从外源进行内部能量活化的等离子体激元辅助系统和方法

专利名称：从外源进行内部能量活化的等离子体激元辅助系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于在介质或物体内部产生辐射能以通过暴露于该辐射来改变介质 或物体性能的方法和系统。
背景技术：
目前，光(即来自射频的电磁辐射，从可见光至X射线和Y射线波长范围)活 化加工用于各种工业过程，从光刻胶固化到按需臭氧制备、灭菌、促进聚合物交联活化 (例如在胶粘剂和表面涂层中)等。今天，在这些领域中认为光活化加工比常规方法具有 显著优势。例如，通过蒸汽高压或食品加工中通过巴氏法的常规灭菌可能不适当地使待 灭菌介质过热。因而，光活化可固化涂层是涂层工业中发展最快的领域之一。近年来， 该技术已进入许多行业领域例如光纤、光敏胶粘剂和压敏胶粘剂、以及机动车应用如固 化外涂层和可固化粉末涂层。该发展的驱动力主要是对于提高涂覆和固化工艺的生产率 的需求，这是由于常规非光活化胶粘剂和表面涂层通常需要1)从胶粘剂和表面涂层除去溶剂以产生固化，和2)时间/温度固化，这使得制造工艺延迟且成本增加。此外，由于能源成本提高以及对溶剂排入环境的严格规定，所以在胶粘剂和表 面涂层应用中使用基于溶剂的产品变得越来越没有吸引力。通过可辐射固化胶粘剂和表 面涂层组合物既适于节能也有益于生态考虑。已经开发了可辐射固化聚合物交联体系， 从而不需要高烘箱温度且不需要昂贵的溶剂回收系统。在该体系中，在通用光敏剂的存 在下，光辐射引发自由基交联。然而，在胶粘剂和表面涂层应用中以及在许多其它上述应用中，光活化加工由 于光进入加工介质中的渗透深度而受限。例如，在水灭菌中，紫外光源结合摇动和搅拌 机制以确保水介质中任何细菌均暴露于紫外光。在光活化胶粘剂和表面涂层加工中，主 要限制在于待固化材料必须直接暴露于光，包括类型(波长或光谱分布)和强度二者。在 胶粘剂和表面涂层应用中，任何“遮蔽”区域都需要二次固化历程，使得非遮蔽区域上 的固化时间增加，并且由于存在后续固化必须穿过其进行的密封表层导致固化时间延迟 (即称为蚕茧效应)。

发明内容
本发明克服了现有技术中的这些问题和缺点，如以下多个实施方案中所述。在一个实施方案中，提供一种在设置于人工容器内的介质中产生变化的方法和 系统。所述方法(1)在介质附近设置等离子体激元试剂和能量调节剂中的至少其一，和 (2)从施加引发能量源将引发能量穿过人工容器施加至介质。施加的引发能量与等离子体 激元试剂或能量调节剂相互作用，以直接或间接地在介质中产生变化。所述系统包括 设置为包含含有能量调节剂或等离子体激元试剂的介质的人工容器。所述系统还包括施 加引发能量源，其设置为将引发能量穿过人工容器施加至介质以使等离子体激元试剂和 能量调节剂中的至少其一活化。在另一实施方案中，提供一种用于使可辐射固化介质固化的方法和系统。所述 方法将施加能量施加至遍及包含未固化的可辐射固化介质以及等离子体激元试剂和能量 调节剂中的至少其一的组合物。施加的引发能量与等离子体激元试剂或能量调节剂相互 作用，以通过介质中聚合物的聚合来直接或间接地固化介质。所述系统包括引发能量 源，其设置为对所述组合物施加引发能量。应理解上述概述及其后的详述二者均是示例性的，并不限制本发明。


由于结合附图考虑可更好地理解以下详述，因此易于获得对本发明及其各种附 带优势的完整理解，其中图1提供以米为单位的一个示例性电磁波谱(1nm等于10_9米)；图2是可光活化试剂的列表；图3A是根据本发明一个实施方案的系统的示意图，其中引发能量源导向自包含 的介质以在介质中产生变化；图3B是根据本发明另一实施方案的系统的示意图，其中引发能量源导向包含介 质的容器，所述介质具有在介质内部分配的能量调节剂；
图3C是根据本发明另一实 施方案的系统的示意图，其中引发能量源导向包含介 质的容器，所述介质具有在介质内部隔离的能量调节剂；图3D是根据本发明另一实施方案的系统的示意图，其中引发能量源导向包含介 质的容器，所述介质具有在流化床构造的介质内部隔离的能量调节剂；图4示出用于实现本发明多个实施方案的一个示例性计算机系统；图5A和5B示出等离子体激元纳米结构及其在不同激发波长的理论电磁增强；图6A-6G提供用于本发明的等离子体激元光敏探针的代表性实施方案；图7A和7B是示出本发明的等离子体激元增强效果的图；图8A-8J示出等离子体激元活性纳米结构的代表性实施方案；图9A-9C示出具有可通过光子辐射进行切割的连接体的PEPST探针的多个实施 方案；图10是含水介质中的“窗口”的图；图11示出本发明的能量调节剂(或引发能量转化剂/EEC)-光活化剂(PA)系统 的一个实施方案；图12A-12F示出等离子体激元光活性能量调节剂_PA探针的数个实施方案；图13A-13B示出表现出XEOL的金配合物的各个优选实施方案的结构；图14示出表现出XEOL的化合物的另一实施方案的结构，即三_8_羟基喹啉-铝 配合物；图15示出用于本发明的光活性能量调节剂-PA探针的等离子体激元增强机理；图16A-16C示出具有可分离键的PEPST能量调节剂-PA系统的实施方案；图17示出用于双等离子体激元激发的PEPST探针的一个实施方案；图18A-18D提供包封的光敏剂的使用次序的图；图19是显示BaFBr基体中掺杂Eu的XEOL的图；图20示出本发明的EIP探针的多个实施方案；图21A-21B示出本发明EIP探针的其它实施方案；图22A-22C示出EIP探针示意设计的其它实施方案；图23A和23B示出基本EPEP探针的多个实施方案；图24示出具有NPs、NWs和NR的EPEP探针的一个实施方案；图25示出具有NPs、NWs> NRs和生物受体的EPEP探针的一个实施方案；图26示出具有NPs和多NWs的EPEP探针的一个实施方案；图27示出本发明的灭菌系统的一个实施方案；图28示出利用等离子体激元的本发明灭菌系统的另一实施方案；图29示出利用光敏材料的本发明灭菌系统的另一实施方案；图30示出利用光敏材料和介电介质的本发明灭菌系统的另一实施方案；图31示出利用具有嵌入金属纳米颗粒的X射线能量转化剂的本发明灭菌系统的 另一实施方案，所述嵌入金属纳米颗粒起等离子体激元功能；图32示出利用嵌入金属纳米颗粒的本发明灭菌系统的另一实施方案，其中所述 嵌入金属纳米颗粒引入在其中待灭菌介质将流过的可重入(re-entrant)结构内侧上；图33示出利用X-射线能量转换剂的本灭菌系统的另一实施方案，所述能量转换剂具有图31所示的嵌入金属纳米颗粒，所述嵌入金属纳米颗粒包含在其中待灭菌的介质 将流过的容器的内层；图34示出利用嵌入金属纳米颗粒的本发明灭菌系统的另一实施方案，所述嵌入 金属纳米颗粒引入在其中待灭菌介质将流过的可重入壁结构内侧上；图35示出利用在其中待灭菌介质将流过的容器内部上的化学受体的本发明灭菌 系统的另一实施方案；图36示出本发明灭菌系统的另一实施方案，其利用在一层中的嵌入金属纳米颗 粒和在其中待灭菌介质将流过的容器内部的更内层中的化学受体；图37示出本发明灭菌系统的另一实施方案，其利用光敏材料和在其中待灭菌介 质将流过的容器内部上的化学受体；图38示出本发明灭菌系统的另一实施方案，其利用光敏材料、结合有嵌入金属 纳米颗粒的电介质层以及在其中待灭菌介质将流过的容器内部探针表面上的化学受体；图39示出本发明的灭菌探针系统的一个实施方案； 图40示出本发明灭菌探针系统另一实施方案，其利用结合有嵌入金属纳米颗粒 的电介质层；图41示出本发明灭菌探针系统的另一实施方案，其利用X射线能量转化剂和在 其中待灭菌介质将流过的容器内部探针表面上的化学受体；图42示出本发明灭菌探针系统的另一实施方案，其利用X射线能量转化剂以及 与其中待灭菌介质将流过的容器内部探针表面上的嵌入金属纳米颗粒结合的另外的电介 质层；图43示出利用顺磁芯材料的本发明灭菌系统的另一实施方案；图44A-44G示出本发明的不同等离子体激元探针。
具体实施例方式本发明公开了一种用于引起介质活性改变的有效的、特异性的并能够使介质改 变的新方法。通常，本发明提供在介质内部产生辐射光之后在介质中产生改变的方法。在本 方法中，引发能量源提供穿过介质的引发能量并引起内辐射以在介质中产生期望效果。在一个实施方案中，引发能量源直接或间接地施加于介质。在本发明的上下文 中，当涉及引发能量的施加时，表述“间接施加”(或者该表述的不同变化等)表示引 发能量穿入介质表面下的介质中并且到达介质内部的可活化试剂或能量调节剂。在一个 实施方案中，引发能量与先前供给的能量调节剂相互作用，然后激活该可活化试剂。尽管并非旨在受任何特定理论限制或者以任何方式进行限制，但提供以下科学 原理的理论探讨和定义以有助于读者了解和理解本发明。如本文所使用的，“可活化试剂”是在不存在活化信号的情况下通常以非活性 状态存在的试剂。当在活化条件下通过活化信号来激活试剂时，该试剂能够在介质中产 生期望的药理学、细胞、化学、电学或者机械效果(即预定变化)。例如，当利用可见光 或紫外光照射光催化剂时，这些试剂引起光敏胶粘剂的聚合和“固化”。可用于激活相应试剂的信号可包括但不限于特定波长的光子(例如X射线或可见光)、电磁能(例如射频或微波)、热能、声能或其任意组合。试剂的活化可简单描述 为传送信号至试剂或者可能还需要一组活化条件。例如，通过UV-A辐射(例如通过介 质中内部产生的UV-A辐射)可激活可活化试剂例如光敏剂。一旦活化，在活化状态下 的试剂则可直接产生预定改变。 当活化可还需要其它条件时，仅仅传送活化信号可能不足以产生预定改变。例 如，当传送活化信号时，通过以其活性状态结合一定结构来实现其效果的光活性化合物 可能需要与目标结构物理接近。对于这种可活化试剂而言，在非活化条件下传送活化信 号不会产生期望效果。活化条件的一些实例可包括但是不限于温度、pH、位置、介质 状态以及辅助因子的存在与否。可活化试剂的选择主要取决于许多因素例如期望的改变、期望的活化形式以及 可施加的物理和生化限制。示例性的可活化试剂可包括但不限于通过光子能、电磁 能、声能、化学或者酶反应、热能、微波能或任意其它适当的活化机制进行活化的试 剂。当活化时，可活化试剂可产生改变，包括但不限于增加有机体活性、发酵、 降低有机体活性、细胞凋亡、代谢途径改变、介质灭菌、介质的交联聚合和固化或者介 质的低温巴氏杀菌。可活化试剂可实现其期望效果的机理没有特别限制。这种机理可包括对预定目 标的直接作用以及经由改变生化途径的间接作用。在一个实施方案中，可活化试剂能够 与介质中的有机体化学结合。在该实施方案中，可活化试剂原位暴露于由能量调节剂发 射的活化能量，该能量调节剂进而从引发能量源接收能量。合适的可活化试剂包括但不限于光活性试剂、声活化剂(sono-active agent)、
热活化剂以及射频/微波活化剂。可活化试剂可为小分子；生物分子例如蛋白质、核酸 或脂质；超分子组装物；纳米颗粒；或活化后能够产生预定活性的任意其它分子实体。可活化试剂可得自天然或合成来源。可通过合适的活化信号源激活以产生预定 细胞改变的任何这种分子实体可有利地应用于本发明。合适的光活性试剂包括但不限于补骨脂素和补骨脂素衍生物、芘基胆留醇油 酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、16-重氮基可的松、乙啶、博莱霉素的过渡金属配 合物、去糖博莱霉素的过渡金属配合物、有机钼配合物、咯嗪例如7，8-二甲基-10-核 糖醇基异咯嗪(核黄素)、7, 8，10-三甲基异咯嗪(光黄素)、7，8-二甲基异咯嗪(光 色素)、异咯嗪-腺嘌呤二核苷酸(黄素腺嘌呤二核苷酸[FAD])、咯嗪单核苷酸(又名黄 素单核苷酸[FMN]和核黄素-5-磷酸盐)、维生素K、维生素L、它们的代谢物和前体， 以及萘醌、萘、萘酚及其具有平面分子构象的衍生物，卟啉、染料例如中性红、亚甲基 蓝、吖啶、甲苯胺、核黄素(盐酸吖啶黄素)和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹诺酮、醌、和 蒽醌、四磺酸酞菁铝(111)、血卟啉和酞菁，以及优先吸附于核酸而不影响蛋白或对蛋白 影响很小的化合物。术语“咯嗪”包括异咯嗪。内生基衍生物包括内生光活化分子的合成来源的类似物和同系物，其可具有或 缺少其所衍生的光敏剂的低级(1-5个碳)烷基或卤素取代基，并且其保留了功能且基本 无毒。内生分子本身无毒并且在光照射后不会产生有毒的光产物。图1提供一个以米为单位的示例性电磁波谱(Inm等于1纳米)。如本文所使用的，“能量调节剂”指的是能够接收从来源输入的能量并然后重新发射不同的能力至 接收目标的试剂。分子间能量转移可以多种方式进行。能量形式在本质上可为电能、热 能、电磁能、动能或化学能。能量可从一个分子转移至另一个分子(分子间转移)或者 从分子的一部分转移至同一分子的另一部分(分子内转移)。例如，调节剂可接收电磁能 并以热能的形式重新发射能量。 图2中的表1提供了可用作一次或者二次内光源的可光活化试剂的列表。例如， 可光活化试剂可为来自纳米颗粒的X射线诱导发射(下文将阐述)并进而发射二次光的受 体。在一些介质中，可以是表1中的激发波长对特定介质透明并且发射波长被高度吸收 (由于例如分子或固态能带隙跃迁)。在此情况下，表1中的光反应性试剂可为用于内部 光产生的一次来源。在多个实施方案中，能量调节剂接收较高能量(例如X射线)并以较低能量(例 如UV-A)重新发射。一些调节剂可具有非常短的能量存留时间(约飞秒级，例如荧光分 子)，而其它调节剂可具有非常长的半衰期(约分钟到小时级，例如发光或磷光分子)。 合适的能量调节剂包括但不限于生物相容的荧光金属纳米颗粒、荧光染料分子、金纳 米颗粒、由聚酰胺胺树枝状聚合物包封的水溶性量子点、荧光素酶、生物相容的磷光分 子、组合的电磁能采集分子(harvester molecule)和能够强烈发光的镧系螯合物。通常， 能量调节剂引起介质中的光反应性改变而不用于专门加热介质的目的。多个示例性应用示于以下实施方案中。调节剂还可与载体结合用于靶向目的。例如，生物相容分子如发射UV-A波段 的荧光金属纳米颗粒或荧光染料分子可选作能量调节剂。能量调节剂可优选通过系统施 用至介质中而被导向期望位置。例如，UV-A发射能量调节剂可以通过物理插入和/或 混合，或者通过将UV-A发光能量调节剂与特定载体(例如脂质、壳多糖或壳多糖衍生 物，能够在介质的特定目标区域中聚焦UV-A发射源的螯合物或其它功能化载体)结合而 分布在介质中。此外，能量调节剂可单独使用或者作为两个以上能量调节剂的系列使用，使得 能量调节剂提供能量梯级。因此，梯级中的第一能量调节剂可吸收活化能量，将其转化 为不同的能量，该不同的能量然后被梯级中的第二能量调节剂吸收，如此直至到达梯级 末端，梯级中的最后的能量调节剂发射激活可活化试剂所必需的能量。或者，梯级中的 一个以上的能量调节剂还可激活其它可活化试剂。虽然可活化试剂和能量调节剂可以不同且分离，但是应理解两种试剂不必是独 立且分离的实体。事实上，两种试剂可经由许多不同的构造而彼此相关。当两种试剂彼 此独立并且可彼此分离地移动时，它们通常在共用的周围介质内经由扩散和偶然相遇而 彼此相互作用。当可活化试剂和能量调节剂不分离时，它们可结合为一种单一实体。引发能量源可为能够提供足以直接激活该可活化试剂水平的能量或者对能量调 节剂提供发射用于可活化试剂的活化能量所需的输入(间接活化)的任何能量源。优选 的引发能量源包括但不限于紫外灯例如UV-A和UV-B灯、卤素灯、光纤线、光针、 内窥镜、自镇流汞蒸气灯、镇流HID灯以及能够产生χ射线、y射线、Y射线或电子束 的任何器件。在一个实施方案中，引发能量能够完全穿过介质。在本发明的上下文中，表述“能够完全穿过介质”用于表示能量能够穿过容器至激活介质内的可活化试剂所需的任 何距离。不需要实际施加的能量完全穿过介质，只要能够允许穿透至激活可活化试剂的 任何期望距离即可。选择的能量源的类型取决于介质本身。能够完全穿过通过介质的示 例性引发能量源包括但不限于X射线、Y射线、电子束、微波和无线电波。在一个实施方案中，引发能量源可为无线电波发射纳米管，例如University of California at Berkeley 物理系的 K.Jensen，J.Weldon, H.Garcia 和 A.Zettl 所述的那些(参见 http://socrates.Berkeley.edu/ argon/nanoradioradio.html,其全文通过弓I用并入本文)。 这些纳米管可引入介质中并优选与可活化试剂或能量调节剂或二者结合，使得在施加引 发能量时，纳米管可接收引发能量(优选无线电波)，然后在非常接近可活化试剂或非 常接近能量调节剂处发射无线电波，然后引起可活化试剂的活化。在这样一个实施方案 中，纳米管实际上用作非常接近可活化试剂或能量调节剂的无线电波聚焦器件或放大器 件。或者，能量发光源可为发射适于被转移试剂吸收或者用于直接与介质组分相互 作用的形式的能量的能量调节剂。例如，引发能量源可为声能，并且一种能量调节剂可 能够接收声能并且发射光子能(例如声致发光分子)，该光子能量被能够接收 光子能量的 另一能量调节剂接收。其它实例包括接收χ射线波长能量并且发射UV波长能量、优选 UV-A波长能量的转移试剂。如上所述，可以使用多种这种能量调节剂以形成梯级，从 而经由一系列能量调节剂来转移来自弓丨发能量源的能量以激活可活化试剂。可光活化试剂可由能量源通过诸如照射、共振能量转移、激子迁移、电子注入 或化学反应的机理激发至能够产生预定期望改变的活化能量状态。一个优点在于发射辐 射的波长可用于选择性地激发一种以上的可光活化试剂或能够激发一种以上的可光活化 试剂的能量调节剂。能量调节剂适合在不引起介质改变或改变很小的波长和能量下被激 发。在另一实施方案中，可光活化试剂经由共振能量转移而激发。共振能量转移 (RET)是在具有重叠的发射和吸收谱带的两种分子之间的能量转移机理。电磁发射体能 够将到达的波长转化为较长的波长。例如，被第一分子吸收的UV-B能量可通过偶极-偶 极相互作用转移至非常接近吸收UV-B分子的UV-A发射分子。一个优点在于可以利用 发射辐射的多波长来选择性地激发一种以上的可光活化试剂或能够激发该一种以上的可 光活化试剂的能量调节剂。利用RET，能量调节剂优选在不影响周围介质或对周围介质 影响很小的波长和能量下被激发，而来自一种以上的能量调节剂的能量例如通过弗尔斯 特共振能量转移而被转移至可光活化试剂。或者，可选择吸收较短波长的材料以对具有与转移分子的发射谱带重叠的吸收 谱带的非发射分子提供RET。或者，可利用磷光、化学发光、或生物发光来转移能量至 可光活化分子。或者，可对介质施加引发能量源。在本发明的上下文中，施加引发能量源是指 施加其本身产生引发能量的试剂，使得允许该试剂到达介质内的目标结构。施加可采取 任意形式。此外，在本实施方案中，引发能量源可为任意形式，包括但不限于片、粉 末、液体溶液、液体悬浮体、液体分散体、气体或蒸气等。在本实施方案中，引发能量 源包括但不限于化学能量源、纳米发射体、纳米芯片以及产生和发射期望频率能量的其它纳米机器。纳米技术的新进展提供了纳米级的产生或发射能量的多种器件的实例，例如EC Research and Development Project的Keith Firman博士的分子开关(或者摩尔开关)工作或 Cornell等的工作(1997)，其描述了包围尺寸仅为1.5nm的离子通道开关的基于纳米机器 的结构，该结构利用通过两种短杆菌肽分子而形成在人造膜中的离子通道一种短杆菌 肽分子在膜的下层中连接金电极，一种短杆菌肽分子在上层中连接生物学受体例如抗体 或核苷酸。当受体俘获靶分子或细胞时，离子通道破裂，其电导率降低，因此将生化信 号转化为电信号。这些纳米器件也可与发明结合以提供靶细胞的靶向，以直接将引发能 量传送至期望位置处。在另一实施方案中，本发明包括可活化试剂与化学能量例如化学发光、磷光或 生物发光的源一起施加。化学能量源可为两种以上化合物之间的化学反应或者可通过利 用合适的活化能量在介质外或在介质内激活化学发光、磷光或生物发光化合物来引起， 而化学发光、磷光或生物发光允许激活介质中的可活化试剂。可活化试剂的施用和化学 能量源可以采取任何次序依次实施或者可同时实施。在这种特定的化学能量源的情况下，化学能量源的施加可在介质外部活化之后 实施，例如对于某些类型的磷光材料，能量发射的寿命至多为数小时。当分子吸收激发光时，电子进行从基态至电子激发态的跃迁。电子引发能量随 后经由辐射发射(发光)和非辐射衰减通道而衰减。当分子吸收引发能量时，其从Stl提 升至激发单重态之一的一些振动能级，即多个S1,…，Sn中的sn。在凝聚态介质(组织) 中，Sn状态下分子在10_13至10_"S内经由振动弛豫(VR)过程迅速失活，以确保它们处于 可能的最低振动能级Sn。由于VR过程比电子跃迁更快，所以任何超额的振动能随着分 子失活至相应电子激发态的较低振动能级而迅速损失。该超额的VR能量作为热能释放 至周围介质。WSn状态，分子经由内部转化(IC)过程迅速失活至较低电子状态的等能 振动能级例如Sn_i。IC过程是在相同多重态之间的跃迁。分子随后经由VR过程失活至最低的电子振动能级Sm。通过紧随IC过程的一 系列VR过程，分子迅速失活至基态Si。该过程产生作为热能释放至周围介质的超额VR 和IC能量，导致光吸收药物分子周围的局部环境过热。产生的热引起介质中的局部改变。在多个实施方案中，光吸收物质可包括组织中的天然生色团或者外生的染料化合物例如吲哚氰绿、萘酞菁以及与过渡金属、金属纳米颗粒和金属纳米壳配位的卟啉。 然而，天然生色团吸收非常低。外生光热试剂的选择基于它们的强吸收截面和高效的 光-热转化而作出。该特征使得引起介质中局部改变所需要的激光能量的量显著最小 化。与使用染料分子相关的一个问题是它们在激光照射下的光致褪色。因此，最近 使用了纳米颗粒例如金纳米颗粒和纳米壳。纳米壳在医学应用中有希望的作用已被阐 述[Hirsch, L.R., Stafford, R.J.，Bankson, J.A., Sershen, S.R.，Rivera, B., Price, R.E., Hazle, J.D., Halas, N.J.，禾口 WestJ.L., Nanoshell-mediated near—infrared thermal therapy of tumors under magnetic resonance guidance.PNAS，2003.100 (23) 13549-13554 页]其全文通过引用并入本文。用于光热治疗的金属纳米颗粒的等离子体激元增强光热性能的使用已被综述(Xiaohua Huang & Prashant K.Jain & Ivan H.E卜Sayed Mostafa A.El-Sayed， “ Plasmonic photothermal therapy (PPTT) using gold nanoparticles，，，Lasers in Medical Science, 2007年8月)其全文通过引用并入本文。另一实例是可引入某些原子的纳米颗粒或纳米簇，使得它们能够在比较大的距 离上例如大于1纳米、更优选大于5纳米、进一步优选至少10纳米的距离上进行共振能 量转移。在功能上，共振能量转移可具有足够大的“福斯特(Foerster) ”距离(Rtl)，使 得在介质一部分中的纳米颗粒能够激化设置在介质远部中的可光活化试剂的活化，只要 该距离不大大超过R0即可。例如，最近已经指出尺寸为5个金原子的金纳米球具有紫外 范围中的发射谱带。任何可光活化试剂均可暴露于提供在介质中的引发能量源。光活性试剂可通过 对受体位点具有强亲和性的载体而导向受体位点。在本发明的上下文中，“强亲和性” 优选为平衡离解常数K1至少在纳摩尔nM或更高范围内的亲和性。载体可为多肽并可例 如与光活性试剂形成共价键。或者，光活性试剂可对介质中的靶分子具有强亲和性而不 与载体结合。在一个实施方案中，通过提供至介质的一个以上的分子来提供用于供给电磁辐 射能或能量转移的多个源。分子可发射正确的波长频带中的受激辐射以激发可光活化试 齐 ，或者分子可通过共振能量转移或其它机理将能量直接转移至可光活化试剂或经由其 它分子间相互作用通过梯级效应间接转移至可光活化试剂。在另一实施方案中，选择发射UV-A频带的生物相容发光源例如荧 光金属纳米 颗粒或荧光染料分子。已知UV-A和其它UV频带可有效地用作杀菌剂。在一个实施方案中，UV-A发射源是包含5个金原子的簇的金纳米颗粒，例如聚 酰胺_胺树枝状聚合物包封的水溶性量子点。金原子簇例如可通过缓慢还原金盐(例如 HAuCl4或者AuBr3)或者其它包封胺来产生。这种金纳米颗粒的一个优点是福斯特距离 (即Rtl)增加，其可大于100埃。确定福斯特距离的公式与用于分子荧光的公式显著不 同，其限于在小于100埃的距离内使用。认为金纳米颗粒受纳米颗粒表面至偶极的公式 支配，与1/R4距离相关而不是与1/R6距离相关。例如，这允许在金属纳米颗粒和可光 活化分子之间进行细胞质至细胞核的能量转移。在另一实施方案中，选择UV或发光荧光素酶作为用于激发可光活化试剂的发射 源。荧光素酶可与分子结合，然后可被其它分子氧化以激发在期望波长处的发光。或 者，可使用磷光发射源。磷光材料可比荧光材料具有更长的弛豫时间，这是因为三重态 的弛豫易于进行禁戒能态跃迁，能量储存在受激三重态中，其只有有限数目的量子力学 能量转移过程可用于返回最低能态。能量发射延迟或者延长为几分之一秒至数小时。否 贝U，在磷光弛豫期间发射的能量不同于荧光，通过选择特定的磷光体可选择波长范围。在另一实施方案中，设计组合的电磁能采集分子，例如J.Am.Chem.Soc.2005， 127，9760-9768中公开的组合的光采集器，其全文通过引用并入本文。通过在分子结 构中组合一组荧光分子，可利用共振能量转移梯级来采集导致窄频带荧光能量发射的 宽频带电磁辐射。当可光活化分子靠近受激的组合能量采集分子时，通过使组合能量 采集器与可光活化的分子配对，进一步的能量共振转移激发可光活化分子。Worcester Polytechnic Institute 的 M.O.Guler 的硕士论文(2002 年 5 月 18 日)“Singlet-Singlet andTriplet-Triplet Energy Transfer in Bichromophoric Cyclic Peptides” 的图 4 中公开了米集分子
的另一实例，其全部内容通过引用并入本文。在另一实施方案中，选择发光源或者梯级布置的一系列发光源的斯托克斯位 移，以将较短波长能量例如X射线转化为较长波长的荧光发射例如光或UV-A，其用于 激发介质中的可光活化分子。在另一实施方案中，可光活化试剂可为光笼化的配合物，其具有包含在光笼内 的活化剂(如果需要细胞毒性，则其可为细胞毒素试剂，或者可为可活化试剂)。在多个 实施方案中，当活化剂是细胞毒性试剂时，光笼分子将细胞毒素试剂释放入介质中，其 在介质中可攻击介质中无益的“靶”物质。活化剂可以被防止其与特定靶结合的其它分 子包围，由此掩蔽其活性。当光笼配合物被光活化时，该包围体减小，暴露出活化剂。 在这种光笼配合物中，光笼分子可为光活性的(即当光活化时，导致它们与光笼配合物 分离，由此暴露出内部的活化剂)，或者活化剂可为可光活化试剂(其光活化时导致光笼 减小)，或者光笼和活化剂二者可利用相同或不同的波长进行光活化。适合的光笼包括 Young 禾口 Deiters 在"Photochemical Control of Biological Processes"，Org.Biomol Chem., 999-1005 页(2007)中禾口 “Photochemical Hammerhead Ribozyme Activation” , Bioorganic Medicinal Chemistry Letters, 16(10)，2658-2661 页(2006)中公开的那些，其全文通过引 用并入本文。工作表明引起细胞裂解并由此导致细胞死亡所需的单线态氧的量是0.32X10_3 摩尔/升以上或IO9个单线态氧分子/细胞以上。在本发明的一个实施方案中，在活化 时通过引发能量或可活化试剂引起的单线态氧产生水平足以引起介质改变，其中介质变 得不含任何微生物。微生物包括但不限于细菌、病毒、酵母或真菌。为此，上述的足够 量单线态氧可用于对介质进行灭菌。例如，医用瓶盖需要在底盖材料和接触医用瓶底的胶接密封材料之间进行灭 菌。因为蒸汽高压罐不足以实现此目的，所以当密封材料应用于瓶盖时，本发明一个实 施方案使用包含在胶粘剂层中的UV发光颗粒。然后，X射线照射能够使胶粘剂固化并在 胶粘剂介质内部产生紫外辐射用于直接灭菌或者产生单线态氧或臭氧用于生物学杀菌。可将可活化试剂及其衍生物以及能量调节剂引入适于递送特定介质的组合物 中。该组合物还可包含与介质具有互补效应的至少一种添加剂例如润滑剂或密封剂。 载体可为溶剂或分散介质，其包含例如水、乙醇、多元醇(例如甘油、丙二醇 和液体聚乙二醇等)以及其合适的混合物。例如利用涂层例如卵磷脂，通过在分散体的 情况下通过保持所需的颗粒尺寸以及通过利用表面活性剂，可保持适合的流动性。参考图3A，根据本发明一个实施方案的一个示例性系统可具有导向介质4的引 发能量源1。可活化试剂和能量调节剂3分散在整个介质4中。引发能量源1还可通过 网络8连接至能够引导引发能量递送的计算机系统5。在多个实施方案中，能量调节剂3 为包封的能量调节剂6，如图3A所示的二氧化硅包封的能量调节剂。如图3A所示，来 自弓丨发能量源1的辐射形式的引发能量7穿过整个介质4。以下参考图4对计算机系统5 进行更全面的描述。如下文所更详细地描述的那样，引发能量源1可为外部能量源或至 少部分地位于介质4中的能量源。如下文所更详细地描述的那样，可活化试剂2和/或能 量调节剂3可包括等离子体激元试剂，其提高施加的能量或从能量调节剂3发射的能量，以直接或间接地在介质中产生改变。在多个实施方案中，引发能量源1可为配有图像导引计算机控制能力的线性加 速器，以对预先选定的坐标递送精确校准的辐射束。这种直线加速器的一个实例是来 自 Varian 医疗系统(Var ian medical systems, Inc， Palo Alto California)的 SmartBeam IMRT (强度调制辐射治疗)系统。在其它实施方案中，引发能量源1可为X射线机或非 医用X射线机的市售构件。产生10 150keV的X射线的X射线机可在市场上得到。 例如，General Electric Definium系列或者Siemens MULTIX系列是设计用于医疗工业的常 用X射线机的两个实例，而来自Smith Detection的Eagle Pack系列是非医用X射线机的 一个实例。因而，当结合商用X射线设备使用时，本发明能够实施其期望功能。在其它实施方案中，引发能量源1可为发射一定频率的无线电波的射频或微波 源，该频率的无线电波穿过介质并通过与介质中的能量调节元件6相互作用而在介质内 引发或产生二次辐射能发射。在其它实施方案中，引发能量源1可为以一定频率发射的 紫外、可见、近红外(NIR)或红外(IR)发射体，该频率穿过介质4并通过与介质中的能 量调节元件6相互作用而在介质4内引发或产生二次辐射能发射。图3B是根据本发明另一实施方案的另一系统的示意图，其中图3A的引发能量 源1导向能量调节元件6，能量调节元件6置于流体介质4 (例如液体或者其它流体状介 质)附近并置于容器9内部。容器9由对辐射7 “透明”的材料制成。例如，塑料、 石英、玻璃或铝容器对于X射线可足够透明，同时塑料或石英或玻璃容器对于微波或射 频光可为透明的。能量调制元件6可在整个介质中均勻分散，或者可在介质的不同部分 中隔离，或者通过包封结构10与介质进一步地物理分离。供给11将介质4提供至容器 9中。或者，如图3C所示，发光颗粒可在介质中存在于包封结构10中。在一个实施 方案中，包封结构10排列为与外部引发能量源1的方向一致。在此结构中，每个包封结 构10对于图3C中显示的外部引发能量源1具有自身的“视线”，而不被其它包封结构 10所遮蔽。在其它实施方案中，包封结构10不按该方向排列，而是排列为垂直于图3C 所示的方向或者可以任意设置。实际上，流体介质4的供给本身可用于搅拌包封结构10 并且混合容器9内的流体介质4。也可使用图3C的系统而不用能量调节剂。在此实施方案中，引发能量源1的能 量可例如适于在流体介质4中驱动物理、化学和/或生物过程。包含在包封结构10中的 等离子体激元试剂由于其与介质4相互作用因而有效地放大来自弓丨发能量源1的光。在本 发明的一个方面中，引发能量源1可为紫外光源，如许多常规紫外灭菌系统一样，图3C 的包封结构10为将来自外部来源的紫外光导至介质4内部区域的光棒。在本发明的一个 方面中，引发能量源1可甚至设置在介质内并且可为紫外光源，如在许多常规UV灭菌系 统中一样。图3D是根据本发明另一实施方案的系统的示意图，其中引发能量源导向包含介 质的容器，所述介质具有在流化床20构造的介质内部隔离的能量调节剂。流化床20包 括包封结构10，其构造为使得待处理流体穿过包封结构10之间。如本文所述，包封结构 10可包含能量调节剂和等离子体激元试剂二者。在本发明的其它实施方案中，在图3A、3B、3C和3D的系统中还可包括机器人操纵装置，用以将能量调节元件6递送并分散在介质4中或者将老产品移出系统并将待处 理的新产品引入系统中。在本发明中，分子间能量转移可以多种方式进行。能量形式在本质上可为电 能、热能、电磁能、动能或化学能。能量可以向上调节以从能量调节剂发射高于输入引 发能量的能量，或者可以向下调节以从能量调节剂发射低于输入引发能量的能量。能量 可从一个分子转移至另一分子(分子间转移)或者从分子的一部分转移至同一分子的另一 部分(分子内转移)。例如，调节剂可接收电磁能并将该能量以不同的能量形式再发射。 在多个实施方案中，能量调节剂接收较高的能量(例如χ射线)并再发射较低的能量(例 如UV-A)。在其它实施方案中，能量调节剂接收较低的能量(例如红外线或近红外线) 并发射较高的能量(例如可见光或紫外线)。能量转移过程也称为分子激发。一些调节 剂可具有非常短的能量存留时间(约为fs ns，例如荧光分子)，而其它的调节剂可具有 非常长的半衰期(约秒 小时，例如无机发光分子或磷光分子)。合适的能量调节剂包 括但不限于金属纳米颗粒或生物相容金属纳米颗粒、涂覆或未涂覆生物相容外层的金 属、发光率经微波活化而提高的化学发光分子、荧光染料分子、金纳米颗粒、由聚酰胺 胺树枝状聚合物包封的水溶性量子点、荧光素酶、生物相容磷光分子、生物相容荧光分 子、生物相容散射分子、组合电磁能采集分子以及能够强烈发光的镧系螯合物。描述了 这些的多个示例性用途。调节剂可还与载体结合用于靶向用途。例如，生物相容分子如发射UV-A波段 的荧光金属纳米颗粒或荧光染料分子可选作能量调节剂。能量调节剂可优选通过将能量调节剂预先分布在待暴露于活化能量的介质中来 导向期望位点(如接近光活性物质例如光催化剂或光引发剂)。例如，通过物理插入和/ 或混合或者通过将UV-A发光能量调节剂与可光活化树脂结合，可使UV-A发光能量调 节剂富集于将两部分粘合在一起的连接处。此外，能量调节剂可单独使用或者作为一系列两个以上能量调节剂使用，其中 能量调节剂提 供能量梯级。因此，梯级中的第一能量调节剂可吸收活化能量，将其转化 为不同的能量，该能量然后被梯级中的第二能量调节剂吸收，如此直至达到梯级末端， 梯级中的最后的能量调节剂发射激活介质中的可光活化试剂所需的能量。虽然可光活化试剂和能量调节剂可以不同且分离，但是应理解两种试剂不必是 独立的和分离的实体。事实上，两种试剂可经由许多不同的构造而彼此相关。当两种试 剂彼此独立并且可分离移动时，它们通常在共用的周围介质内部经由扩散和偶然相遇彼 此相互作用。当可光活化试剂和能量调节剂不分离时，它们可结合为一种单个实体。引发能量源可为能够提供足以直接激活可活化试剂水平的能量或者对能量调节 剂提供发射用于可活化试剂的活化能量所需要的输入的任何能量源(间接活化)。优选的 激活能量源包括但不限于UV-A灯或光纤线、光针、内窥镜以及产生χ射线、Y射线 或电子束的线性加速器。使用的能量可为任意类型，包括但不限于，Y射线、χ射线、 紫外线、近紫外线、可见光、近红外线、红外线、微波、无线电波等。在一个优选的实 施方案中，引发能量能够完全穿透对象。能够完全穿透对象的示例性引发能量源包括但 不限于χ射线、Y射线、电子束、微波和无线电波。等离子体激元学和增强电磁场的基本原理
等离子体激元增强原理理论上基于电磁场效应的增强机理。此处预先阐述这些 理论是为了说明本发明而不必旨在将任何实施方案限于该特定理论。存在两种主要的电 磁增强来源(1)第一，激光电磁场由于金属颗粒极化所致的场增加而增强；(2)由于分 子辐射放大的发射(发光、拉曼等)场而增强，其进一步使得金属粒子极化，由此作为天 线进一步放大拉曼/发光信号。电磁增强分为两种主要类型a)仅在辐射场存在下发生的增强，和b)即使没有辐射场也发生的增强。第一类增强进一步分为数个过程。基底表面上的等离子体共振， 也称为表面等离子体激元，对电磁增强具有重要贡献。一种有效的等离子体激元活性基 底包括纳米结构的金属颗粒、突起、或金属材料的粗糙表面。照射这些表面的入射光激 发金属中的传导电子，并引起表面等离子体激元的激发而导致拉曼/发光增强。在等离 子体激元频率下，金属纳米颗粒(或者其它纳米结构粗糙化结构)变得极化，导致大的场 诱导极化并因此在表面上产生大的局部场。这些局部场使得发光/拉曼发射强度增加， 其与分子处所施加的场的平方成比例。结果，被在这些表面上的分析物分子感受到的有效电磁场比实际施加场显著更 大。该场离开表面随Ι/r3减小。因此，在电磁模型中，发光/拉曼-活化的被分析物分 子不必与金属表面接触，而是可位于增强局部场范围内的任何位置，这可以使该分子极 化。在拉曼或发光的波长λ处的偶极振动可进而使得金属纳米结构极化，并且如果λ 与等离子体激元的局部表面共振，则纳米结构可使观察到的发射光(拉曼或发光)增强。因此，等离子体激元活化金属纳米颗粒也表现出强增强的可见光和近红外光吸 收，与常规的激光光疗试剂相比，强度提高数个数量级。等离子体激元纳米颗粒用作高 增强光吸收试剂因此提供了有效利用内部产生的光的一种可选且高效的策略。因此，本发明利用了几个重要的机理(A)通过等离子体激元金属纳米颗粒来增加激发光的吸收，使得光引发剂或者 光催化剂的光活化增强；(B)通过用作更有效的能量调节剂系统的等离子体激元金属纳米颗粒来增加激 发光的吸收，产生用于增加光引发剂或者光催化剂激发的更多光；(C)通过在等离子体激元金属纳米颗粒上或者附近的介质材料来增加激发光的 吸收；(D)增加吸附在金属纳米颗粒上或者附近的能量调节剂分子的光吸收；(E)将来自吸附在金属纳米颗粒上或附近的能量调节剂分子的光发射放大；和(F)通过光引发剂或光催化剂增加来自能量调节剂的光发射的吸收。如上所述，可增强来自吸附在金属纳米结构上或附近的分子的光发射(拉曼或 发光)效率的数个现象之一的拉曼散射为表面增强拉曼散射(SERS)效应。在1984年， 本发明人之一首先报导了 SERS —般适用作为分析技术，并且SERS测量用于包括数个同 素环和杂环的多芳香族化合物在内的各种化学品的可能性[T.Vo-Dinh，M.Y.K.Hiromoto, G.Μ.Begun 禾口 R.L.Moody， “ Surface-enhancedRaman spectroscopy for trace organic analysis, ” Anal.Chem.，第56卷，1667，1984],其全部内容通过引用并入本文。自从 二十世纪80年代中期开始，已经投入大量研究来了解和模拟SERS中的拉曼增强。例 如，图5显示，早在1984年，Kerker的早期工作就模拟了在电介质核周围的球形银纳米颗粒和金属纳米壳的电磁场增强，[M.M.Kerker，Acc.Chem.Res., 17，370(1984)]，其全
部内容通过引用并入本文。该图显示在不同激发波长下对孤立的球形纳米球和纳米壳的 电磁增强的理论计算结果。对于吸附吸附在SERS基底上的化合物，通常弱拉曼散射过 程的强度增加IO13或1015，这允许用于单分子检测。由于在纳米结构化金属表面附近产 生的电磁场增强的结果，纳米颗粒用作荧光和拉曼纳米探针获得了更多用途。 理论模型表明能够将纳米颗粒和纳米壳的尺寸调节至激发波长。实验证据表 明IO6-IO15倍拉曼增强主要源于两种机理a)与因电磁谐振所致的大的局部场相关的 在金属表面结构附近产生的电磁“避雷针”效应，经常称为“表面等离子体激元”，以 及b)与分子和金属表面之间直接能量转移相关的效应。根据经典电磁理论，当光入射到金属纳米结构上时，可局部放大电磁场。这些 场增强可以相当大(通常IO6至IO7倍，但是在“热点”处最大为IO15倍增强)。当通 过电磁场(例如激光束)照射纳米结构化的金属表面时，导带内的电子开始以等于入射光 的频率振动。这些振动的电子，称为“表面等离子体激元”，产生增加入射场的二次电 场。如果这些振动的电子空间受限，如孤立的金属纳米球或粗糙化的金属表面(纳米结 构)的情况一样，则存在特征频率(等离子体激元频率)，在该特征频率下存在对入射场 的集合振动的共振响应。该条件产生强烈的局部场增强，其可与金属表面上或者附近的 分子相互作用。在类似于“避雷针”的效应中，“二次磁场”通常在粗糙金属表面上的 高曲率点处最集中。鋪棚散元綱_白術十、離禾口·图6A-6G示出等离子体激元增强探针结构(PEPST)的许多不同的实施方案，其 可设计为(A)与金属(例如金)纳米颗粒结合的可光活化(PA)分子；(B)覆盖有金属纳米颗粒的可光活化(PA)分子；(C)覆盖有PA纳米罩的金属纳米颗粒；(D)覆盖有金属纳米罩的含PA的纳米颗粒；(E)覆盖有PA纳米壳的金属纳米颗粒；(F)覆盖有金属纳米壳的含PA纳米颗粒；和(G)覆盖有具有保护涂层的金属纳米壳的含PA纳米颗粒。PEPST的一个基本实施方案示于图6A中。该PEPST包括与金属(例如金)纳 米颗粒结合的PA分子。图7说明用于本发明的等离子体激元增强效应，其增强一次激 发光源与能量调节剂的相互作用或者增强二次产生的光与介质的相互作用以引起介质改 变。使用合适的能量辐射来激发PEPST结构，这进而使得例如周围的光引发剂活化。例如，HeNe激光器(632.8-nm激发)的光可用于激发。在这种情况下，金属纳 米颗粒设计用于在632.8nm附近表现出强等离子体激元共振带。表面等离子体激元共振 效应使得在纳米颗粒处的激发光放大，使得光引发剂或光催化剂的光活化增加并改善反 应动力学。此外，对于灭菌应用而言，该效应提高纳米颗粒周围的介质中杀菌事件的可 能性。虽然诸如HeNe激光的光可在介质中被散射和吸收，但是PEPST结构的存在使得 透射光的相互作用增强，这超出了通常认为有用的那些增强。等离子体激元增强机理可 和图6B、6C、6D、6E、6F和6G中的其它PEPST探针一起使用。
等离子体激元活化金属纳米结构的结构金属纳米颗粒内部出现的等离子体激元共振来自于入射光场驱动的自由电子的 集体振动。纳米颗粒的等离子体激元响应在越来越多的应用中发挥作用，包括表面增 强拉曼散射(SERS)、化学传感、给药、光热癌症治疗和新的光子器件。等离子体激元 学纳米基底用于SERS检测的研究和应用已经被本发明人之一使用了 20年[T.Vo-Dinh，
“Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Using Metallic Nanostructures “， Trends in Anal. Chem., 17，557(1998)，其全部内容通过引用并入本文。在1984年，本发明人之一首 先报导了使用SERS技术用于包括数个同素环和杂环的多芳香族化合物在内的各种化学品 的痕量分析的实际分析应用[T.Vo-Dinh，M.Y.K.Hiromoto, G.M.Begun 和 R丄.Moody, "Surface-enhanced Raman spectroscopy for trace organic analysis, ” Anal.Chem., 第 56 卷，1667，1984],其全部内容通过引用并入本文。从那以后，SERS技术用于化学 传感、生物分析和医学诊断的发展开始进行。基底包括纳米颗粒和半纳米壳，所述半 纳米壳具有一侧金属(例如银)涂覆的纳米颗粒层(纳米罩或半壳)。数个小组已经 指出球形壳的等离子体激元共振可以通过控制纳米壳结构的壳厚度和长径比来调节 [M.M.Kerker, Acc.Chem.Res.，17，370(1984) ； J.B.Jackson, S.L.Westcott, L.R.Hirsch, J.L.West 禾口 N.H.Halas， “ controlling the surface enhanced Raman effect via the nanoshell geometry”，Appl.Phys.Lett.,第82卷，257-259，2003，其全部内容通过引用并入本 文；S.J.Norton禾口 T.Vo-Dinh, “Plasmonic resonances of nanoshells of Spheroidal Shape"， IEEE Trans.Nanotechnology, 6，627-638(2007)，其全部内容通过引用并入本文。这些壳 通常在电介质核上具有金属层。在本发明的一个实施方案中，这些壳包括圆球形壳，这 是由于等离子体激元共振(纵向和横向模式)受到壳厚度和长径比的影响。大量研究者在 他们的表面增强拉曼散射的分析中已经研究了固体球形颗粒的等离子体激元响应，虽然 圆球形壳似乎并未的得到研究。本发明还包括细长和扁圆球形的壳，其等离子体激元共 振显示出一些令人感兴趣的性质特征。圆球形壳表现出两种自由度用于调节壳厚度和 壳长度直径比[S.J.Norton 禾口 T.Vo—Dinh, “ Plasmonic Resonances of Nanoshells of Spheroidal Shape，，，IEEE Trans.Nanotechnology, 6，627-638(2007)],其全部内容通过引用并入本 文。图7示出等离子体激元活化纳米结构的一些不同的实施方案，以及本发明的最 优实施方案，其可设计为(A)金属纳米颗粒；(B)覆盖有金属纳米罩的电介质纳米颗粒核；(C)覆盖电介质球形核的球形金属纳米壳；(D)覆盖电介质球形核的扁球形金属纳米壳；(E)覆盖有电介质纳米壳的金属纳米颗粒核；(F)具有保护涂层的金属纳米壳；(G)覆盖电介质球形核的多层金属纳米壳；(H)多纳米颗粒结构；(I)金属纳米立方体和纳米三角体/纳米棱柱；和(J)金属柱。
具有远稈活化的可光活化分子的PEPST探针在本发明的另一实施方案中，可将PA分子引入可在金属(金)纳米颗粒上形成 纳米罩的材料(例如生物相容的聚合物)中。该材料可为可具有长期连续释放性能的生 物相容性聚合物或凝胶。合适的凝胶或生物相容性聚合物包括但不限于基于聚丙交酯 (PLA),聚乙交酯(PGA)、聚己内酯(PCL)的聚酯和它们的共聚物，以及PHB-PHV类 的聚羟基脂肪酸酯，其它的聚酯、天然聚合物，特别是改性多糖例如淀粉、纤维素和壳 聚糖、聚环氧乙烷、聚醚酯嵌段共聚物以及乙烯-乙酸乙烯共聚物。释放机制也可通过 非侵入技术例如RF、MW、超声、光子(图8)来触发。图9示出其它可能的实施方案，其中PA分子经由连接体与金属纳米颗粒结合， 所述连接体可通过光子辐射来切割。这种连接体包括但不限于生化键(图9A)、DNA键 (图9B)或者抗体-抗原键(图9C)。在另一实施方案中，连接体为化学不稳定键，其 可通过细胞内部的化学环境来断裂。在多个实施方案中，金属纳米颗粒可能比更小的分 子更难以进入介质中的目标位点。在这些实施方案中，期望的是具有可释放的PA分子的 PEPST探针。金属(例如银或金)纳米颗粒(纳米球、纳米棒等)的团聚是常见的问题，特别 是对于柠檬酸盐覆盖的金纳米球、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)覆盖的金纳米球以及 纳米棒和纳米壳，这是因为当它们分散在缓冲溶液中时，由于盐离子的团聚效应而使得 它们的稳定性差。通过利用聚乙二醇(PEG)包覆纳米颗粒(通过硫醇官能化的PEG与金 属纳米颗粒结合)，可以改善生物相容性并且防止纳米颗粒团聚。生物分子和金属纳米颗粒的固定化 可使用在文献中公开的各种不同的方法将生物分子(PA分子、药物、蛋白质、 酶、抗体、DNA等)固定至载体。例如，在本发明的一个实施方案中，可以改变图3C 和3D的包封结构10，使得PEPST结构固定在外部暴露表面上，使得来自包封结构的任 何光均可在与介质的相互作用中得到增强。而且，在一个实施方案中，包封结构10不包 含能量调节剂。而是，来自外源例如闪光灯或LED阵列或激光器或UV源的光可以透射 穿过空的包封结构10并且传播入介质中。可以利用天然存在的或可引入生物分子结构中 的反应性基团例如氨基(-NH2)或硫醚(-SH)基团通过共价键进行结合。胺可以以高收 率与羧酸或者酯部分化学反应以形成稳定的酰胺键。硫醇可参与马来酰亚胺偶联，得到 稳定的二烷基硫醚。本发明感兴趣的一种载体是金属(优选金或者银)纳米颗粒。涉及金属表面例 如金或银的大多数固定化方案是利用烷基硫醇将表面预先衍生化，形成稳定的键。烷基 硫醇易于以微摩尔级浓度在银表面上形成自组装单层(SAM)。烷基硫醇链的末端可用于 结合生物分子，或者可以易于进行改性以结合生物分子。已经发现烷基硫醇链的长度为 保持生物分子远离表面的一个重要的参数，优选4 20个碳的烷基长度。存在许多方法，其涉及通过使用之前已经说明形成强的金-硫醇键的硫醇官能 化的生物分子来制备和金颗粒结合的稳定的寡核苷酸。具有5'-末端的链烷硫醇官 能团作为锚体的寡核苷酸可与金纳米颗粒的表面结合，所得标记对于高温和低温条件都 是牢固和稳定的[R.Elghanian，J.J.Storhoff, R.C.Mucic, R.L.Letsinger 和 C.A.Mirkin， Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent opticalproperties optical properties of gold nanoparticles.Science 277(1997), 1078-1081 页],其全 部内容通过引用并入本文。已经开发了环二噻烷_表雄留酮二硫键用于将寡核苷酸与金 表面结合[R.Elghanian, J.J.Storhoff, R.C.Mucic, KLletsinger 禾Π C.A.Mirkin, Selective colorimetric detection of polynucleotides based on the distance-dependent optical properties of gold nanoparticles.Science 277 (1997), IO78-IO8I 页]，其全部内容通过引用并入本文。Li 等人报导了三硫醇包覆的寡核苷酸可使得直径=IOOnm的金金属纳米颗粒稳定，同时保 持与无环或者二硫醇_寡核苷酸改性颗粒相当的杂化性能[Z.Li，R.C.Jin, C.A.Mirkin和 R.L.Letsinger, Multiple thiol-anchor capped DNA—gold nanoparticle conjugates.Nucleic Acids Res.30(2002),第 1558-1562 页]，报道。通常，使用开发用于金颗粒的确定的试验性方案，不能通过烷基硫醇改性的寡 核苷酸来有效地钝化银纳米颗粒。一种产生具有银核和金薄壳的核壳颗粒的方法使得 银纳米颗粒易于使用过去用于制备纯金颗粒_寡核苷酸结合物的已验证方法利用烷基硫 醇 _ 寡核苷酸来进行官能化[Y.W.Cao，R.Jin 和 C.A.Mirkin，DNA-modified core-shell Ag/ Au nanoparticles.J.Am.Chem.Soc.123 (2001)，第 796I-7962 页]，其全部内容通过引用并入 本文。已经发现银表面当暴露于烷基硫醇的稀乙醇溶液时表现出受控的自组装动力 学。该表面和烃尾部之间形成的倾角为0 15°。当与金相比时，在银上还存在更大量 的硫醇堆积密度[Burges，J.D. ； Hawkridge, F.M丄angmuirl997，13，3781-6]，其全部内 容通过引用并入本文。在金/银纳米颗粒上形成自组装单层(SAM)之后，烷基硫醇可以 与生物分子共价结合。用于生物分子的共价固定化的大多数合成技术利用多肽(酶、抗 体、抗原等)或者氨标记的DNA链的自由胺基或者与形成酰胺键的羧酸部分反应。这种结合方案不仅通过提供纳米颗粒可在介质内受控地分散和递送的机理而具 有应用，而且可还在本发明包封结构的形成中具有作用，如上所述的那样。用于PEPST的光的光谱范围如果使用合适的纳米结构、纳米尺寸、金属类型，则等离子体激元增强效应可 在整个电磁区域中发生。因此，PEPST原理可用于整个电磁波谱即能量从Y射线和X 射线直到紫外线、可见光、红外线、微波和射频能量。然而，由于实际的理由，对于银 和金纳米颗粒而言，使用可见光和NIR光，这是因为用于银和金的等离子体激元共振分 别发生在可见光和NIR区中。特别对于金纳米颗粒而言，NIR区域非常适合将能量送入 介质中，否则在较短波长处的光学散射可产生问题，例如在具有高浓度悬浮固体的废水 处理或者食品的灭菌中。光子激发本发明的数种方法使用光来激发介质中的光活化化合物。一种方法可使用波 长在所谓“窗口”内的光(设计用于穿透容纳待处理介质的任何容器和/或透射穿过介 质)。此外，虽然本发明的某些方面优选激发光在介质中名义上是不吸收的，但是由于等 离子体激元的优点，本发明也可用于其中存在显著的散射和吸收的介质中。例如，在上 述UV应用中，可将等离子体激元增强PEPST探针引入介质中并可使用紫外光作为活化 源。虽然在表面附近的介质区域中，PEPST探针可不发挥支配作用，但是在其中紫外光 变得稀薄的深入表面的区域中，PEPST探针可在光引发或者光催化中起到重要的作用。
光穿透介质的能力取决于吸收和散射。在含水介质内部，窗口为600 1300nm,即从可见光谱的橙色/红色区域进入NIR。在短波长末端，吸收生物分子包括 DNA和氨基酸如色氨酸和酪氨酸变得重要。在窗口的红外(IR)末端，由于水的吸收性 使得穿透受限。在窗口内部，散射超过吸收而占据主导，因此传播的光被散射，尽管未 必进入散射限。图10示出用于含水介质的窗口的图。以下部分探讨单个光子和多个光 子技术的使用。麵細去I好滅好·可使用两种方法，即单光子或多光子激发。如果使用双光子技术，则可利用可 以穿透深入介质内部的700-1000nm的光激发PA分子，以激发在350_500nm光谱区中的 吸收分子。该方法可以激发在290-350nm光谱区中吸收和在可见光区中发射的化合物。 利用单光子法，光活化剂(PA)分子可以直接吸收600-1300nm的激发光。在这种情况 下，我们可以设计具有附加芳环或者与其它结合以改变吸收不同波长的能力的系统。

X射线激发虽然X射线可非侵入地激发介质中的化合物，但是X射线不易于被许多其中期 望调节能量的化合物所吸收。本发明通过提供可吸收X射线能量并将那些能量变为可被 使用的其它能量的分子系统来提供该问题的解决方案。更具体地，在本发明中可吸收和 改变X射线能量的分子系统的一个实例是包含纳米颗粒(如上所述)的PEPST探针。在该实施方案中，本发明使用X射线进行激发。由于X射线可以穿透深入介质 中，所以优点在于能够非侵入地激发分子。在本发明的一个实施方案中，PA分子(例如 光引发剂)与可与X射线相互作用的称为“能量调节剂”的分子实体结合，并然后发射 可被PA分子吸收的光。(图11)用于X射线激发的PEPST探针在之前的部分中，已经论述了金纳米颗粒作为等离子体激元活化系统的优点。 而且，金纳米颗粒由于它们是生物相容的并且已经证明是可能的X射线造影剂，所以 也是合适的能量调节剂系统[Hainfeld 等人，The British Journal of radiology, 79，248， 2006],其全部内容通过引用并入本文。将高-Z材料用于癌症放疗中剂量增强的观念已 有20多年。基于两种主要理由，金纳米颗粒用作剂量增强物似乎比较早前使用微球和其 它材料的尝试更有希望。第一，金比碘(I，Z = 53)或钆(Gd，Z = 64)具有较高的Z 数，而直至至少3wt%才对啮齿动物或人肿瘤细胞显示出极小毒性。金纳米颗粒对小鼠是 无毒的并且大部分经肾从体内清除。小的金纳米颗粒的新用途允许偶然摄入一些这种纳 米颗粒的材料对于人的消耗而言仍然是安全的。图12示出PEPST探针的许多不同实施方案，其可优选用于能量调节剂_PA系统 的X射线激发。这些探针包括(A)与能量调节剂和等离子体激元金属纳米颗粒结合的PA分子；(B)具有覆盖PA分子的能量调节剂纳米罩的等离子体激元金属纳米颗粒；(C)具有等离子体激元金属纳米颗粒的PA覆盖的纳米颗粒；(D)覆盖有PA分子和等离子体激元金属纳米罩的含能量调节剂的纳米颗粒；(E)具有PA分子覆盖的能量调节剂纳米壳的等离子体激元金属纳米颗粒核；和(F)通过可断开的生化键与能量调节剂(附着于等离子体激元金属纳米颗粒)纳米颗粒结合的PA分子。
_2] ；S干育ρ匕Ii周-PA ^ PEPST ^m^WM 为了简化的目的，以下论述集中于金作为金属材料和CdS作为能量调 节剂材料(其也可用作DNA稳定化的CdS)，见Ma等人，Langmuir，23 (26)， 12783-12787(2007)，其全部内容通过引用并入本文。然而，应理解在本发明的范围内， 金属材料、能量调节剂和PA分子的许多其它实施方案是可能的，以下描述仅仅用于示例 性目的。在图12A的实施方案中，PEPST系统包括金纳米颗粒、与PA药物分子(例 如补骨脂素)连接的能量调节剂纳米颗粒(例如CdS)。对CdS照射X射线[Hua等人， Rev.Sci.Instrum., 73，1379，2002，其全部内容通过引用并入本文]，其吸收X射线和发 射通过金纳米颗粒等离子体激元增强的CdS XEOL光(350-400nm)。该增强的XEOL光 可用于光活化PA分子。在这种情况下，金纳米颗粒的纳米结构设计用于增强350-400nm 的XEOL光。在图12B的实施方案中，PEPST系统包括具有PA分子覆盖的能量调节剂纳米罩 (CdS)的等离子体激元活化金属(金)纳米颗粒。对CdS照射X射线，其吸收X射线并 发射通过金纳米颗粒等离子体激元增强的XEOL光。该增强的XEOL光用于光活化PA 分子。在图12C的实施方案中，PEPST系统包括PA(例如补骨脂素)覆盖的具有较 小等离子体激元金属(金)纳米颗粒的CdS纳米颗粒。对CdS照射X射线，其吸收X射 线并发射通过金纳米颗粒等离子体激元增强的光。该增强的XEOL光用于光活化PA分子。在图12D的实施方案中，能量调节剂核包括覆盖有金纳米罩的CdS或者CsCl纳 米颗粒。对CdS或者CsCl照射X射线，其吸收X射线[[Jaegle等人，J.Appl.Phys.，81， 2406，1997]并且发射通过金纳米罩结构等离子体激元增强的XEOL光。该增强的XEOL 光用于光活化PA分子。类似地，图12E中的实施方案包括覆盖有CdS或CsCl的壳的球形金核。对CdS 或CsCl材料照射X射线，其吸收X射线[Jaegle等人，J.Appl.Phys., 81，2406，1997，
其全部内容通过弓I用并入本文]并发射通过金纳米球进行等离子体激元增强的XEOL光。 该增强的XEOL光用于光活化PA分子。在图12F的实施方案中，PEPST系统包括金纳米颗粒、以及通过可利用辐射断 开的键与PA药物分子(例如补骨脂素)连接的能量调节剂纳米颗粒(例如CdS)。对 CdS照射X射线，其吸收X射线并发射通过金纳米颗粒进行等离子体激元增强的XEOL 光(350-400nm)。该增强的XEOL光用于光活化补骨脂素(PA分子)。在这种情况下， 金纳米颗粒的纳米结构设计用于增强350-400nm的XEOL光。在替代实施方案中，金属纳米颗粒或单纳米壳被多层纳米壳替代[Kun Chen, Yang Liu, Guillermo Ameer, Vadim Backman, Optimal design of structured nanospheres for ultrasharp light-scattering resonances as molecular imaging molecular imaging multilabels， Journal of Biomedical Optics, 10(2)，024005 (2005 年 3 月/4 月)，其全部内容通过引用并
入本文]。
在其它替代实施方案中，金属纳米颗粒覆盖有电介质材料(例如二氧化硅)层 (l-30nm)。电介质层(或者纳米壳)设计用于防止由于金属与能量调节剂分子直接接触 而导致的由能量调节剂(也称为EEC)分子发射的光猝灭。在其它替代实施方案中，能 量调节剂分子或材料经由间隔物(连接体)与金属纳米颗粒连接(或者与其邻近)。间隔 物设计用于防止由能量调节剂分子或材料发射的光猝灭。其它可用的材料能量调节剂材料可包括可以吸收X射线并且发光以激发PA分子的任何材料。能 量调节剂材料包括但不限于金属(金/银等)；量子点；半导体材料；交光和磷光体材料；表现出X射线受激发光(XEOL)的材料；有机固体、金属配合物、无机固体、晶体、稀土材料(镧系)、聚合物、交光材 料、磷光体材料等；和表现出激子性能的材料。量子点，半导体纳米结构。可使用与量子点、半导体材料相关的各种材料等作 为能量调节剂系统。已经指出例如与CdS相关的纳米结构表现出在UV 可见光区域中 的X射线受激发光[Hua等人，Rev.Sci.Instrum.，73，1379，2002，其全部内容通过引用 并入本文]。交光材料作为能量调节剂系统。各种交光材料由于它们吸收X射线并发射可用 于激发PA系统的光发射，所以可用作能量调节剂。例如，钼酸盐的单晶可以通过X射 线激发并发射约 400nm 的光[Mirkhin 等人，Nuclear Instrum.Meth.In Physics Res.A, 486， 295，2002，其全部内容通过引用并入本文]。 固体材料作为能量调节剂系统各种固体材料由于它们的X射线受激发光性能 所以可用作能量调节剂。例如CdS (或者CsCl)当通过软X射线激发时表现出发光[Jaegle 等人，J.Appl.Phys.，81，2406，1997，其全部内容通过引用并入本文]。XEOL 材料镧系或稀土材料；见 L.Soderholm，G.K.Liu, Mark R.Antonioc， F.W.Lytle, X-ray excited optical luminescence.XEOL.detection of X-ray absorption fine structure.XAFZ, J.Chem.Phys, 109，6745，1998，其全部内容通过引用并入本文，或者 Masashi Ishiia, Yoshihito Tanaka 禾口 Tetsuya Ishikawa, Shuji Komuro 禾口 Takitaro Morikawa, Yoshinobu Aoyagi, Site-selective X-ray absorption fine structure analysis of an optically active center in Er—doped semiconductor thin film using X-ray-excited optical luminescence, Appl. Phys.Lett, 78，183，200，其全部内容通过引用并入本文。可用作能量调节剂系统的表现出XEOL的金属配合物的一些实例示于图13和14 中。通过利用金属纳米颗粒替代金属原子，可以改性这种结构，以制造等离子体激元增 强的PEPST探针。在本发明中，可基于激发辐射(NIR或者X射线激发)、光活化辐射 (UVB)和/或来自能量调节剂系统的发射过程(可见光NIR)，选择实验参数，包括纳米 结构的尺寸、形状和金属种类。
糊X身寸麵· PEPST；棚散郝曾碰__基本PEPST探针实施方案的一个实施方案包括与能量调节剂以及与等离子体激元金属(金)纳米颗粒结合的PA分子。金属纳米颗粒可以发挥两种作用(A)X射线电磁场的增强(B)能量调节剂系统的辐射信号的增强。用于激发能量调节剂系统的X射线辐射通过金属纳米颗粒由于等离子体激元共 振而被放大。结果，能量调节剂系统表现出更多发光，所述发光用于光活化PA分子并 使得它们光活化。在这种情况下，金属纳米颗粒设计用于在X射线波长处或者附近表现 出强等离子体激元共振。表面等离子体激元共振效应使得在纳米颗粒处的激发光放大， 使得PA药物分子的光活化增加并改善疗效。等离子体激元增强机理也可和如上所述的 PEPST探针一起使用。图15示出PEPST探针的等离子体激元增强效应。用于医学诊断显象中的X射 线的光子能量为约10 150keV，这相当于波长为1.2 0.0083埃。[λ (埃)=12.4/ E(keV)]。软X射线可以直到lOnm。等离子体激元活化纳米颗粒的尺寸通常约等于或 小于所用辐射的波长。注意，金的大致原子半径为约0.15纳米。在该限值下，对于金而 言，最小的“纳米颗粒”尺寸为0.14nm(仅1个金原子)。尺寸为数百nm的纳米颗粒 可具有约IO6-IO7个金原子。因此，本发明中所述的金纳米颗粒的范围可为I-IO7个金原 子。金纳米颗粒也可增强能量调节剂发射信号，其用于激发PA分子。对于补骨脂素 而言，该光谱范围为UVB区域(320-400nm)。已经制造出在该区域表现出强等离子体激 元共振的银或金纳米颗粒、纳米壳和纳米罩。图16示出补骨脂素化合物(8-甲氧基补骨 脂素)的激发和荧光发射光谱。用于双等离子体激元效应的纳米颗粒链如前所述，需要开发可以具有双(或者多)等离子体激元共振模式的纳米颗粒 系统。图17示出本发明PEPST探针的一个实施方案，其具有一串不同尺寸并彼此结合 的金属颗粒，其可表现出基于双等离子体激元的增强。例如，较大的纳米颗粒(图17， 左侧)的参数(尺寸、金属类型、结构等)可调节至NIR、VIS或UV光，而较小的颗粒 (图17，右侧)可调节至X射线。这些颗粒之间还存在耦合效应。这些纳米颗粒链用于提供所用的入射辐射(例如CdS的χ射线活化)的等离子 体激元增强以及随后激活PA的发射辐射的等离子体激元增强。类似的纳米颗粒系统已 经用作纳米透镜[Self-Similar Chain of Metal Nanospheres as an Efficient Nanolens, Kuiru Li, Mark I.Stockman 禾口 David J.Bergman, Physical Review Letter,第 Θ1 卷，第 22 其月， 227402-1，2003，其全部内容通过引用并入本文]。金纳米颗粒的制造Frens方法[Frens，G.，Controlled nucleation for The regulation of The particle size in monodisperse Gold solutions.Nature (伦敦)Phys Sci，， 1973.241 20-22页，其全部内容通过引用并入本文]可用于本发明中来合成直径为 8-10nm的金纳米颗粒的溶液。简言之，将5.0X 10_6摩尔的HAuCl4溶于19ml去离子水 中，产生浅黄色的溶液。在旋转蒸发器中于激烈搅拌下加热该溶液45分钟。加入Iml 0.5%的柠檬酸钠溶液并且再搅拌该溶液30分钟。溶液颜色逐渐从初始的淡黄色变为清澈、灰色、紫色并最后变为类似于梅尔诺(meriot)的诱人酒红色。使用的柠檬酸钠具有 双重作用，第一用作还原剂，第二产生吸附在金纳米颗粒上的负的柠檬酸根离子以引入 表面电荷从而排斥颗粒以防止形成纳米簇。用于合成包括通过马脾脱铁铁蛋白(HSAF)稳定的金纳米颗粒的另一方法已 经报导使用NaBH4或者3- (N-吗啉代)丙磺酸(MOPS)作为还原剂[Lei Zhang，Joe Swift, Christopher A.Butts, Vij ay Yerubandi 禾口 Ivan J.Dmochowski, Structure and activity of apoferritin-stabilized gold nanoparticles, Journal of Inorganic Biochemistry,第 101 卷， 1719-1729，2007，其全部内容通过引用并入本文]。在笼形蛋白质即脱铁铁蛋白的腔中 制备亚硫酸金(Au2S)纳米颗粒。脱铁铁蛋白的腔的直径为7nm，制造的Au2S纳米颗粒 的直径与腔的尺寸几乎相同并且尺寸分布小。[Keiko Yoshizawa，Kenji Iwahori, Kenji Sugimoto 禾口 Ichiro Yamashita， Fabrication of Gold Sulfide Nanoparticles Using the Protein Cage of Apoferritin, Chemistry Letters,第 35 卷(2006)，第 10 期，1192 页，其全部内容通过 引用并入本文]。因此，在一个实施方案中，PA或能量调节剂-PA化合物包封在脱铁铁 蛋白壳内部。固体材料中的激子 激子在固体材料内部经常定义为“准粒子”。在固体材料例如半导体、分子 晶体和共轭有机材料中，在合适波长(例如X射线、UV和可见辐射等)处的光激发可 以将电子从价带激发至导带。通过库仑相互作用，该新形成的传导电子被吸引至其在价 带上留下的带正电的空穴。结果，电子和空穴一起形成称为激子的束缚态。(注意 该中性结合复合物为可以表现为玻色子一服从Bose-Einstein统计的具有整数自旋的粒 子；当玻色子气体的温度下降至低于某一值时，大量玻色子“凝聚”为单量子态一即 Bose-Einstein凝聚体(BEC))。激子产生涉及固体材料的X射线激发。在交光体和磷 光体的制造中，经常使用宽带隙材料将χ射线转化为紫外线/可见光光子[Martin Nikl, Scintillation detectors for x-rays，Meas.Sci.Technol.17 (2006)R37-R54,其全部内容通过引 用并入本文]。激子理论在材料研究中以及半导体及其它材料的制造和应用中是公知的。在初始转化期间，通过光电效应和康普顿(Comptan)散射效应发生高能量X射 线光子和交光材料的晶格的多步相互作用；对于低于IOOkeV光子能量的X射线激发，光 电效应是主要过程。许多激子(即电子-空穴对)产生并且热分布在导带(电子)和价 带(空穴)中。该第一过程在小于Ips内发生。在随后的传输过程中，激子通过材料迁 移，其中在缺陷处可发生重复的俘获，导致由于非辐射复合等引起的能量损失。最后阶 段即发光包括在发光中心处的电子_空穴对的相继俘获和它们的辐射复合。电子_空穴 对可以在缺陷处被俘获并复合，产生发光。发光掺杂剂也可用作用于激子的陷阱。激子陷眺激子陷阱可以利用晶体主基体中的杂质产生。在具有偶极客体分子的含杂质 晶体中，当电子在邻近杂质分子上局部化时，可出现电子陷获状态。在掺杂有咔唑的 蒽中已经观察到这种陷阱[Kadshchuk，A.K., Ostapenko, N.I., Skryshevskii, Yu.Α., Sugakov, V.I.和 Susokolova，T.O., Mol.Cryst.and Liq.Cryst.，201，167 (1991)其全部内 容通过引用并入本文]。这些陷阱的形成归因于杂质的偶极矩与载流子的相互作用。当 掺杂剂(或者杂质)浓度增加时，由于载流子在杂质分子的簇上被俘获，所以光谱表现出另外的谱结构。有时，杂质和掺杂剂不是必需的由于与扰动晶体分子的再定向偶极矩的静电相互作用，电子或激子将会在这种晶体中的结构缺陷上被俘获[S.V.Izvekov， V.I.Sugakov, exciton and Electron Traps on Structural Defects in Molecular Crystals with Dipolar Molecules, Physica Scripta.第 TC6 卷，255_257，1996]0 可以在分子晶体中设计
用作激子陷阱的结构缺陷。GaAs/AlGaAs纳米结构的开发和纳米制造技术的使用可以允 许操纵激子陷阱使得在用于本发明的材料中具有新的量子力学性能。EIP探针的设计、制造与操作图18A-D示出EIP探针的多个实施方案，其可设计为(A)包括与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可为固定的或者可分开的)的 PA分子的探针，能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激发下可产生激子。 在该优选实施方案中，能量调节剂材料具有用作用于激子陷阱的结构缺陷。(B)包括与能量调节剂颗粒结合(连接体，其可为固定的或者可分开的)的PA 分子的探针，能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激发下可产生激子。在 该优选实施方案中，能量调节剂材料具有用作用于激子陷阱的杂质或掺杂剂分子。具有可调辐射的EIP探针如上(B)中所述的探针能够提供调节从X射线激发源到对激发PA分子有意义的 波长的能量转化的能力。在1976年，D’ Silva等人指出掺杂有凝固n_链烷固体的多 环芳香烃(PAH)分子可以通过X射线激发并且产生在它们的发光光谱的可见光波长特征 的发光。 [A.P.D' Silva, G.J.Oestreich,禾口 V.A.Fassel，X-ray excited optical luminescence of polynuclear aromatic hydrocarbons, Anal.Chem. ; 1976 ； 48 (6) 915-917 页，其全部内容 通过引用并入本文]。可调的EIP探针设计为包括这种发光掺杂剂例如表现出适于活化补 骨脂素的300-400nm范围内的光发射的高度发光PAH。具有可调辐射的EIP的一个实施 方案包括掺杂有萘、菲、芘或者表现出300-400nm范围内发光(荧光)的其它化合物的 固体基质(半导体、玻璃、石英、共轭聚合物等)[T.Vo-Dinh，Multicomponent analysis by synchronous luminescence spectrometry, Anal.Chem. ； 1978 ； 50 (3) 396—401 页，其全部内 容通过引用并入本文]。EEC基体可以为半导体材料，优选在所考虑的光波长(激发和辐 射)处是透明的。也可使用其它掺杂剂物质例如稀土材料作为掺杂剂。图19示出在BaFBr的基 体中掺杂铕的X射线激发光学发光(XEOL)，在370-420nm发光。美国专利申请公开 2007/0063154(通过引用将其并入本文)描述了适于XEOL的这些及其它纳米复合材料 (及其制造方法)。图20示出EIP探针的多个实施方案，其可设计为(A)包含结合在能量调节剂颗粒周围或者嵌入能量调节剂颗粒周围的壳中的PA 分子的探针，能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激发下可产生激子。在 该优选实施方案中，能量调节剂材料具有用作用于激子陷阱的结构缺陷。(B)包含结合在能量调节剂颗粒周围或者嵌入能量调节剂颗粒周围的壳中的PA 分子的探针，能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激发下可产生激子。在 该优选实施方案中，能量调节剂材料具有用作用于激子陷阱的杂质或掺杂剂分子。光物理学中的基础核心概念是由强耦合态的混合物形成新的准粒子。这种混合态可以具有原始颗粒均不具有的异乎寻常的性能。激子和等离子体激元之间的 耦合可弱可强。当光-物质相互作用不能被认为是扰动时，系统为强耦合体系。已 经证明表面等离子体激元(SP)模式和有机激子之间发生强耦合；使用的有机半导体 为沉积在银膜上的在聚合物基体中的浓花青染料[参见J.Bellessa，*C.Bonnand,和 J.C.Plenet, J.Mugnier, strong coupling between surface Plasmons and excitons in an organic semiconductor, Phys.Rev.Lett, 93(3)，036404-1，2004，其全部内容通过引用并入本 文]。其它工作描述了由半导体和金属纳米颗粒构成的杂化复合物的激子的光物理性 能。各纳米颗粒之间的相互作用可以产生辐射的增强或者抑制。辐射增强来自通过等 离子体激元共振放大的电场，而辐射抑制是半导体至金属纳米颗粒的能量转移的结果。 [Alexander O.Govorov, Garnett W.Bryant, % Wei Zhang, Timur Skeini, Jaebeom Lee, § Nicholas A.Kotov， Joseph M.Slocik, | 禾口 Rajesh R.Naik, Exciton-Plasmon Interaction and Hybrid Excitons in SemiconductorMetal Nanoparticle Assemblies, Nano Lett., 第 6 卷，第5期，984，2006，其全部内容通过引用并入本文]。其它工作描述了在小直径 (< Inm)半导电单璧碳纳米管(CN)中的激发态和表面电磁模式之间相互作用的理论。 [I.V.Bondarev, K.Tatur 禾口 L.M.Woods， Strong exciton-plasmon coupling in semiconducting carbonnanotube,其全部内容通过引用并入本文]。

其它工作报导了关于复合金属_绝缘体_半导体纳米线系统的合成和光学性 能，其包括由受控厚度的SiO2壳包围的湿化学生长的银线核以及随后的高发光CdSe 纳米晶体的夕卜壳[Yuri Fedutik， Vasily Temnov， Ulrike Woggon， Elena Ustinovich，禾口 Mikhail Artemyev, Exciton-Plasmon Interaction in a composite metal-insulator-semiconductor Nanowire system, J.Am.Chem.Soc.，129(48)，14939-14945，2007，其全部内容通过引 用并入本文]。对于厚度为 15nm的SiO2间隔物，它们观察到通过CdSe纳米晶体的 激发辐射的表面等离子体激元的有效激发。对于小的d，即远低于lOnm，辐射受到强烈 抑制(PL猝灭)，这与阻尼镜偶极的偶极-偶极相互作用的期望优势一致[G.W Ford和 W.H.Weber, Electromagnetic interactions of molecules with metal surfaces, Phys.Rep.113, 195-287(1984)，其全部内容通过引用并入本文]。对于长度最大为 10 μ m的纳米线， 复合金属-绝缘体-半导体纳米线((Ag)SiO2CdSe)用作用于在光学频率处的ID-表面 等离子体激元的波导，在纳米线末端处具有有效的光子输出耦合，其有期望用于有效激 子_等离子体激元_光子转化和可见光光谱范围中的亚微米尺度上的表面等离子体激元波 导。对于覆盖有J-团聚体的Ag纳米颗粒的胶体溶液的实验表明可使用强散射截面和 与表面等离子体激元有关的增强场，从而以很低的激发功率来产生来自J-团聚体激子的 激发福身寸。[Gregory A.Wurtz, *Paul R.Evans, William Hendren, RonaldAtkinson, Wayne Dickson, Robert J.Pollard,禾口 Anatoly V.Zayats，Molecular Plasmonics with Tunable Exciton -Plasmon Coupling Strength in J-Aggregate Hybridized Au Nanorod Assemblies, Nano Lett., 第7卷，第5期，1297，2007，其全部内容通过引用并入本文]。因此它们对表面等离子 体激元激发的耦合提供一种用于产生低功率光学器件的特别有吸引力的方法。该过程可 以导致有效的X射线耦合用于光疗。此外，J-团聚体与等离子体激元结构的耦合表现出 产生混合等离子体激元_激子状态的真正基础意义。
EPEP探针的设计、制造与操作图21示出表现出激子_等离子体激元耦合的本发明EPEP探针的多个实施方案(A)包含与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或可分开的)的 PA分子或PA分子组的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激 发下可以产生激子。能量调节剂颗粒与覆盖有二氧化硅(或其它电介质材料)纳米壳的 金属纳米颗粒结合(或与其邻近)。二氧化硅层(或纳米壳)(见图25A和图25B;在能 量调节材料和金属纳米结构之间白色的纳米壳层)设计用于防止X射线激发的能量调节剂 颗粒所发射的发光的猝灭。金属纳米颗粒(Au、Ag等)设计用于引起增强X射线激发 的等离子体激元，其随后引起能量调节剂光辐射的增加，最后使得光活化即光疗的效率 提高。纳米颗粒的结构也可设计为使得等离子体激元效应也增强能量调节剂发射光。这 些过程应归于激子(在能量调节剂材料中和在金属纳米颗粒中的等离子体激元)之间的强 耦合；和(B)包含与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或可分开的)的 PA分子或PA分子组的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激 发下可以产生激子。能量调节剂颗粒经由间隔物(连接体)与金属纳米颗粒结合(或者 与其邻近)。间隔物设计用于防止X射线激发的能量调节剂颗粒所发射的发光的猝灭。图22示出本发明EPEP探针的其它实施方案(A)包含与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或者可分开的) 的PA分子或者PA分子组的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐 射激发下可以产生激子。能量调节剂颗粒覆盖有二氧化硅(或其它电介质材料)的纳米 壳，该纳米壳覆盖有分离的金属(Au、Ag)纳米结构(纳岛、纳米棒、纳米立方体等) 层。二氧化硅层(或其它电介质材料)设计用于防止X射线激发的EEC(也称为能量调 节剂)颗粒所发射的发光的猝灭。金属纳米结构(Au、Ag等)设计用于诱导增强X射 线激发的等离子体激元，其随后引起EEC光辐射的增加，最后使得光活化即光疗的效率 提高。纳米颗粒的结构也可设计为使得等离子体激元效应也增强能量调节剂发射光。这 些过程应归于激子(在能量调节剂材料中和在金属纳米结构中的等离子体激元)之间的强 華禹合。(B)包含在与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或可分开的) 的颗粒中的一组PA分子的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射 激发下可以产生激子。包含PA的颗粒覆盖有金属纳米结构(Au、Ag)的层。金属纳米 结构(Au、Ag等)设计用于诱导增强能量调节剂光辐射的等离子体激元，最后使得光活 化即光疗的效率提高。(C)包含与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或可分开的)的 PA分子或PA分子组的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激 发下可以产生激子。能量调节剂颗粒覆盖有二氧化硅(或其它电介质材料)的纳米壳， 该纳米壳覆盖有金属纳米结构(Au、Ag)层。二氧化硅层(或其它电介质材料)设计用 于防止X射线激发的能量调节剂颗粒所发射的发光的猝灭。金属纳米结构(Au、Ag等) 设计用于诱导增强X射线激发的等离子体激元，其随后使得能量调节剂光发射增加，最后使得光活化的效率提高。包含PA的颗粒覆盖有金属纳米结构(Au、Ag)层。金属纳 米结构(Au、Ag等)设计用于诱导增强EEC光辐射的等离子体激元，最后使得光活化的 效率提高。杂化EPEP 纳米超结构EPEP探针可还包括由生物和非生物的纳米尺度构件制成的杂化自组装超结构， 其可提供各种不同的分子构造，其独特的电子谱、表面性能和光谱性能用于光疗。生物聚合物和纳米颗粒可一体化为超结构，其提供了独特的功能性，这是因为 能够使用无机纳米材料的物理性能和聚合物的化学灵活性和特异性。值得注意的是将纳 米材料中常见的两种类型的激发例如激子和等离子体激元组合以得到耦合激发的复合物 系统。包含包括金属、半导体纳米颗粒(NP)、纳米棒(NR)或纳米线(NW)的构件的分 子构造可以生产EPEP探针，其具有用于光疗领域非常重要的光子性能和增强相互作用的 组合。在生物传感中已经报导了一些NW纳米结构和NP的组装的一些实例。经由生物 耦合反应制备由CdTe纳米线(NW)和金属纳米颗粒(NP)制成的纳米尺度超结构。利用 原型生物分子例如D-生物素和链霉亲和素对来连接溶液中的NP和NW。发现Au NP在 CdTe NW周围形成密集的壳。超结构表现出与半导体和贵金属纳米胶体的长程相互作用 相关的异乎寻常的光学效应。与非耦合的NW相比，NW/NP复合物表现出5倍的发光 强度增强和发射峰蓝移[Jaebeom Lee,卞 Alexander O.Govorov。John Dulka,禾Π Nicholas A.Kotov，Bioconj ugates of CdTe N anowires and Au Nanop articles Plasmon-Exciton Interactions, Luminescence enhancement, and Collective Effects, Nano Lett.,第 4 卷，第 12期，2323，2004，其全部内容通过引用并入本文]。图23示出包括NP、NW和NR的超结构的本发明的EPEP探针的多个实施方 案(A)包含与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或可分开的)的 PA分子或PA分子组的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激 发下可以产生激子。能量调节剂颗粒与覆盖有二氧化硅(或其它电介质材料)的纳米壳 柱的金属纳米线(或纳米棒)结合(或与其邻近)。二氧化硅纳米壳柱设计用于防止X 射线激发的能量调节剂颗粒所发射的发光的猝灭。金属纳米颗粒(Au、Ag等)设计用于 诱导增强X射线激发的等离子体激元，其随后引起的能量调节剂光发射的增加，最后使 得光活化即光疗的效率提高。纳米颗粒的结构也可设计为使得等离子体激元效应和/或 激子_等离子体激元耦合(EPC)效应也增强能量调节剂发射光。这些过程应归因于激子 (在能量调节剂材料中和在金属纳米颗粒中的等离子体激元)之间的强耦合；和(B)包含与能量调节剂颗粒结合(通过连接体，其可以是固定的或可分开的)的 PA分子或PA分子组的探针，所述能量调节剂颗粒在合适波长(例如X射线)的辐射激 发下可以产生激子。能量调节剂颗粒经由间隔物(连接体)与金属纳米颗粒结合(或者 与其邻近)。间隔物设计用于防止X射线激发的能量调节剂颗粒所发射的发光的猝灭。 与上述(A)中效应相同。图24和25示出本发明EPEP探针的另一组实施方案，其包括NP、NW和NR与 生物受体(抗体、DNA、表面细胞受体等)的超结构。对靶肿瘤细胞使用生物受体先前 已经针对PEPST探针进行了论述。注意在本实施方案中，PA分子沿着NW轴附着以被来自NW的发射光激发。 图26示出包括与多NW相连的NP的超结构的本发明的EPEP探针的另一实施方案。对于一些实施方案，通过添加设计用于与能量调节剂系统中的激子进行特定相 互作用的金属纳米结构，具有重要改进(1)引入从激子至光子转化的其它辐射途径(2)金属纳米结构可设计用于放大(由于等离子体激元效应)激发辐射(例如X 射线)和/或发射辐射(例如UV或可见光)，以激发光活化(PA)分子，由此增强PA有 效性。可用于本发明实施方案的EPEP探针中的各种金属纳米结构与用于PEPST探针的 图4中说明的那些相同。具有微谐振器的EPEP探针

在一个实施方案中，能量调节剂系统可设计用于用作微米或亚微米尺寸的微谐 振器。之前的工作已经描述了共振微腔，特别涉及产生强的光物质相互作用的共振微 腔[M丄ipson; L.C.Kimerling ； Lionel C, Resonant microcavities, US PATENT 6627923, 2000,其全部内容通过引用并入本文].共振微腔通常形成于基底例如硅中，并且具有约 数微米或几分之一微米的尺寸。共振微腔包含光活化物质(即发光物质)和限制光进入 光活化物质中的反射体。受限的光与光活化物质相互作用以产生光物质相互作用。微腔 中的光物质相互作用特征在于可强可弱。弱相互作用不改变物质中的能级，而强相互作 用改变物质中的能级。在强的光物质相互作用布置中，可使得受限的光与这些能级跃迁 共振，以改变微腔性能。实验方法纳米颗粒(Ag、Au)的制备存在很多方法来制备用于EPEP或PEPST探针的金属纳米颗粒。制备金和银 胶体的过程包括电爆、电沉积、气相凝聚、电化学方法和溶液相化学方法。尽管制 备直径为2 40nm的均一尺寸球形胶体金的方法是公知的[N.R.Jana，L.Gearheart and C.J.Murphy, Seeding growth for size control of 5-40 nm diameter gold nanoparticles.Langmuir 17(2001)，pp.6782-6786，其全部内容通过引用并入本文]，但该尺寸的颗粒可市购。一 种制备银颗粒(具有均勻的光学散射性能)或金颗粒(具有对尺寸和形状单分散性的改善 的控制)的有效的化学还原方法基于使用小直径的均勻尺寸的金颗粒作为用于银或金层 的进一步生长的成核中心。广泛使用的方法涉及金盐的柠檬酸盐还原以产生具有相对窄的尺寸分布的 12-20nm的金颗粒。一种产生较小金颗粒的常用方法见于Brast，Μ. ； Walker, Μ.； Bethell, D. ； Schiffrin, D.J. ； Whyman, R.Chem.Commun. 1994，801，其全部内容通 过引用并入本文。该方法基于在链烷硫醇包覆试剂的存在下进行金盐的氢硼化物还原 以产生1 3nm颗粒。纳米颗粒尺寸可以通过改变硫醇浓度而控制在2 5nm之间 [Hostetler, M.J. ； Wingate, J.E. ； Zhong, C.J. ； Harris, J.Ε. ； Vachet, R.W. ； Clark, M.R. ； Londono, J.D. ； Green, S.J. ； Stokes, J.J. ； Wignall, G.D. ； Glish, G丄.； Porter, M.D. ； Evans, N.D. ； Murray, R.W.Langmuir 1998，14，17，其全部内容通过引用并入本文]。也已经生产了膦稳定化的金簇并且通过配体交换随后转化为硫醇包覆的 簇以改善它们的稳定性[Schmid，G.; Pfeil, R.; Boese, R.; Bandrmann, F. ； Meyer, S. ； Calis, G.H.M. ； van der Velden, J.W.A.Chem.Ber.1981, 114，3634 ； Warner, M.G.； Reed, S.M. ； Hutchison, J.E.Chem.Mater.2000, 12，3316，其全部内容通过引用并入本 文]并且使用与Brast方法类似的方案来制备膦稳定化的单分散的金颗粒[Weare，W.W.； Reed, S.M. ； Warner, M.G. ； Hutchison, J.E.J.Am.Chem.Soc.2000, 122，12890， 其 全部内容通过引用并入本文]。也参见Ziyi Zhong，Benoit Male, Keith B.Luong， John H.T., More Recent Progress in the Preparation of Au Nanostructures, Properties, and Applications, Analytical Letters ； 2003，第 36 卷第 15 期，3097-3118 页，其全部内容通 过引用并入本文。
棚!贼碰_腊
包覆有染料分子纳米壳的金属纳米颗粒的制造可以使用以下文献中描述的方法 实施Akito Masuhara, Satoshi Ohhashi, Hitoshi Kasai ； Shuji Okada, FABRICATION AND OPTICAL PROPERTIES OF NANOCOMPLEXES COMPOSED OF METAL NANOPARTICLES AND ORGANIC DYES, Journal of Nonlinear Optical Physics & Materials第13卷，第3&4期0004)587-592，其全部内容通过引用并入本文。通过共再沉淀方法 制备由作为核的Ag或Au以及作为壳的3-羧甲基-5-[2-(3-十八烷基-2-苯并亚噻唑啉 基)亚乙基]罗丹宁(MCSe)或铜(II)酞菁(CuPc)构成的纳米复合物。在Ag-MCk纳米 复合物的情况下，将0.5mM的MC^e的丙酮溶液注入IOml的通过使用NaBH4还原AgNO3 制备的Ag纳米颗粒水分散体中Au-MC^em米复合物也可以按类似方式制造。Au纳米 颗粒水分散体通过使用柠檬酸钠还原HAuCl4制备。随后，添加2M的NH4OH (50 μ 1)并 且在50°C热处理该混合物。该胺处理经常促进MC&.6Ag-CUPc的J-团聚体形成，并且 Au-CuPc纳米复合物也以相同方式制造将ImM的CuPc的1_甲基_2_吡咯烷酮(NMP) 溶液QOO μ 1)注入Ag或Au纳米颗粒的水分散体(IOml)中。
银纳米颗粒的制备
根据标准的Lee-Meisel方法制备银(或金)胶体在激烈搅拌下使200mL的 10-3M AgNO3水溶液沸腾，然后加入5mL的35mM的柠檬酸钠溶液并保持所得混合物 沸腾1小时。报导该方法产生 1011颗粒/mL的均勻尺寸的胶体颗粒，其直径为 35-50nm并且最大吸收在390nm处。将胶体溶液在4°C下储存并防止受室内灯照射。使 用蒸馏水进行胶体溶液的进一步稀释。
金属纳米罩的制造/制备
一种方法涉及使用固体载体上旋涂的纳米球以产生和控制期望的粗糙度。随后 用提供等离子体激元机理表面所需要的传导电子的银层来覆盖纳米结构载体。在基于固 体基底的技术中，使用简单的纳米材料例如聚四氟乙烯或者乳液纳米球的方法看起来是 最简单的制备方法。各种不同尺寸的聚四氟乙烯和乳液纳米球是可市购的。这些材料的 形状非常规则并且可以选择它们的尺寸用于最优的增强。这些材料包括涂覆有产生半纳 米壳体系的银的孤立电介质纳米球(直径为30nm)，其称为纳米罩。
金纳米壳的制造
金纳米壳已经使用以下文献中描述的方法制备Hirsch LR, StaffordRJ, Bankson JA, Sershen SR, Price RE, Hazle JD，Halas NJ, West JL (2003) Nanoshel卜mediated near infrared thermal therapy of tumors under MR Guidance.Proc Natl Acad Sci 100 13M9-13554.该方法使用涉及成核并然后在二氧化硅电介质核周围连续生长金 纳米颗粒的机理。使用Frens方法如上所述制备的金纳米颗粒作为种子来生长金壳。将 用作纳米壳的核的二氧化硅纳米颗粒(IOOnm)单分散在在EtOH中的的APTES的溶液 中。经由氨基的分子连接在二氧化硅纳米颗粒的表面上生长使用Frens方法合成的金“种 子”胶体。“种子”覆盖胺化的二氧化硅纳米颗粒表面，首先为不连续的金金属层，逐 渐生长形成连续的金壳。
商业应用
在此处描述的本发明的以下商业应用中，提供能量调节剂3 (例如颗粒或者光子 发射体)并且将其分布在介质4中，用于介质中试剂的失活或活化，以在介质中产生物 理、化学或生物学变化。在一个实施方案中，将如上所述的等离子体激元试剂添加到介 质中。等离子体激元试剂可以增强施加的引发能量使得增强的引发能量激活至少一种可 活化试剂，以在活化时在介质中产生改变，也可增强通过能量调节剂转化的光。
发光颗粒的实例可以包括金颗粒(例如如上所述金纳米颗粒)、BaFBrEu颗粒、 CdSe颗粒、Y203:Eu3+颗粒和/或其它已知的受激发光材料例如ZnS:Mn2+ ； ZnSiMn2+, Yb3+， Y203:Eu3+ ； BaFBr:Tb3+禾口 YF3:Tb3+。
在此处描述的本发明的一个实施方案中，其它潜在有用的发光颗粒(或能量调 节齐Ll)包括例如 Wang 等人在“Electromagnetic excitation of nano-carbon in vacuum” , OPTICS EXPRESS,第13卷，第10期，2005年5月10日中描述的碳纳米管，其全部内容通过引用并入本文。这种碳纳米管在受到微波辐射时表现出黑体发射和在可见光中的 非连续的线型发射。
用于此处描述的本发明的其它潜在有用的发光颗粒包括Asian等人 于 09/23/2006 在网上发表的 J.AM.CHEM.SOC. "Multicolor Microwave-Triggered Metal-Enhanced Chemiluminescence”中描述的化学发光反应/物质，其全部内容通过引用并入本文。这些化学发光反应/物质利用受到微波辐射时增强化学发光反应的银纳米 颗粒形成。Asian等人利用市售发光棒的化学发光物质，其中例如过氧化氢将草酸苯酯氧 化成过氧酸酯和酚。不稳定的过氧酸酯分解为过氧化合物和酚，该过程化学地产生响应 于光辐射的电子激发态。虽然这些化学发光物质可具有有限的寿命，但是在此处描述的 本发明的固化应用中仍然可行，其中固化过程一次发生，并且外部微波源通过加速可见 光产生而促进固化。
发光颗粒的发光波长和/或效率经常取决于颗粒尺寸。用于此处描述的本发明 的纳米尺寸范围中的颗粒尺寸在很多情况下均表现出较强的发光，如美国专利申请公开 2007/00631M中所述，其全部内容通过引用并入本文。此外，在此处描述的本发明的一 个实施方案中，发光颗粒可与分子复合物例如聚乙二醇、维生素B12或DNA结合，其用 于防止发光颗粒(特别是纳米颗粒)的凝聚并用于使得发光颗粒生物相容。更具体地， 此处给出的用于合成Cc^em米晶体的一种方法来自美国专利申请公开2007/00631M。因 此，适于此处描述的本发明的柠檬酸盐稳定化的Cdk纳米晶体可根据以下程序制备
在45ml水中加入0.0 柠檬酸钠(Fluka)和2ml 4 X IO"2的高氯酸镉(Aldrich)。利用0.1M NaOH (Alfa)调节pH为9.0。利用氮使溶液鼓泡10分钟，然后加入2ml 1 X 10_2M 的N，N-二甲基硒脲(Alfa)。在常规900瓦微波炉中加热该混合物50秒。在该方法 中，Cd &的摩尔比为4 1，这使得Cdk纳米颗粒具有 4.0nm的直径；通过提高 Cd浓度，能够合成较小的Cc^e纳米颗粒。
此外，用于此处描述的本发明的发光颗粒可涂覆有绝缘体材料例如二氧化硅， 这可使得发光颗粒和介质之间的任何化学相互作用的可能性降低。对于无机纳米颗粒的 生物学应用，一个主要限制因素是它们的毒性。一般而言，所有半导体纳米颗粒都或多 或少有毒。对于生物医学应用，希望纳米颗粒的毒性尽可能低，否则纳米颗粒必须与介 质保持隔离。纯Ti02、ZnO和R2O3是生物相容的。CcTTe和Cc^e是有毒的，而ZnS、 CaS> BaS> SrS和Y2O3毒性较低。此外，纳米颗粒的毒性可来自它们的无机稳定剂， 例如TGA，或者来自掺杂剂例如Eu2+、Cr3+或Nd3+。看起来最生物相容的其它合适的能 量调节剂是硫化锌、ZnS:Mn2+、氧化铁、二氧化钛、氧化锌、包含少量Al2O3的氧化锌以 及包封在分子筛中的AgI纳米簇。对于非医学应用，对于毒性可不如此关注，以下材料 (以及别处所列出的)被认为是适合的铥活化的镧和钆的卤氧化物；Er3+掺杂的BaTiO3 纳米颗粒，Yb3+掺杂的CsMnCljn RbMnCl3, BaFBr:Eu2+纳米颗粒，铯碘，锗酸铋，钨 酸镉，以及掺杂有二价Eu的Csft·。
在本发明的多个实施方案中，以下发光聚合物也适于作为能量调节剂聚苯撑 乙炔、聚苯撑乙烯、聚对苯撑、聚噻吩、聚乙烯基吡啶、聚吡咯、聚乙炔、聚乙烯基咔 唑、聚芴等及其共聚物和/或衍生物。
虽然本发明的许多能量调节剂是下转化试剂(即其中较高能量激发产生较低的 能量发射)，但是美国专利7,008,559(其全部内容通过引用并入本文)描述了 ZnS的上转 化性能，其中在767nm处的激发产生在可见光区中的发光。美国专利7,008,559中描述了 包含ZnS以及Er3+掺杂BaTiO3纳米颗粒和Yb3+掺杂CsMnQ3的材料适于本发明的多个实施方案。
指定用于上转化的其它材料包括CcTTe、CdSe> ZnO> CdS> Y203、MgS> CaS> &S和BaS。这种上转化材料可为任何半导体，并且更具体为但不限于硫化 物、碲化物、硒化物和氧化物半导体及它们的纳米颗粒，例如Zni_xMnxSy、ZtvxMnxSep ZnhMnxTep CdhMnSy、CdhMnxSe5^ CdhMnxTe5^ PbhMnxS5^ PbhMnxSe5^ PbhMnxT^r、MghMnSy、Ca^.Mn.S^ Ba1^xMnxSy 和 Sr1^x 等(其中 O < x<l, O < y<l)。 上述半导体的配位化合物也可用于本发明，例如(Μ1 Νζ) PxMnxAhyBy (M = Zn，Cd， Pb, Ca, Ba, Sr, Mg ； N = Zn, Cd, Pb, Ca, Ba, Sr, Mg ； A = S, Se, Te, O ； B = S, Se，Te, O ； O < x<l，O <於1，O < .这种配位化合物的两个实例 是Zna4Cda4Mna2S和Zna9MnaAa8Sea2。其它转化材料包括绝缘且不导电的材料例如 BaF2, BaFft"和BaTiO3,略举数个示例性化合物的实例。适于本发明的过渡金属和稀 土离子共同掺杂的半导体包括硫化物、碲化物、硒化物和氧化物半导体及它们的纳米颗 粒，例如 ZnS ； Mn； Er； ZnSe ； Mn, Er ； MgS ； Mn, Er ； CaS ； Mn, Er ； ZnS ； Mn，Yb ； ZnSe ； Mn，Yb ； MgS ； Mn，Yb ； CaS ； Mn，Yb 等和它们的配位化合物 (M1^zNz) !_x (MnqR1^q) xAi-yBy (Μ = Zn, Cd, Pb, Ca, Ba, Sr, Mg ； N = Zn，Cd, Pb, Ca, Ba, Sr, Mg ； A=S, Se, Te, O ； B = S, ...O < z<l, O < q《l)。
实际上，一些纳米颗粒例如ZnS:Tb3+，Er3+ ； ZnSiTb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+; ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+在本领域中公知具有两种功能即能够用于下转化发光和 上转化发光二者。
为降低毒性或使这些纳米颗粒具有生物惰性或生物相容性，此处描述的本发明 的一个实施方案利用二氧化硅涂覆这些纳米颗粒。二氧化硅在从漆和磁流体至高品质纸 张涂层的广泛工业胶体产品中用作涂层材料。此外，二氧化硅既是化学惰性的又是生物 惰性的，而且是光学透明的。在以下方法中(来自M.A.Correa-Duarte，M.Giesig，和 L.Μ.Liz-Marzan, Stabilization of CdS semiconductor nanoparticles against photodegradation by a silica coating procedure, Chem.Phys丄ett.，1998，286 497，其全部内容通过引用并 入本文)，适于此处描述的本发明的柠檬酸盐稳定化的CdTe:Mn2+/^i02纳米晶体可制备具 有二氧化硅涂层
(1)在CdTe:Mn2+纳米颗粒溶液(50ml)中，在激烈搅拌下添加新制备的(3_巯基 丙基)三甲氧基硅烷(MPS)的水溶液(0.5ml，ImM) (Sigma)。MPS的功能是它的巯基 可以与CcTTe的表面Cd位点直接结合，而留下硅烷基团朝向溶液，硅酸盐离子从此处接 近颗粒表面；(2)在激烈搅拌下加入2ml的pH为10.5的硅酸钠(Alfa)溶液；(3)静置所 得分散体(pH 8. 5天，使得二氧化硅缓慢聚合到颗粒表面上；和(4)将分散体转移至 乙醇，使得过量溶解的硅酸盐可以沉淀出，以增加二氧化硅的壳厚度。
或者，如图3C和图3D所示，在包封结构10中的发光颗粒可以处于介质附近。 在此处描述的本发明的一个实施方案中，发光颗粒涂覆在石英或者玻璃管9的内部并密 封。在另一实施方案中，发光颗粒可涂覆在球或管的表面上，并然后使用上述解决方案 过程的气相沉积或溅射过程或旋涂玻璃过程利用二氧化硅(或者其它适合的钝化层)包 封，以制造包封结构10，包封结构10可为从容器璧延伸的可重入结构的一部分(如图3C 所示)或者可为流化床结构的一部分(如图3D所示)。在另一实施方案中，等离子体激 元试剂固定至玻璃管9的外表面。施加到管并且散射至外表面的外部光在等离子体激元 试剂处增强，使得介质得到更有效的处理，而不必使用能量调节剂。
在任一结构中，待处理的介质会流过包封结构10，或者沿着包封结构6流动， 并且包封结构6、10之间的间隔距离可设定为小于介质中UV透入深度的距离。
可使用合适的光源(例如上述χ射线源之一)来激发包封结构10中的发光颗粒。 在此处描述的本发明的一个实施方案中，介质中发光颗粒的浓度或者包封结构10之间的 间距设定为使得发光颗粒在介质中彼此隔离开小于UV进入介质中的透入深度。如果能 量源具有足以“照亮”全部发光颗粒的强度，那么当然可使用较高的浓度并且可产生较 高的UV通量。
对于相对清澈的水介质，太阳UV-B辐射在透入水样品中0.2m Im之后衰减 至1%，而UV-A透入约数米。对于这种介质，发光颗粒的浓度更多是由使介质中试剂 失活或活化的期望UV通量所需要的时间决定，而非必须基于发光颗粒的浓度设定，其中 介质本身不阻断UV激发辐射穿过整个介质。发光颗粒置于介质中和在介质附近不受介 质光密度的限制。
基于每keV的X射线吸收BaFBrEu2+发射平均5.2个自发光子的公开数据 (M.Thoms， H.von Seggern, Method for the determination of photostimulable defect centerconcentrations, production rates, and effective formation energies, J.Appl.Phys.1994, 75:4658-4661，其全部内容通过引用并入本文。)，可预期对于每50keV的X射线吸收， CdTe纳米颗粒发射约50个光子。
基于美国专利申请公开2007/00631M的用于使用0.8ml L-半胱氨酸稳定的CdTe 颗粒溶液在0. BaFBriEu2+磷光体中的浓缩制备的CdTe/BaFBrEu2+纳米复合物的X-射 线光谱结果，随着X射线照射时间增加，Eu2+的390nm的X射线发光强度增加。该现 象在 W.Chen, S.P.Wang, S.Westcott, J.Zhang, A.G.Joly,禾口 D.E.McCready, Structure and luminescence of BaFBr:Eu2+and BaFBr:Eu2+， Tb3+phosphors and thin films, J.Appl. Phys.2005, 97: 083506中进行了讨论，其全部内容通过引用并入本文。
因此，在本发明一个实施方案中，对于直径为200nm的颗粒，每cm3约IO9纳米 颗粒的最小基线浓度预期对于在介质中产生改变的UV辐射是足够的。本发明不限于该 浓度范围，而是给出该范围作为一个说明性的实例。实际上，较高的浓度可增加每单位 时间的UV发射并提供较快的相互作用，这通常被认为对于其中要考虑产品处理量的工业 应用是有用的。
流体的灭菌和低温巴氏杀菌
下表1示出杀菌破坏的合适强度
表1破坏所需要的杀菌能量
权利要求
1.一种用于在置于人工容器内的介质中产生改变的方法，包括(1)在所述介质附近放置等离子体激元试剂和能量调节剂中的至少之一，所述能量调 节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光进入所述介质中；和(2)从能量源施加所述引发能量至所述介质，其中施加的所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以 直接或间接地在所述介质中产生改变。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述能量调节剂发射所述光，所述光的 能量不同于施加的所述弓丨发能量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述等离子体激元试剂1)增强或改变来自所述 能量调节剂的所述光或者2)增强或改变所述引发能量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括 从外部能量源施加所述引发能量；或者从至少部分地位于容纳所述介质的所述人工容器中的源或通过所述人工容器中的开 口暴露出的源施加所述引发能量；或者对其中的间隙预填充有未固化的可辐射固化介质的结构元件施加所述引发能量，由 此固化所述间隙中的所述未固化的可辐射固化介质；或者施加所述引发能量的定向或聚焦束以由所述未固化的可辐射固化介质产生图案化元件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括从发射χ射线、Y射线、电子束、 UV辐射、可见光、红外辐射、微波、化学能量或无线电波中的至少之一的源施加所述引发能量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立方 体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量调节剂包括硫化物、碲化物、硒化物和 氧化物半导体中的至少之一。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS； ZnSe； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+； ZnS:Tb3+； Y203:Tb3+； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属； 所述能量调节剂包括磁性物质；或者 所述能量调节剂包括化学或生物学受体。
11.根据权利要求1所述的方法，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂； 所述金属纳米颗粒包括磁性物质；或者所述金属纳米颗粒包括化学或生物学受体。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体激元试剂包括电介质_金属复合物；或者所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述介质中的改变包括有机体活性的改变。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述活性的改变包括所述介质的灭菌或所述介 质内发酵失活中的至少之一。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述活性的改变包括所述介质的低温巴氏灭菌。
16.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括对介质进行灭菌，所述介质包括选自 细菌、病毒、酵母和真菌中的至少一种有机体。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括将可光活化试剂引至所述介质。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述可光活化试剂包括包含在光笼内部的活化 齐U，其中在暴露于所述引发能量源时，所述光笼设置为与所述活化剂分离，使得所述活 化剂可用于所述介质。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述可光活化试剂选自补骨脂素、芘基胆 甾醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、16-重氮基可的松、乙啶、博莱霉素的过渡 金属配合物、去糖博莱霉素的过渡金属配合物、有机钼配合物、咯嗪、维生素Ks、维生 素L、维生素代谢物、维生素前体、萘醌、萘、萘酚以及其具有平面分子构象的衍生物、 卟啉、染料和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹诺酮、醌和蒽醌。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述可光活化试剂包括补骨脂素、香豆素或其 衍生物。
21.根据权利要求20所述的方法，其中利用补骨脂素、香豆素或其衍生物处理癌细 胞、肿瘤细胞、自身免疫缺乏综合症病毒、或者血源性杀菌剂中的至少之一。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述可光活化试剂包括光催化剂。
23.根据权利要求17所述的方法，其中所述光催化剂包括Ti02、ZnO>CdS> CdSe、 SnO2> SrTiO3> WO3> Fe2O3 和 Ta2O5 中的至少之一。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述能量调节剂包括设置为发射所述光的光子发射体，所述光的波长激活所述介质 中的至少一种可光活化试剂，和所述等离子体激元试剂增强由所述能量调节剂发射的光，使得增强的辐射光激活所 述至少一种可光活化试剂。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述光子发射体包括多种发光试剂。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述发光试剂选自在暴露于所述引发能量时发 射所述光的磷光化合物、化学发光化合物和生物发光化合物。
27.根据权利要求25所述的方法，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学发 光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料。
29.根据权利要求25所述的方法，其中所述发光试剂包括在暴露于微波能量时具有增 强的化学发光的化学发光试剂。
30.根据权利要求25所述的方法，其中所述发光试剂包括碳纳米管。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述碳纳米管在暴露于微波或射频能量时发光。
32.根据权利要求25所述的方法，还包括将所述能量调节剂磁引入所述介质中或 者从所述介质收集所述能量调节剂。
33.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括施加所述引发能量遍及所述人工容器的整个容积。
34.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括使所述引发能量透射穿过所述人工容器，所述人工容器包括铝容器、石英容器、玻 璃容器、塑料容器或其组合中的至少之一。
35.根据权利要求1所述的方法，其中在所述介质内以其中由所述能量调节剂产生的 所述光在整个所述介质中不被阻断的密度提供所述能量调节剂。
36.根据权利要求1所述的方法，其中放置包括在所述介质内提供隔离状态的所述能 量调节剂或所述等离子体激元试剂。
37.根据权利要求36所述的方法，其中在所述介质内提供隔离状态包括在所述介质中 提供所述能量调节剂或所述等离子体激元试剂的包封。
38.根据权利要求37所述的方法，其中提供包封包括以其中光在整个所述介质中不被 阻断的的密度提供所述包封。
39.根据权利要求37所述的方法，其中提供包封包括在流化床中提供所述包封；在延伸进入容纳所述介质的所述人工容器中的可重入结构中提供所述包封；或者在容纳所述介质的所述人工容器的内璧上提供所述包封。
40.根据权利要求1所述的方法，其中所述引发能量包括激活所述介质中的可光活化 试剂的χ射线能量和UV/VIS能量。
41.根据权利要求1所述的方法，其中所述引发能量包括激活所述介质中的可光活化 试剂的红外能量和UV/VIS能量。
42.根据权利要求1所述的方法，其中所述引发能量包括激活所述介质中的可光活化 试剂的无线电波或微波能量和UV/VIS能量。
43.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括对废水施加所述引发能量以减少所述 废水中的污染物。
44.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括对器具的连接区域的部分进行灭菌， 所述连接区域将所述器具的一个区域连接至所述器具的另一区域。
45.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括对流体施加所述引发能量以对所述流 体进行灭菌。
46.根据权利要求45所述的方法，其中施加包括以下至少之一对血液制品或食品进行灭菌；或者对所述液体或所述食品进行巴氏灭菌。
47.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括施加所述引发能量以改变所述介质中 制品的表面结构。
48.根据权利要求47所述的方法，其中施加包括在所述制品的表面上光接枝分子物质。
49.根据权利要求1所述的方法，其中施加包括施加能量高于通过所述能量调节剂产 生的能量的引发能量或者施加能量低于通过所述能量调节剂产生的能量的引发能量。
50.一种在置于人工容器内的介质中产生改变的方法，包括(1)在介质内邻近放置当活化时在所述介质中产生改变的等离子体激元试剂和可活化 试剂，所述等离子体激元试剂设置为增强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能 量；禾口 (2)从能量源施加所述引发能量至所述介质，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述可活化试剂相互作用，以直接或 间接地在所述介质中产生改变。
51.根据权利要求50所述的方法，还包括由设置在所述介质附近的能量调节剂发射 光，所述光的能量不同于所述施加的引发能量。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述等离子体激元试剂1)增强或改变来自所 述能量调节剂的所述光或者2)增强或改变所述引发能量。
53.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括 从外部能量源施加所述引发能量；或者从至少部分地位于容纳所述介质的所述人工容器中的源或者通过所述人工容器中的 开口暴露出的源施加所述引发能量；或者对其中的间隙预填充有未固化的可辐射固化介质的结构元件施加所述引发能量，由 此固化所述间隙中的所述未固化的可辐射固化介质；或者施加所述引发能量的定向或聚焦束以由所述未固化的可辐射固化介质产生图案化元件。
54.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括从发射χ射线、Y射线、电子束、 UV辐射、可见光、红外辐射、微波、化学能量或无线电波中的至少之一的源施加所述引发能量。
55.根据权利要求50所述的方法，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立方 体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
57.根据权利要求50所述的方法，还包括在所述介质中提供能量调节剂，所述能 量调节剂包括硫化物、碲化物、硒化物和氧化物半导体中的至少之一。
58.根据权利要求57所述的方法，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS； ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+； ZnS:Tb3+； Y203:Tb3+； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
59.根据权利要求50所述的方法，其中所述可活化试剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述可活化试剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；所述可活化试剂包括磁性物质；或者所述可活化试剂包括化学或生物学受体。
60.根据权利要求50所述的方法，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述可活化试剂；所述金属纳米颗粒包括磁性物质；或者所述金属纳米颗粒包括化学或生物学受体。
61.根据权利要求50所述的方法，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
62.根据权利要求50所述的方法，其中所述介质中的改变包括有机体活性的改变。
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述活性的改变包括所述介质的灭菌或所述介 质内发酵失活中的至少之一。
64.根据权利要求62所述的方法，其中所述活性的改变包括所述介质的低温巴氏杀菌。
65.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括施加所述引发能量以对介质进行灭 菌，所述介质包括选自细菌、病毒、酵母和真菌中的至少一种有机体。
66.根据权利要求50所述的方法，其中所述可活化试剂包括可光活化试剂。
67.根据权利要求66所述的方法，其中所述可光活化试剂包括包含在光笼内部的活化 齐U，其中在暴露于所述引发能量源时，所述光笼设置为与所述活化剂分离，使得所述活 化剂可用于所述介质。
68.根据权利要求66所述的方法，其中所述可光活化试剂选自补骨脂素、芘基胆 甾醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、16-重氮基可的松、乙啶、博莱霉素的过渡 金属配合物、去糖博莱霉素的过渡金属配合物、有机钼配合物、咯嗪、维生素Ks、维生 素L、维生素代谢物、维生素前体、萘醌、萘、萘酚以及其具有平面分子构象的衍生物、 卟啉、染料和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹诺酮、醌和蒽醌。
69.根据权利要求50所述的方法，其中所述可活化试剂包括补骨脂素、香豆素或其衍 生物。
70.根据权利要求69所述的方法，其中利用补骨脂素、香豆素或其衍生物处理癌细 胞、肿瘤细胞、自身免疫缺乏综合症病毒或血源性杀菌剂。
71.根据权利要求50所述的方法，其中所述可活化试剂包括光催化剂。
72.根据权利要求71所述的方法，其中所述光催化剂包括Ti02、ZnO、CdS>CdSe、 SnO2> SrTiO3> WO3> Fe2O3 和 Ta2O5 中的至少之一。
73.根据权利要求50所述的方法，还包括对所述介质提供能量调节剂，所述能量 调节剂将所述引发能量转化为活化能量，所述活化能量使得所述至少一种可活化试剂活 化。
74.根据权利要求73所述的方法，其中所述能量调节剂包括设置为发射光的光子发射体，所述光的波长激活所述可光活化试剂，并且所述等离子体激元试剂增强所述光，使得增强的光激活所述可光活化试剂。
75.根据权利要求74所述的方法，其中所述光子发射体包括多种发光试剂。
76.根据权利要求75所述的方法，其中所述发光试剂选自在暴露于所述引发能量时发 射所述光的磷光化合物、化学发光化合物和生物发光化合物。
77.根据权利要求75所述的方法，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学发 光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
78.根据权利要求75所述的方法，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料。
79.根据权利要求75所述的方法，其中所述发光试剂包括在暴露于微波能量时具有增 强的化学发光的化学发光试剂。
80.根据权利要求75所述的方法，其中所述发光试剂包括碳纳米管。
81.根据权利要求80所述的方法，其中所述碳纳米管在暴露于微波或射频能量时发光。
82.根据权利要求74所述的方法，还包括将所述能量调节剂磁引入所述介质中或 者从所述介质收集所述能量调节剂。
83.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括施加所述引发能量遍及所述人工容器的整个容积。
84.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括使所述引发能量透射穿过所述人工容器，所述人工容器包括铝容器、石英容器、玻 璃容器、塑料容器或其组合中的至少之一。
85.根据权利要求50所述的方法，其中放置包括在所述介质内提供分散的能量调节 齐U，所述能量调节剂将所述引发能量转化为激活所述可活化试剂的光。
86.根据权利要求85所述的方法，其中在所述介质内提供分散包括以其中所述光 在整个所述介质中不被阻断的密度提供所述能量调节剂。
87.根据权利要求50所述的方法，其中放置包括在所述介质内提供隔离的所述能量调 节剂或所述等离子体激元试剂。
88.根据权利要求87所述的方法，其中在所述介质内部提供隔离包括在所述介质中提 供能量调节剂或所述等离子体激元试剂的包封。
89.根据权利要求88所述的方法，其中提供包封包括以其中所述光在整个所述介质中 不被阻断的的密度提供所述包封。
90.根据权利要求88所述的方法，其中提供包封包括在流化床中提供所述包封；在延伸进入容纳所述介质的所述人工容器中的可重入结构中提供所述包封；或者在容纳所述介质的所述人工容器的内璧上提供所述包封。
91.根据权利要求50所述的方法，其中所述引发能量包括激活所述可活化试剂的χ射 线能量和UV/VIS能量。
92.根据权利要求50所述的方法，其中所述引发能量包括激活所述可活化试剂的红外 能量和UV/VIS能量。
93.根据权利要求50所述的方法，其中所述引发能量包括激活所述可活化试剂的无线电波或微波能量和UV/VIS能量。
94.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括对废水施加所述引发能量以减少所述 废水中的污染物。
95.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括对器具的连接区域的部分进行灭菌， 所示连接区域将所述器具的一个区域连接至所述器具的另一区域。
96.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括对流体施加所述引发能量以对所述流 体进行灭菌。
97.根据权利要求96所述的方法，其中施加包括对血液制品或食品进行灭菌。
98.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括对流体或食品施加所述引发能量以对 所述流体或所述食品进行巴氏杀菌。
99.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括施加所述引发能量以改变所述介质中 制品的表面结构。
100.根据权利要求99所述的方法，其中施加包括在所述制品的表面上光接枝分子物质。
101.根据权利要求50所述的方法，其中施加包括施加能量高于通过所述介质中的能 量调节剂产生的能量的所述引发能量，或者施加能量低于通过在所述介质中的能量调节 剂产生的能量的所述引发能量。
102.—种用于固化可辐射固化介质的方法，包括施加引发能量至遍及组合物，所述组合物包含1)未固化的可辐射固化介质和2)等离 子体激元试剂和能量调节剂中的至少之一，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂 或所述能量调节剂相互作用，以通过所述介质中聚合物的聚合来直接或间接地固化未固 化的介质；和通过激活在所述可辐射固化介质中的光引发剂来固化所述可辐射固化介质。
103.根据权利要求102所述的方法，还包括由所述能量调节剂发射其能量不同于 施加的引发能量的光。
104.根据权利要求103所述的方法，其中所述等离子体激元试剂1)增强或改变来自 所述能量调节剂的光发射或者2)增强或改变所述引发能量。
105.根据权利要求102所述的方法，其中施加包括从外部能量源施加所述引发能量；或者从至少部分地位于容纳所述介质的所述容器中的源施加所述引发能量；或者对其中的间隙预填充有未固化介质的结构元件施加所述引发能量，由此固化所述间 隙中的所述未固化介质；或者施加所述引发能量的定向或聚焦束以由所述可辐射固化介质产生图案化元件。
106.根据权利要求102所述的方法，其中所述引发能量包括χ射线能量，并且所述活 化能量为UV/VIS能量。
107.根据权利要求102所述的方法，其中所述引发能量包括微波能量，并且所述活化 能量为UV/VIS能量。
108.根据权利要求102所述的方法，其中所述引发能量包括χ射线、Y射线、电子 束、紫外辐射、微波、化学能量或无线电波中的至少之一。
109.根据权利要求102所述的方法，还包括在所述介质中提供硫化物、碲化物、 硒化物和氧化物半导体中的至少之一作为能量调节剂。
110.根据权利要求109所述的方法，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS ； ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
111.根据权利要求102所述的方法，其中施加包括施加能量高于通过所述介质中 的能量调节剂产生的能量的所述引发能量，或者施加能量低于通过所述介质中的能量调 节剂产生的能量的所述引发能量。
112.根据权利要求102所述的方法，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
113.根据权利要求112所述的方法，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
114.根据权利要求102所述的方法，还包括由用于激活所述介质中的光引发剂的 至少一种能量调节剂来产生光，其中所述等离子体激元试剂增强产生的光，使得增强的辐射光激活所述光引发剂。
115.根据权利要求114所述的方法，其中所述光引发剂包括安息香、取代安息香、 烷基酯取代的安息香、米蚩酮、二烷氧基苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、二苯甲酮、取代二 苯甲酮、苯乙酮、取代苯乙酮、氧杂蒽酮、取代氧杂蒽酮、安息香甲基醚、安息香乙基 醚、安息香异丙基醚、二乙氧基氧杂蒽酮、氯代硫代氧杂蒽酮、偶氮二异丁腈、N-甲基 二乙醇胺基二苯甲酮、樟脑酮、过氧化酯引发剂、非芴羧酸过氧化酯及其混合物中的至 少之一。
116.根据权利要求102所述的方法，其中所述能量调节剂包括设置为发射光的光子发 射体，所述光具有激活所述光引发剂的波长，所述等离子体激元试剂增强所述光，使得增强的光激活所述光引发剂。
117.根据权利要求116所述的方法，其中所述光子发射体包括多种发光试剂。
118.根据权利要求117所述的方法，其中所述发光试剂选自在暴露于所述引发能量时 发光的磷光化合物、化学发光化合物和生物发光化合物。
119.根据权利要求117所述的方法，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学 发光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
120.根据权利要求117所述的方法，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料。
121.根据权利要求117所述的方法，其中所述发光试剂包括在暴露于微波能量时表现 出增强化学发光的化学发光试剂。
122.根据权利要求117所述的方法，其中所述发光试剂包括碳纳米管。
123.根据权利要求122所述的方法，其中所述碳纳米管在暴露于微波或射频能量时发光。
124.根据权利要求102所述的方法，还包括通过接收来自所述能量调节剂的光来激活 所述光引发剂以固化所述未固化介质。
125.根据权利要求102所述的方法，其中所述能量调节剂在暴露于所述引发能量时发 射固化所述未固化介质的一种或更多种的光子。
126.根据权利要求102所述的方法，其中所述能量调节剂包括分布在整个所述未固化 介质中的发光颗粒，所述发光颗粒的发射使整个所述介质中的所述未固化介质固化。
127.根据权利要求102所述的方法，还包括在能够透过所述引发能量的容器中提 供所述未固化介质。
128.根据权利要求127所述的方法，其中所述容器为铝容器、石英容器、玻璃容器、 塑料容器或其组合中的至少之一。
129.根据权利要求102所述的方法，其中施加所述引发能量包括在器具的一个区域连 接至所述器具的另一区域的连接区域中对所述未固化的可辐射固化介质进行照射。
130.根据权利要求129所述的方法，其中施加所述引发能量包括对所述连接区域进行 灭菌。
131.根据权利要求102所述的方法，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；或者所述能量调节剂包括磁性物质。
132.根据权利要求102所述的方法，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂；或者所述金属纳米颗粒包括磁性物质。
133.根据权利要求102所述的方法，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
134.一种用于在置于人工容器内的介质中产生改变的系统，包括设置为对所述介质提供(1)可活化试剂和2)等离子体激元试剂和能量调节剂中的 至少之一的装置，所述能量调节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光进入所述介质 中，所述等离子体激元试剂设置为增强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能 量；禾口设置为对所述介质施加所述引发能量的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接或 间接地在所述介质中产生改变。
135.根据权利要求134所述的系统，其中所述能量调节剂设置为发射能量不同于所述 引发能量的所述光。
136.根据权利要求135所述的系统，其中所述等离子体激元试剂1)增强或改变来自 所述能量调节剂的所述光或者2)增强或改变所述引发能量。
137.根据权利要求134所述的系统，其中所述引发能量源包括外部能量源；或者所述引发能量源包括至少部分地位于容纳所述介质的所述人工容器中的能量源或通 过所述人工容器中的开口暴露出的能量源；或者外部能量源导向其中的间隙预填充有未固化的可辐射固化介质的结构元件，以由此固化所述间隙中的所述未固化的可辐射固化介质；或者所述引发能量的定向或聚焦束使所述未固化的可辐射固化介质固化以产生图案化元件。
138.根据权利要求134所述的系统，其中所述引发能量源包括χ射线源、Y射线 源、电子束源、UV辐射源、微波源或无线电波源中的至少之一。
139.根据权利要求134所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
140.根据权利要求139所述的系统，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
141.根据权利要求132所述的系统，其中所述能量调节剂包括硫化物、碲化物、硒化 物和氧化物半导体中的至少之一。
142.根据权利要求141所述的系统，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+，Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
143.根据权利要求134所述的系统，其中所述介质包括待发酵的介质。
144.根据权利要求134所述的系统，其中所述介质包括待灭菌或待巴氏杀菌的流体介质。
145.根据权利要求144所述的系统，其中所述介质包括血液制品或食品。
146.根据权利要求145所述的系统，其中所述介质包括选自细菌、病毒、酵母和真菌 中的至少一种有机体。
147.根据权利要求134所述的系统，其中所述可活化试剂包括可光活化试剂。
148.根据权利要求134所述的系统，其中所述可活化试剂包括包含在光笼内的活化 剂，当暴露于所述引发能量源时，所述光笼与所述活化剂分离，使得所述活化剂可用。
149.根据权利要求134所述的系统，其中所述可光活化试剂选自补骨脂素、芘基 胆甾醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、16-重氮基可的松、乙啶、博莱霉素的过 渡金属配合物、去糖博莱霉素的过渡金属配合物、有机钼配合物、咯嗪、维生素Ks、维 生素L、维生素代谢物、维生素前体、萘醌、萘、萘酚以及其具有平面分子构象的衍生 物、卟啉、染料和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹诺酮、醌和蒽醌。
150.根据权利要求134所述的系统，其中所述可活化的试剂包括补骨脂素、香豆素或 其衍生物。
151.根据权利要求150所述的系统，其中利用补骨脂素、香豆素或其衍生物处理癌细 胞、肿瘤细胞、自身免疫缺乏综合症病毒或血源性杀菌剂。
152.根据权利要求134所述的系统，其中所述可活化试剂包括光催化剂。
153.根据权利要求152所述的系统，其中所述光催化剂包括Ti02、ZnO、CdS、CdSe、SnO2、 SrTiO3、 WO3、Fe2O3 和 Ta2O5 颗粒中的至少之一。
154.根据权利要求134所述的系统，还包括设置为对所述介质提供所述能量调节剂或 者从所述介质收集所述能量调节剂的磁性装置。
155.根据权利要求IM所述的系统，其中所述能量调节剂包括选自磷光化合物、化学 发光化合物和生物发光化合物的光子发射体。
156.根据权利要求155所述的系统，其中所述能量调节剂包括多种发光试剂。
157.根据权利要求156所述的系统，其中所述发光试剂选自在暴露于所述引发能量时 发光的磷光化合物、化学发光化合物和生物发光化合物。
158.根据权利要求156所述的系统，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学 发光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
159.根据权利要求156所述的系统，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料。
160.根据权利要求156所述的系统，其中所述发光试剂包括在暴露于微波能量时化学 发光的化学发光试剂。
161.根据权利要求134所述的系统，其中所述能量调节剂以其中来自所述能量调节剂 的所述光在整个所述介质中不被阻断的密度提供于所述介质内。
162.根据权利要求134所述的系统，其中所述能量调节剂将所述引发能量转化为激活 所述可活化试剂的光。
163.根据权利要求134所述的系统，还包括在所述介质中的所述等离子体激元试 剂或所述能量调节剂的包封。
164.根据权利要求163所述的系统，其中所述包封包括其中从所述包封发射的所述光 在整个所述介质中不被阻断的密度。
165.根据权利要求163所述的系统，其中所述包封包括 流化床；延伸进入容纳所述介质的容器中的可重入结构；或者 容纳所述介质的所述人工容器的内璧。
166.根据权利要求134所述的系统，其中所述人工容器包括能够透过所述引发能量的容器。
167.根据权利要求134所述的系统，其中所述人工容器为铝容器、石英容器、玻璃容 器、塑料容器或其组合中的至少之一。
168.根据权利要求134所述的系统，其中所述人工容器包括接收和传导所述引发能量 至流体产品以对所述流体产品进行巴氏杀菌的容器。
169.根据权利要求134所述的系统，其中所述人工容器包括接收和传导所述引发能量 至流体产品以处理所述流体产品中的污染物的容器。
170.根据权利要求134所述的系统，其中所述可活化试剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述可活化试剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属； 所述可活化试剂包括磁性物质；或者 所述可活化试剂包括化学或生物学受体。
171.根据权利要求134所述的系统，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述可活化试剂； 所述金属纳米颗粒包括磁性物质；或者 所述金属纳米颗粒包括化学或生物学受体。
172.根据权利要求134所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
173.根据权利要求134所述的系统，其中所述引发能量高于通过所述能量调节剂产生 的能量或者低于通过所述能量调节剂产生的能量。
174.—种用于固化可辐射固化介质的系统，包括设置为将包含可活化试剂以及选自等离子体激元试剂和能量调节剂中的至少之一的 未固化的可辐射固化介质供应至所述未固化的可辐射固化介质中的装置；和设置为施加引发能量遍及包括所述未固化的可辐射固化介质的区域的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接或 间接地通过所述介质中聚合物的聚合来固化所述介质。
175.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂设置为发射不同于所述引发 能量的能量的所述光。
176.根据权利要求175所述的系统，其中所述等离子体激元试剂1)增强或改变来自 所述能量调节剂的所述光或者幻增强或改变所述引发能量。
177.根据权利要求174所述的系统，其中所述引发能量源包括外部能量源；或者至少部分地位于容纳所述介质的容器中的能量源；或者导向其中的间隙预填充有未固化的可辐射固化介质的结构元件的外部能量源，由此 固化所述间隙中的所述未固化的可辐射固化介质；或者所述引发能量的定向或聚焦束，其固化所述未固化的可辐射固化所述介质以产生图 案化元件。
178.根据权利要求174所述的系统，其中所述引发能量源包括χ射线源、Y射线 源、电子束源、UV辐射源、微波源或无线电波源中的至少之一。
179.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂包括硫化物、碲化物、硒化 物和氧化物半导体中的至少之一。
180.根据权利要求179所述的系统，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
181.根据权利要求174所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
182.根据权利要求181所述的系统，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
183.根据权利要求174所述的系统，其中所述可活化试剂包括光引发剂。
184.根据权利要求183所述的系统，其中所述光引发剂包括安息香、取代安息香、 烷基酯取代的安息香、米蚩酮、二烷氧基苯乙酮、二乙氧基苯乙酮、二苯甲酮、取代二 苯甲酮、苯乙酮、取代苯乙酮、氧杂蒽酮、取代氧杂蒽酮、安息香甲基醚、安息香乙基 醚、安息香异丙基醚、二乙氧基氧杂蒽酮、氯代硫代氧杂蒽酮、偶氮二异丁腈、N-甲基 二乙醇胺基二苯甲酮、樟脑酮、过氧化酯引发剂、非芴羧酸过氧化酯及其混合物中的至少之一。
185.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂包括光子发射体，所述光子发射体设置为发射具有激活所述可光活 化试剂的波长的光，并且所述等离子体激元试剂增强所述发射的光，使得增强的光激活所述可活化试剂。
186.根据权利要求185所述的系统，其中所述光子发射体包括多种发光试剂。
187.根据权利要求186所述的系统，其中所述发光试剂选自在暴露于所述引发能量时 发光的磷光化合物、化学发光化合物和生物发光化合物。
188.根据权利要求186所述的系统，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学 发光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
189.根据权利要求186所述的系统，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料。
190.根据权利要求186所述的系统，其中所述发光试剂包括在暴露于微波能量时表现 出增强的化学发光的化学发光试剂。
191.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂包括分布在整个所述介质中 的发光试剂，所述发光试剂的发射使整个所述介质中的所述未固化介质固化。
192.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂以其中来自所述能量调节剂 的在所述介质中产生的光在整个所述介质中不被阻断的密度提供于所述介质内。
193.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂将所述引发能量转化为激活 所述可活化试剂的光。
194.根据权利要求174所述的系统，还包括在所述介质中的所述等离子体激元试 剂或所述能量调节剂的包封。
195.根据权利要求194所述的系统，其中所述包封包括其中来自所述包封的光在整个 所述介质中不被阻断的密度。
196.根据权利要求174所述的系统，还包括设置为包含所述未固化的可辐射固化 介质的容器。
197.根据权利要求196所述的系统，其中所述容器包括铝容器、石英容器、玻璃容 器、塑料容器或者其组合中的至少之一。
198.根据权利要求174所述的系统，其中所述引发能量源设置为在器具的一个区域连 接至所述器具的另一区域的连接区域中对所述未固化的可辐射固化介质进行照射。
199.根据权利要求198所述的系统，其中所述引发能量源设置为照射所述连接区域， 并且由于在所述连接区域内部产生内部UV光而由此导致所述连接区域的灭菌。
200.根据权利要求174所述的系统，其中所述引发能量源设置为照射表面涂层。
201.根据权利要求174所述的系统，其中所述引发能量源设置为照射所述可辐射固化 介质的模具。
202.根据权利要求174所述的系统，其中所述可辐射固化介质包括颜料。
203.根据权利要求174所述的系统，其中所述可辐射固化介质包括气相法二氧化硅。
204.根据权利要求174所述的系统，其中所述可辐射固化介质包括湿气固化促进剂。
205.根据权利要求174所述的系统，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；或者 所述能量调节剂包括磁性物质。
206.根据权利要求174所述的系统，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂；或者 所述金属纳米颗粒包括磁性物质。
207.根据权利要求174所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者 所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
208.根据权利要求174所述的系统，其中所述引发能量高于通过所述能量调节剂产生 的能量或者低于通过所述能量调节剂产生的能量。
209.一种用于在置于人工容器内的介质中产生改变的系统，包括设置为对所述介质提供等离子体激元试剂的装置，所述等离子体激元试剂设置为增 强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能量；和 设置为对所述介质施加引发能量的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂相互作用，以直接或间接地在所述介质 中产生所述改变。
210.根据权利要求209所述的系统，其中所述引发能量高于通过所述能量调节剂产生 的能量或者低于通过所述能量调节剂产生的能量，所述能量调节剂将所述引发能量转化 为不同的能量。
211.根据权利要求210所述的系统，其中所述包封结构包含等离子体激元试剂并且包括流化床；延伸进入容纳所述介质的所述人工容器中的可重入结构；或者 容纳所述介质的所述人工容器的内璧。
212.根据权利要求210所述的系统，其中所述包封结构包括由钝化层包封的能量调节 剂纳米颗粒。
213.根据权利要求210所述的系统，其中所述包封结构包括密封管，所述密封管包含 能量调节剂和等离子体激元试剂。
214.根据权利要求210所述的系统，其中所述包封结构包括具有所述等离子体激元试 剂的密封管，所述等离子体激元试剂设置在所述密封管的靠近所述介质的外部上。
215.根据权利要求209所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
216.根据权利要求215所述的系统，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
217.根据权利要求215所述的系统，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；所述能量调节剂包括磁性物质；或者 所述能量调节剂包括化学或生物学受体。
218.根据权利要求215所述的系统，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂； 所述金属纳米颗粒包括磁性物质；或者 所述金属纳米颗粒包括化学或生物学受体。
219.根据权利要求215所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者 所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
220.根据权利要求209所述的系统，其中 所述引发能量源包括外部能量源；或者所述引发能量源包括至少部分地位于容纳所述介质的所述人工容器中的能量源或通 过所述人工容器中的开口暴露出的能量源；或者所述引发能量源包括导向其中的间隙预填充有未固化的可辐射固化介质的结构元件 的外部能量源，由此固化所述间隙中的所述未固化的可辐射固化介质；或者所述引发能量源包括所述引发能量的定向或者聚焦束，其固化所述未固化的可辐射 固化介质以产生图案化元件。
221.根据权利要求209所述的系统，还包括在所述介质中的能量调节剂，所述能 量调节剂包括硫化物、碲化物、硒化物和氧化物半导体中的至少之一。
222.根据权利要求221所述的系统，其中所述能量调节剂包括Y2O3；ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
223.根据权利要求209所述的系统，还包括包含在所述介质中的可活化试剂，所述 可光活化试剂选自补骨脂素、芘基胆留醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、 16-重氮基可的松、乙啶、博莱霉素的过渡金属配合物、去糖博莱霉素的过渡金属配合 物、有机钼配合物、咯嗪、维生素Ks、维生素L、维生素代谢物、维生素前体、萘醌、 萘、萘酚以及其具有平面分子构象的衍生物、卟啉、染料和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹 诺酮、醌和蒽醌中的至少之一。
224.根据权利要求223所述的系统，其中所述可活化试剂包括补骨脂素、香豆素或其 衍生物。
225.根据权利要求2M所述的系统，其中利用补骨脂素、香豆素或其衍生物处理癌细 胞、肿瘤细胞、自身免疫缺乏综合症病毒或血源性杀菌剂。
226.根据权利要求209所述的系统，还包括设置为对所述介质提供所述等离子体 激元试剂或者从所述介质收集所述等离子体激元试剂的磁性装置。
227.一种用于对置于人工容器中的介质产生光激发改变的系统，包括设置为对所述介质提供能量调节剂和等离子体激元试剂中的至少之一的装置，所述 能量调节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光进入所述介质，所述等离子体激元试剂设置为增强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能量；和 设置为对所述介质施加所述引发能量的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接或 间接地产生所述光激发改变。
228.根据权利要求227所述的系统，其中所述引发能量高于通过所述能量调节剂产生 的能量或者低于通过所述能量调节剂产生的能量。
229.根据权利要求2 所述的系统，其中所述包封结构包括所述能量调节剂或所述等 离子体激元试剂中的至少之一，并且包括流化床；延伸进入容纳所述介质的所述人工容器中的可重入结构；或者 容纳所述介质的所述人工容器的内璧。
230.根据权利要求2 所述的系统，其中所述包封结构包括由钝化层包封的所述能量 调节剂。
231.根据权利要求2 所述的系统，其中所述包封结构包括具有所述等离子体激元试 剂的密封管，所述等离子体激元试剂设置在靠近所述介质的所述密封管的外部上。
232.根据权利要求227所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
233.根据权利要求232所述的系统，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
234.根据权利要求227所述的系统，其中所述人工容器包括接收和传导所述引发能量 至所述介质内部产品的容器。
235.根据权利要求234所述的系统，其中所述产品包括塑料。
236.根据权利要求235所述的系统，其中来自所述能量调节剂的所述光改变所述塑料 的表面结构。
237.根据权利要求235所述的系统，其中所述塑料包括聚乳酸(PLA)塑料和聚羟基 脂肪酸酯(PHA)塑料，所述活化能量在所述塑料的表面上光接枝分子物质。
238.根据权利要求227所述的系统，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；或者 所述能量调节剂包括磁性物质；或者 所述能量调节剂包括化学或生物学受体。
239.根据权利要求227所述的系统，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂； 所述金属纳米颗粒包括磁性物质；或者 所述金属纳米颗粒包括化学或生物学受体。
240.根据权利要求227所述的系统，其中 所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者 所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
241.根据权利要求227所述的系统，其中 所述引发能量源包括外部能量源；或者所述引发能量源包括至少部分地位于容纳所述介质的所述人工容器中的能量源或通 过所述人工容器中的开口暴露出的能量源；或者所述引发能量源包括导向其中的间隙预填充有未固化的可辐射固化介质的结构元件 的外部能量源，由此固化所述间隙中的所述未固化的可辐射固化介质；或者所述引发能量源包括所述引发能量的定向或聚焦束，其固化所述未固化的可辐射固 化介质以产生图案化元件。
242.根据权利要求2M所述的系统，其中所述能量调节剂包括硫化物、碲化物、硒化 物和氧化物半导体中的至少之一。
243.根据权利要求242所述的系统，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+，Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
244.一种辐射固化制品，包括 辐射固化介质；和分布在整个所述介质中的能量调节剂和等离子体激元试剂中的至少之一； 所述能量调节剂为将引发能量转化为光的物质，所述光通过所述辐射固化介质中聚 合物的聚合来固化所述辐射固化介质。
245.根据权利要求244所述的制品，其中所述至少一种能量调节剂包括发光试剂，所 述发光试剂包括硫化物、碲化物、硒化物和氧化物半导体中的至少一种。M6.根据权利要求245所述的制品，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。M7.根据权利要求M5所述的制品，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学 发光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
246.
247.
248.根据权利要求245所述的制品，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料。
249.根据权利要求245所述的制品，其中所述发光试剂包括化学发光试剂。
250.根据权利要求244所述的制品，还包括颜料。
251.根据权利要求244所述的制品，还包括气相法二氧化硅。
252.根据权利要求244所述的制品，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
253.根据权利要求252所述的制品，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
254.根据权利要求244所述的制品，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；或者 所述能量调节剂包括磁性物质。
255.根据权利要求244所述的制品，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂；或者 所述金属纳米颗粒包括磁性物质。
256.根据权利要求244所述的制品，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者 所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
257.根据权利要求244所述的制品，其中所述能量调节剂设置为接收能量高于通过所 述能量调节剂产生的能量的所述引发能量或者能量低于通过所述能量调节剂产生的能量 的所述引发能量。
258.—种可辐射固化制品，包括 可辐射固化介质；和分布在整个所述介质中的至少一种能量调节剂和至少一种等离子体激元试剂； 所述能量调节剂为能够将引发能量转化为光的物质，所述光通过所述可辐射固化介 质中聚合物的聚合来固化所述可辐射固化介质。
259.根据权利要求258所述的系统，其中所述至少一种能量调节剂包括发光试剂，所 述发光试剂包括硫化物、碲化物、硒化物和氧化物半导体中的至少一种。
260.根据权利要求259所述的制品，其中所述能量调节剂包括Y2O3；ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
261.根据权利要求259所述的制品，其中所述发光试剂包括纳米管、纳米颗粒、化学 发光颗粒和生物发光颗粒及其混合物。
262.根据权利要求259所述的制品，其中所述发光试剂包括半导体或金属材料的纳米 颗粒。
263.根据权利要求259所述的制品，其中所述发光试剂包括化学发光颗粒。
264.根据权利要求258所述的制品，还包括颜料。
265.根据权利要求258所述的制品，还包括气相法二氧化硅。
266.根据权利要求258所述的制品，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
267.根据权利要求沈6所述的制品，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
268.根据权利要求258所述的制品，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属；或者 所述能量调节剂包括磁性物质。
269.根据权利要求258所述的制品，其中用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂；或者 所述金属纳米颗粒包括磁性物质。
270.根据权利要求258所述的制品，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者 所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
271.根据权利要求258所述的制品，其中所述能量调节剂设置为接收能量高于通过所 述能量调节剂产生的能量的所述引发能量或能量低于通过所述能量调节剂产生的能量的 所述引发能量。
272.—种灭菌系统，包括设置为施加引发能量至待灭菌介质的引发能量源；和设置在所述介质附近的等离子体激元试剂，所述等离子体激元试剂设置为增强或改 变在所述等离子体激元试剂附近传导的能量；和其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂相互作用，以直接或间接地对所述介质 进行灭菌。
273.根据权利要求272所述的系统，还包括包含所述等离子体激元试剂的包封结构。
274.根据权利要求273所述的系统，其中所述包封结构包括 流化床；延伸进入容纳所述介质的容器中的可重入结构；或者 容纳所述介质的容器的内壁。
275.根据权利要求273所述的系统，其中所述包封结构包括由钝化层包封的能量调节剂。
276.根据权利要求273所述的系统，其中所述包封结构包括包含所述等离子体激元试 剂的密封管。
277.根据权利要求273所述的系统，其中所述包封结构包括具有所述等离子体激元试 剂的密封管，所述等离子体激元试剂设置在所述密封管的外侧上。
278.根据权利要求272所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括金属结构。
279.根据权利要求278所述的系统，其中所述金属结构包括纳米球、纳米棒、纳米立 方体、纳米锥、纳米壳、多层纳米壳及其组合中的至少之一。
280.根据权利要求272所述的系统，其中所述能量调节剂设置为与用作所述等离子体激元试剂的至少一种金属纳米颗粒相邻；所述能量调节剂至少部分涂覆有用作所述等离子体激元试剂的金属； 所述能量调节剂包括磁性物质；或者 所述能量调节剂包括化学或生物学受体。
281.根据权利要求272所述的系统，其中 用作所述等离子体激元试剂的金属纳米颗粒至少部分覆盖有所述能量调节剂；或者 所述金属纳米颗粒包括磁性物质；或者 所述金属纳米颗粒包括化学或生物学受体。
282.根据权利要求272所述的系统，其中所述等离子体激元试剂包括电介质-金属纳米复合物；或者 所述等离子体激元试剂包括设置为彼此邻近的多种不同尺寸的金属纳米颗粒作为复 合等离子体激元试剂。
283.根据权利要求272所述的系统，其中所述引发能量高于通过所述能量调节剂产生 的能量或者低于通过所述能量调节剂产生的能量。
284.根据权利要求272所述的系统，还包括能量调节剂，所述能量调节剂包括硫化 物、碲化物、硒化物和氧化物半导体中的至少之一。
285.根据权利要求284所述的系统，其中所述能量调节剂包括Y2O3； ZnS; ZnSe ； MgS ； CaS ； Mn, ErZnSe ； Mn, ErMgS ； Mn, ErCaS ； Mn, ErZnS ； Mn, YbZnSe ； Mn, YbMgS ； Mn, YbCaS ； Mn, YbZnS:Tb3+, Er3+ ； ZnS:Tb3+ ； Y203:Tb3+ ； Y203:Tb3+, Er3+ ； ZnSiMn2+ ； ZnS:Mn, Er3+中的至少之一。
286.根据权利要求272所述的系统，还包括包含在所述介质中的可活化试剂，所述 可光活化试剂选自补骨脂素、芘基胆留醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、 16-重氮基可的松、乙啶、博莱霉素的过渡金属配合物、去糖博莱霉素的过渡金属配合 物、有机钼配合物、咯嗪、维生素Ks、维生素L、维生素代谢物、维生素前体、萘醌、 萘、萘酚以及其具有平面分子构象的衍生物、卟啉、染料和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹 诺酮、醌和蒽醌中的至少之一。
287.根据权利要求286所述的系统，其中所述可活化的试剂包括补骨脂素、香豆素或 其衍生物。
288.根据权利要求观7所述的系统，其中利用补骨脂素、香豆素或其衍生物处理癌细 胞、肿瘤细胞、自身免疫缺乏综合症病毒或血源性播杀菌剂。
289.根据权利要求272所述的系统，还包括接收和传导所述引发能量的容器，所述容 器设置为容纳以下至少之一待灭菌的血液制品或食品；或者 带巴氏灭菌的流体或食品。
290.根据权利要求272所述的系统，还包括将来自所述引发能量源的光传导至所 述待灭菌介质中的密封管。
291.根据权利要求290所述的系统，其中所述等离子体激元试剂设置在所述密封管与 所述介质接触的一侧上。
292.根据权利要求290所述的系统，其中所述引发能量源包括UV光源。
293.根据权利要求290所述的系统，其中所述引发能量源包括宽带光源。
294.根据权利要求272所述的系统，还包括包含在所述介质附近的能量调节剂，其中 所述引发能量源包括产生χ射线、Y射线、电子束、UV辐射、可见光、红外辐射、 微波、化学能量或无线电波中的至少之一的源，和所述能量调节剂将来自所述引发能量源的能量转化为灭菌光。
295.根据权利要求272所述的系统，还包括包含在所述介质附近的能量调节剂，其中 所述引发能量源包括产生χ射线、Y射线、电子束、UV辐射、可见光、红外辐射、 微波、化学能量或无线电波中的至少之一的源；和所述能量调节剂将来自所述引发能量源的能量转化为光，所述光激活包含在所述待灭菌介质中的至少一种可光活化试剂。
296.根据权利要求295所述的系统，其中所述至少一种可光活化试剂选自补骨脂 素、芘基胆甾醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、罗丹明、16-二偶氮可的松、乙啶、博莱 霉素的过渡金属配合物、去糖博莱霉素有机钼配合物的过渡金属配合物、咯嗪、维生素 Ks,维生素L、维生素代谢物、维生素前体、萘醌、萘、萘酚以及其具有平面分子构象 的衍生物、卟啉、染料和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹诺酮、醌和蒽醌。
297.根据权利要求272所述的系统，还包括设置为对所述介质提供所述等离子体 激元试剂或从所述介质收集所述等离子体激元试剂的磁性装置。
298.—种用于在介质中产生改变的方法，其中所述介质没有包含在容器中，所述方 法包括(1)在所述介质附近放置等离子体激元试剂和能量调节剂中的至少之一，所述能量调 节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光进入所述介质中；和(2)将来自能量源的所述引发能量施加至所述介质，其中施加的引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接 或间接地在所述介质中产生改变。
299. 一种在介质中产生改变的方法，其中所述介质没有包含在容器中，所述方法包括(1)在介质中附近放置当活化时在所述介质中产生改变的等离子体激元试剂和可活化 试剂，所述等离子体激元试剂设置为增强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能 量；禾口(2)将来自能量源的所述引发能量施加至所述介质，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述可活化试剂相互作用，以直接或 间接地在所述介质中产生改变。
300.—种在介质中产生改变的系统，其中所述介质没有包含在容器中，所述方法包括设置为对所述介质提供1)可活化试剂和2、等离子体激元试剂和能量调节剂中的至少 之一的装置，所述能量调节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光进入所述介质中， 所述等离子体激元试剂设置为增强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能量；和 设置为施加所述引发能量至所述介质的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接或 间接地在所述介质中产生所述变化。
301.—种在介质中产生改变的系统，其中所述介质没有包含在容器中，所述方法包括设置为对所述介质提供等离子体激元试剂的装置，所述等离子体激元试剂设置为增 强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能量；和 设置为施加所述引发能量至所述介质的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂相互作用，以直接或间接地在所述介质 中产生所述变化。
302.—种用于对介质产生光激发改变的方法，其中所述介质没有包含在容器中，所述方法包括设置为对所述介质提供能量调节剂和等离子体激元试剂中的至少之一的装置，所述 能量调节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光进入所述介质中，所述等离子体激元 试剂设置为增强或改变在所述等离子体激元试剂附近传导的能量；和设置为施加所述引发能量至所述介质的引发能量源，其中所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接或 间接地产生所述光激发改变。
303.—种在结构内部产生图案化元件的方法，包括(1)在所述结构内部放置可辐射固化介质，所述可辐射固化介质包括等离子体激元试 剂和能量调节剂中的至少之一，所述能量调节剂设置为在与引发能量相互作用时发射光 进入所述介质中；和(2)从定向或聚焦能量源施加所述引发能量至所述介质，其中施加的所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用以在 所述结构内部的局部区域处产生光，以使所述可辐射固化介质局部固化。
304.根据权利要求303所述的方法，其中所述施加为所述图案元件形成塞以封闭所述 结构中的孔或通道。
305.根据权利要求303所述的方法，其中所述施加在建筑材料、人造或天然的地下储 库、或者人或动物体内的内部器官中的至少之一中形成塞。
306.根据权利要求305所述的方法，其中所述施加为所述图案化元件形成人或动物体 内的假体装置。
307.根据权利要求303所述的方法，还包括在所述可辐射固化介质中放置光密材料以使产生的光从产生点的传播减少。
全文摘要
一种在置于人工容器中的介质中产生改变的方法和系统。所述方法在介质附近放置等离子体激元试剂和能量调节剂中的至少之一。所述方法施加引发能量穿过所述人工容器至介质。所述引发能量与所述等离子体激元试剂或所述能量调节剂相互作用，以直接或间接地在所述介质中产生变化。所述系统包括引发能量源，其设置为对介质施加引发能量以活化等离子体激元试剂或能量调节剂。
文档编号B01J19/08GK102026719SQ200980116914
公开日2011年4月20日 申请日期2009年3月11日 优先权日2008年3月11日
发明者图安·沃-丁, 小弗雷德里克·A·博尔克 申请人:免疫之光有限责任公司, 杜克大学