述容器包括在所述容器上的等離子體激元活性覆層。

187.根據186所述的系統，其中，所述等離子體激元活性覆層至少包括金層。

188.根據187所述的系統，其中，所述氣體介質包括能夠發射紫外光的氣體組分，並且包括氫氣、氬氣、氮氣、氙氣、氨氣、碘蒸氣、汞蒸氣、鈉蒸氣、有機氣體、氫氮混合物、以及它們的混合物中的至少一種。

189.根據187所述的系統，其中，所述磁場是由磁共振成像系統來施加的。

190.根據181所述的系統，其中，所述微波或射頻能量是由包括感應線圈、同軸天線、波導發射器和準光學施加器中的至少一種的器件來施加的。

191.一種用於醫療的系統，包括：

光敏劑，所述光敏劑能夠在選擇的光波長處活化；

化學發光分子，被配置為在所述選擇的光波長處產生光；

酶，被配置為觸發所述化學發光分子以產生用於活化所述光敏劑的所述光。

192.根據191所述的系統，其中，所述化學發光分子附接至所述光敏劑，以使得由所述化學發光分子發射的光能夠被所述光敏劑吸收。

193.根據191所述的系統，其中，所述化學發光分子包括螢光素，並且所述酶包括螢光素酶。

194.根據191所述的系統，其中，所述光敏劑包括治療劑。

195.根據194所述的系統，其中，所述化學發光分子還包括抗體，所述抗體被配置為使得所述分子能夠結合至緊鄰所述治療劑的選擇的目標區。

196.一種用於在介質中產生響應的系統，包括：

射頻或微波電磁通量源，被配置為將射頻或微波輻射引導至所述介質；

能量接收器，所述能量接收器具有毫米級或毫米以下的外部尺寸並且布置在所述介質中，並且，所述能量接收器被配置為：在暴露於所述射頻或微波輻射時，由於發射到所述介質中的與所述射頻或微波輻射相比具有更高能量的二次輻射，在所述介質中產生直接或間接響應。

197.根據196所述的系統，其中，所述電磁通量源包括射頻施加器或微波施加器中的至少一種或者射頻施加器和微波施加器二者。

198.根據196所述的系統，還包括磁通量源。

199.根據196所述的系統，其中，所述接收器包括：

分隔的結構，所述分隔的結構包括至少兩種反應成分；以及

分隔物，所述分隔物將所述兩種反應成分分離開，由此，在第一波長λ1的微波或射頻輻射時，所述兩種反應成分的混合產生用於第二波長λ2的發射的化學發光反應或生物發光反應中的至少一種。

200.根據199所述的系統，其中，所述至少兩種反應成分包括兩種生物發光試劑。

201.根據199所述的系統，其中，所述至少兩種反應成分包括兩種化學發光試劑。

202.根據199所述的系統，其中，所述分隔物包括可微波或射頻活化材料，所述可微波或射頻活化材料在活化時打開所述分隔物以混合所述至少兩種反應成分。

203.根據199所述的系統，其中，所述分隔的結構包括生物可溶性材料。

204.根據199所述的系統，其中，所述分隔物包括具有小於30℃的熔點的材料。

205.根據199所述的系統，其中，所述分隔的結構包括生物相容性材料。

206.根據199所述的系統，其中，所述分隔的結構包括具有大於30℃的熔點的材料。

207.根據199所述的系統，其中，所述分隔的結構包括包括有殼和至少一個內部空間的結構。

208.根據199所述的系統，其中，所述分隔的結構包括空心微珠和導電球中的至少一種。

209.根據199所述的系統，其中，所述分隔的結構具有微觀尺寸。

210.根據199所述的系統，其中，所述接收器包括被配置為接收所述射頻或微波輻射的微電子器件。

211.一種用於在介質中產生變化的方法，包括：

(1)在所述介質內放置至少一個氣體容器和可電離氣體，

所述氣體容器被配置為在暴露於引發能量時產生發射到所述介質中的光；以及

(2)從能量源給所述介質施加包括所述第一波長λ1的所述引發能量，其中，所述發射光直接或間接地在所述介質中產生所述變化。

212.一種用於在介質中產生變化的方法，包括：

(1)在所述介質內放置至少一個氣體容器並且電離所述氣體，

所述氣體容器被配置為在暴露於引發能量時向所述介質中發射作為熱能的源的光；以及

(2)從能量源給所述介質施加包括所述第一波長λ1的所述引發能量，其中，所得到的熱能直接或間接地在所述介質中產生所述變化。

213.一種醫用導管，包括：

氣體密封裝置，所述氣體密封裝置密封有可電離氣體，所述可電離氣體在接收到第一波長λ1的微波或射頻能量時，發射可見或紫外波長範圍內的光；

插入套管，在所述插入套管的遠端處包括用於插入到患者體內的所述氣體密封裝置。

214.一種用於在人類或動物對象的身體內產生光的方法，包括：

在所述身體內部放置密封有可電離氣體的氣體密封裝置；

用微波或射頻能量照射所述身體；以及

在所述氣體密封裝置的所述氣體中激發等離子體，從而在所述對象的所述身體內產生光。

215.一種用於治療或診斷人類或動物對象的系統，包括：

密封有可電離氣體的氣體密封裝置，被配置為布置在所述人類或動物對象內；

微波或射頻能量源，被配置為將微波或射頻能量傳播到所述人類或動物對象中；以及

所述源至少部分地具有在所述氣體密封裝置的所述氣體中產生等離子體從而在所述人類或動物對象的身體內產生光的能力。