具备选择性衰减辐射线 的材料的紫外线辐射系统 本发明针对一种紫外线(UV radiation)辐射系统，其具有一种材料可用来增加由辐射源提供的想要的辐射线对不想要的辐射线的比率。
在UV灭菌或消毒范畴中，典型的目标媒介是耐久(不吸收，不退化)材料，例如金属，陶瓷，或化学上单纯的溶液，如水或盐水，且所涉及的能量典型是低的，也就是，每脉冲总辐射低于0.1J/cm2，或对连续辐射源而言低于20Watts/cm2。
习知技术已揭示使用高能量宽光谱辐射源以使微生物无活性。美国专利5,768,853；5,768,598；5,034,235；4,871,559；及5,900,211；及WO96/09775皆已揭示使用宽光谱辐射源来使食物、水及医疗器具上的微生物失去活性。就宽光谱辐射源的应用而言，辐射线对诸如食物、水及医疗器械等暴露物件所致的伤害并未曾被考虑过。美国专利5,768,853及5,900,211建议籍由使用具有想要的光谱传送/吸收特性的选定的液体溶液，可以冷却及或/光谱过滤用液体来取代在闪光灯周围的冷却流体。除了水外，并未提到其他作为光谱过滤用液体的材料，亦未讨论及于过滤一事及/或其目地为何。美国专利5,768,853揭示其中所述的一个实施例的外安全玻璃可滤掉短于200纳米(nanometers；“nm”)的波长以防止在外安全玻璃的外侧形成臭氧(ozone)，但是该玻璃的组成并未揭露。
世界专利WO97/33629揭示生物血清及其他受污染流体的灭菌及纯化的方法，它籍由暴露这些物质于精确UV辐射光谱下而使细菌失去活性。该精密控制的辐射光谱对该病原的分子组成而言是特定的，以便杀死他们，但不伤害周围的细胞、蛋白质，及其他组成。使用自约200nm到约250nm的UV辐射来照射生物血清。这些能最佳的杀死病毒、细菌与其他微生物的特定波长是介于3.0到约10.0nm的窄范围内，以3到5nm为佳。可使用传送器/调整器，光栅，或其他滤光器来控制波长的大小与变化，但未描述任何特定实例。用来放置血清的曝光窗是由石英，蓝宝石或UV熔化的石英硅土所制成，并且涂上可让UV辐射波长十足地通过的传送材料，例如聚四氟碳。铁氟龙(Teflon)亦可用作为可让UV透过的可丢弃式衬料。
欧洲专利EPO0277505B1揭示一种UV辐射灯，它用来消毒瓶子。这灯有一个反射器，该专利称之为镜子，此镜子有介电涂层。介电涂层(分光或干涉过滤器)被用来获得选择的UV辐射的反射。反射器可涂上数十层介电层，每层的厚度是辐射线波长的四分之一。合适的介电涂层包括AL2O3/NaF,Sc2O3/MgF2,ThF4/Na2AlF6,HfO2/SiO2，及PbF2/Na3AlF6。介电涂层适于UV辐射的低能量吸收，但无法符合高能量系统的需求，在高能量系统下，介电涂层的有效寿命很短，再者，介电过滤器对角度非常敏感，对于会改变在过滤器上的入射角角度的成形的反射器而言，他们是无效的。
灯的制造厂通常添加掺杂物到灯的灯外壳以便延长灯的寿命。依据灯及其使用目的而定，可选择某些掺杂物来整个截掉UV辐射，例如氧化铈被加入雷射用闪光灯的灯外壳。其他掺杂物被选来截掉会产生臭氧的低于180nm的那部份UV辐射。具有这些掺杂物的灯称作“无臭氧灯泡”。添加其他掺杂物到灯外壳上可强化灯外壳的抗热撞击能力。
对于高能量UV辐射在聚合性医疗器械的应用，本发明人已确定辐射对医疗器械所造成的伤害可能使该器械丧失原定用途，故必须考虑此等伤害。因此，需要一些材料及将此等材料并入灯系统的方法，以便能够衰减对聚合性医疗器械造成伤害的那部份UV辐射，且不会减少或显著减少想要的那部份UV辐射，例如，可有效灭菌的辐射线。
本发明提供一种产生UV辐射线的高能量辐射系统，其包括选择性衰减材料，可选择性衰减至少30％撞击于该衰减材料上的自180nm直至240nm的辐射线，而增加想要的辐射线对不想要的辐射线的比率，以降低辐射线对目标的损害，并可导引50％以上撞击于该衰减材料上的240nm至280nm的辐射线。
该辐射系统包括可选择性衰减辐射线的衰减材料，使对自180nm直至240nm的紫外线敏感的目标，亦能暴露于高能量UV辐射。高能量UV辐射系统产生想要的和不想要的辐射线。未衰减时，在送出想要的辐射线的同时，不想要的辐射线伤害目标的材料或改变其特性。这目标可能是含有对紫外线敏感的组成的任何材料。对目标的伤害包含有机或无机染料的颜色改变，聚合物或其他有机材料的断链或机械性质改变，或导致有机材料氧化。籍选择性衰减不想要的辐射线，使高能量UV辐射系统能用在涵盖有机或无机产品的产品上(否则此等产品会受辐射伤害)，或使高能量UV辐射系统能较广类别材料(有些此等材料在受到不想要的辐射线时，产生辐射伤害的门槛值是低的。本发明亦简化辐射系统照射对辐射线敏感的目标的程序控制，因为可依需要使衰减后不想要的辐射量低于或远低于对目标产生辐射伤害的门槛值，这也提供更多可送出的辐射量。在较佳实施例，本发明用来处理在聚合性包装内的溶液中的聚合性隐形眼镜。UV辐射损害隐形眼镜聚合物，容器聚合物和溶液添加物。虽然参考聚合性目标材料说明本发明，当了解亦可用本发明的方法处理其他对辐射线敏感的目标材料。本发明的一项重要应用是雷射用灯系统，其中目标材料是雷射媒介(如雷射染料)或其他对紫外线敏感的有机媒介。
图1示出可用于本发明的多种液态衰减材料的每波长的吸收度。
图2示出具有衰减材料的本发明闪光灯的横剖面。
图3示出具有衰减材料的另一本发明闪光灯的横剖面。
图4示出具有衰减材料的另一本发明闪光灯的横剖面。
图5示出具有衰减材料的另一本发明闪光灯的横剖面。
图6示出具有衰减材料的另一本发明闪光灯的横剖面。
图7示出在具有与不具有本发明衰减材料的系统，隐形眼镜聚合物的平衡水含量对聚合物所受到的辐射能量的图形。
本发明的辐射系统包括高能量UV辐射源，可用于此辐射系统的UV辐射源包含不连续的或连续产生的断续灯(不相干灯)，例如闪光灯，弧光灯(连续或不连续)，氘灯；或连续波光源，例如，氙气光源或水银蒸气光源。UV辐射源是高能量的，亦即对于闪光灯，他们产生每脉冲大于0.1J/cm2的能量，或对于连续辐射源，他们产生大于20watts/cm2的能量，其中至少1％的辐射是从240到280nm为佳。目前较佳的UV辐射源是每脉冲产生至少1J/cm2宽光谱辐射(200-300nm)的闪光灯，该辐射中，至少每闪10mJ/cm2是UV辐射。灭菌是较佳的应用，更明确讲是隐形眼镜(目标)的灭菌。就灭菌而言，想要的辐射是包含从240到280nm辐射线的杀菌用辐射；有许多参考资料指出254nm是杀菌范围的峰值；但是，当隐形眼镜聚合物暴露于低于320nm到约100nm(非游离的UV辐射)辐射下时它会遭毁坏。美国专利申请案第09/259,758号(名称为“灭菌方法”，VTN-0388，前已并入作为参考)揭示在波长小于320nm的辐射会被隐形眼镜聚合物所吸收并导致聚合物内断链。最具破坏性的辐射是从180nm直至(upto)(当用来描述范围时，“直至”(up to)一词意谓该端值未被包含于所指的范围内)。为了避免因UV辐射使目标聚合物(例如容器或医疗器械)发生断链或损害其他机制而毁坏此聚合物，本发明提供衰减材料及将此材料并入辐射系统的方法，以便在该辐射线到达目标之前，衰减来自至少一部分破坏性辐射剂量的不想要的波长。美国专利申请案第09/259,758号又揭示，对于灭菌而言，施加到微生物的辐射(240到280nm)能量必须至少为18mJ/cm2。
为了保护聚合物目标，以衰减从180nm直至240nm的辐射或该辐射的一部分，或至少大于200nm直至240nm的辐射为佳。但在某些应用中，以衰减从180nm直至250nm辐射或该辐射的一部份为更佳。为了衰减不想要的辐射线以保护聚合物目标免于伤害，并且防止臭氧的形成，衰减从100nm直至240nm的不想要的辐射线是有利的。理想上，不想要的波长的全部辐射线100％可被衰减；即使不想要的辐射线的波长范围的衰减百分比是小量的亦是有利的，因为衰减作用能增加到达目标(例如聚合物，容器及或产品)的想要的(例如可有效杀菌的)辐射线对不想要的(例如破坏性的)辐射线的比率。增加可有效杀菌的辐射线对破坏性辐射线的比率，便能够在有灭菌须要时，增加整个辐射量，并且当破坏聚合物的门槛值远低于灭菌所须剂量时，亦能较容易控制辐射系统。
本发明的衰减材料以能够使撞击到衰减材料上的全部不想要的辐射线的减少量大约30％为佳，大于60％的减少量为更佳，而以大于90％为最佳。就较佳实施例而言，不想要的辐射线是从100nm直至240nm，或至少从180nm直至240nm，或至少大于200nm直至240nm。衰减所指范围内的所指辐射线的全部波长的至少一部份是较佳的。典型地，衰减材料并不会以单一百分比衰减给定范围内的全部波长，故某些衰减材料会较其他衰减材料适合某些应用，或者，可使用这些衰减材料的混合物以改进在不想要的辐射线范围内的某些或全部波长的减少量。这混合物的一个例子是氯仿与乙醇。较佳的是衰减材料可衰减不想要的辐射线，并且衰减材料导引想要的辐射线朝向目标。籍由将撞击在衰减材料上的来自辐射源的想要的辐射线予以传送及/或反射，及/或藉由将被吸收的不想要的辐射线再放出成在想要的范围内的辐射线，衰减材料能把想要的辐射线导向目标。衰减材料可间接或直接地将想要的辐射线导向目标，亦即，想要的辐射线在撞击到目标之前先撞击其他装置，例如反射器，镜子，光学纤维或类似者。衰减材料能导引撞击在衰减材料上的想要的辐射线的50％以上为佳，更佳为大于75％的想要的辐射线，最佳为大于90％的想要的辐射线。对灭菌而言，想要的辐射线是240到280nm。(衰减材料能否将想要的辐射线导引(例如：传送，反射，及或再放出)朝向目标将决定衰减材料相对于辐射源与目标的位置)。较佳地，至少在指定的范围内的不想要的辐射线的全部波长的一部份被衰减材料所传送，反射或放出。较佳的材料是那些能衰减大于30％的不想要的辐射线并且导引大于50％的想要的辐射线的材料。更佳的衰减材料可衰减大于50％的从100直至240nm的总辐射并且导引大于90％的撞击在衰减材料上的从240到280nm的总辐射，从而，至少在200直至240nm间的辐射的一部份被衰减，以大于30％为佳，大于60％为更佳，最佳者为在200直至240nm间的辐射的90％以上被衰减。较佳的是在所指范围内的不想要的辐射线的全部波长的至少一部份被衰减，并且导引至少一部份在所指范围内的想要的辐射线的全部波长。
衰减材料以能提供大于1.2的衰减比率为佳，更佳为大于1.8，最佳为大于2.5。衰减比率定义为：由衰减材料所导引的想要的辐射线的百分比除以由衰减材料所吸收的不想要的辐射线的百分比。例如：氧化镧作成的反射器的衰减比率是3(见表1)。
衰减材料可为液体、固体或气体。为气体的衰减材料的范例是臭氧，如空气中10ppm的臭氧。液态衰减材料包括多元醇类，如烷基醇类，更佳者为具有200至1,000的重量平均分子量的丙二醇类，且最佳者为重量平均分子量为200的丙二醇类。聚乙二醇的范例包括AldrichChemical公司所出产的PEG200、PEG400、PEG600。其他可供使用的液态衰减材料为卤化碳化合物，如氟碳化合物、氯碳化合物、氯仿，更佳者为全卤化碳化合物，盖该些材料较为稳定(如氟利昂(freon))。氟奈特(fluorinerts)虽非为全氟化者，惟其亦为较佳的材料。氟奈特的范例包括FC-40、FC-43、FC-70(其可自3M购得，生产自Adrich化学公司)。较佳的氟奈特是于其的组成中具有氮。其他的液态衰减材料包括有机碳酸酯类，更佳者为脂族碳酸酯类，如碳酸异丙烯酯。其他可供使用的液态衰减材料包括硅化合物，如硅酸钠，更佳者为聚硅氧烷化合物，如聚二甲基硅氧烷，最佳者为以氢化物为终端的硅油。可使用上述液体的混合物做为液态衰减材料，较佳的混合物为卤化碳化合物与有机碳酸酯的混合物，更佳者为氯仿与碳酸异丙烯酯的混合物。以下将要说明将液态衰减材料并入辐射系统中以衰减辐射线的方法。典型上，是将液态衰减材料泵送通过或环绕于辐射源或辐射目标，因而，液态衰减材料较佳具有1至1,000cps的粘度，更佳具有1至500cps的粘度，最佳具有1至100cps的粘度，最容易泵送的液态衰减材料是具有1至10cps这粘度。可将液态衰减材料使用于一适当的液态载体中，较佳的载体为非离于性液体，或者液态衰减材料可含有于适当液态载体中的固态衰减材料，以形成具有该固体的分散液或胶体，如于水中的2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)或二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDGMA)。
可用作为衰减材料的液体的实例列于图1。将试样液体装满于路径长度为10mm的比色器(cuvette)中，将该比色器置于分光光度计内，记录通过试样的光线而得到图1的曲线。
可在不同位置使用液态衰减材料以衰减选定的辐射线。参照图2来说明使用液态衰减的第1组实施例。图2显示传统闪光灯10的剖面，但应了解稍早前说明的其他辐射源可用在本发明的辐射系统，例如：弧光灯(连续的或不连续的)，氘灯，或其他辐射源，他们能够产生至少一部份从180直至240nm，或大于200直至240nm的辐射，及至少一部份从240到280nm的辐射，及最佳为在100与400nm间连续的辐射。闪光灯10包括灯11，灯11包括二个电极(未绘出)，各电极连接到中空灯外壳12的末端。灯外壳12由可承受高温及热冲击的坚固的透明材料制成，例如：玻璃、石英或蓝宝石，或类似者。当该电极间产生电弧时，该灯产生辐射线。如图示，灯外壳12可位在流管13内部。流管13可保证灯外壳12。典型地，冷却水被泵入在灯外壳12与流管13间形成的通道16以便移除由灯11所产生的热量。在本发明的一个实施例中，使用一或多种液态衰减材料以取代在流管13与灯外壳12间的通道16内的冷却水，以衰减选定的波长且冷却灯11。在此实施例中，衰减材料可泵入灯外壳12与流管13间的通道16内。因为在灯11内有短路的可能，故，被泵入灯外壳与流管间的衰减材料必须是高电阻的，以大于1百万欧姆为佳，大于10百万欧姆为更佳，大于18百万欧姆为最佳。
图3显示本发明的另一实施例。图3中的闪光灯10类似于图2中的闪光灯并且包括反射器14及保护窗15(图中类似的元件以相同数字标示)。通道28和通道29可增设在反射器14附近或保护窗15附近，液态衰减材料可透过通道28和通道29而被添加或泵送并用来衰减选定的辐射线波长。通道可用玻璃，石英，蓝宝石或类似者作成。图3显示有两个通道28和通道29，但在替代的实施例中，可单独使用任一个通道28或通道29来保持衰减材料以衰减不想要的辐射线。
液态衰减材料对辐射线的敏感性决定液态衰减材料对辐射线的曝光量。若液态衰减材料吸收辐射线的能力或者衰减辐射线的能力在液态衰减材料暴露于辐射线中一次后显著瓦解，则那些液态衰减材料可被连续泵送通过通道，只在辐射线中暴露一次后就被丢弃。若对辐射线的敏感性是低的，则液态衰减材料可暴露于数次闪光后才丢弃，或暴露于辐射线一次后，与贮存的液态衰减材料混合，额外的液态衰减材料可自贮存的液态衰减材料抽出并暴露，并且这过程可重复一段时间，一直到确定贮存的液态衰减材料的衰减辐射线的能力已减少到该贮存的液态衰减材料必需丢弃并以新的液态衰减材料取代的情况为止。可用分光光度计监视液态衰减材料的衰减能力。在决定保持液态衰减材料用的通道的厚度(波长路径长度)时，内部保持着液态衰减材料的通道的组成和各别液态衰减材料衰减不想要的辐射线的能力将是被考虑的因素。
固态衰减材料包括(但非仅限于此)碱金属化合物(氧化物与卤化物)、重金属氧化物(如钡)、二价金属氧化物(如镁)、以及多价金属氧化物(如镱或铝)。固态衰减材料亦可选自于具下式的化合物MaObXcHd，其中M为单一金属或金属的混合，较佳者为稀土金属，O为氧，X为杂原子如硫、氮与磷等，且H为卤化物，较佳者为氟，a为1至20，较佳者为1至12,b为0至20，较佳者为0至12,c为0至20，较佳者为0至12，且d为0至20，较佳者为0至12；其先决条件是至少b、c或d是至少为1。这些材料必须具足够的纯度，以使杂质的量不致对反射器的表现产生降解的结果。较佳者，这些材料具有超过99.9％的纯度，更佳者，具有超过99.99％的纯度。可供使用的固态材料的范例列于表1中。表1中所列者是为固态衰减材料的平均百分比反射系数，该百分比反射系数是以下法测定的：将一固态材料的干燥粉末试样填装于一比色器中，将该比色器置于一具有积分球的分光光度计中，该分光光度计是可测定自试样反射的放射线。表1．衰减材料材料观察到的视觉颜色％R平均值200- 400％R标准误差200-400％R平均值240-280％R标准误差240-280％R平均值200-240％R标准误差200-240钛酸钡米黄色18.55 10.11 14.42 0.27 21.44 9.04氧化铈米黄色62.69 26.63 55.84 18.08 23.08 11.18氧化铒粉红色62.69 26.63 55.84 18.08 23.08 11.18氧化铕白色54.79 34.3 45.1 1.26 23.78 10.73二氧化锗白色84.13 21.32 72.83 10.51 50.72 14.64氧化铪米黄色32.26 7.49 25.83 0.51 31.04 9.69氧化钬粉红色66.75 27.37 67.18 20.46 20.88 9.31氧化镧白色82.99 28.39 88.23 11.97 29.49 12.36氧化镁白色97.27 14.21 101.44 0.52 19.68 24.49氧化镨黑色13.67 5.59 12.13 0.33 20.7 9.49氧化钐淡黄色68.84 27.62 51.32 23.08 27.58 6.59氧化铽棕色13.11 6.09 11.55 0.58 21.15 9.99二氧化钛白色14.92 5.17 13.12 0.28 20.75 9.14氧化镱白色70.72 33.16 45.8 26.02 23.2 11.84氧化钇白色85.81 24.14 89.38 6.51 41.14 15.4氧化锌白色15.85 13.39 10.99 0.35 20.72 11.36
固态衰减材料的式子中，当a为1至6且b为1至11，及c与d为0时，则固态衰减材料为金属氧化物，如氧化钙(CaO)及氧化铪(HfO2)、氧化镧(La2O3)、氧化铁(Fe3O4)、氧化铽(Tb4O7)，氧化镨(Pr6O11)及钛酸钡(BaTiO3)。a为1且d为2且b与c为0的固态衰减材料的范例为氟化镁(MgF2)。固态衰减材料另外的范例包括氧化镁(MgO)、氧化铝(Al2O3)、氧化钡(BaO)、钛酸钡(BaTiO3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镧(La2O3)、氧化锗(GeO2)、氧化碲(TeO2)、氧化铕(Eu2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铷(Nd2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化钇(Y2O3)及氧化镝(Dy2O3)。其他范例包括其他稀土族的耐火氧化物，稀土族卤化物及金属混合氧化物。较佳的衰减材料为氧化镁、氧化铒、氧化钬、氧化钐、氧化碲、氧化镧、氧化钇及氧化镱，且最佳者为氧化镧、氧化钇及氧化镱。
可将固态衰减材料并入辐射源(如灯外壳，保护窗或流管)，它可防止伤害性辐射线至达目标，如待暴露的聚合物，产品及/或包装材，如前所说明，辐射源的范例包含脉冲光源(如氙灯)或连续波光源(如水银蒸气)。在制造灯外壳及/或流管及/或保护窗期间，可将固态衰减材料添入用来制造玻璃(例如蓝宝石、石英、玻璃，晶体材料、及类似者)的原料中，这在玻璃业通常称为掺杂物。恰当选择用于流管或灯外壳的掺杂物可降低热冲击、过度曝光、荧光、磷光、而增加灯的性能，及/或也可藉吸收，或吸收并再放出想要的波长(或至少不是不想要的波长)，而降低不想要的辐射线。那些能够吸收不想要的波长的辐射线并再放出想要的波长的辐射线的衰减材料是较佳的。
衰减材料亦能形成一个过滤器，辐射线通过过滤器后才撞击到目标，如此，不想要的波长在接触目标之前就被衰减了，或者衰减材料可加到包装材料中。下文将更详述这些实施例。
为知道添加到玻璃、石英或蓝宝石，流管，灯外壳或保护窗的掺杂物的量，或为了形成过滤器或包装材料(辐射线先通过过滤器或包装材料后才撞击到聚合性目标)，及为了下述的其他实施例，以比尔(Beer-Lambert)方程式将特定掺杂物或衰减材料的辐射线吸收度予以量化：
I(λ)/I0(λ)=exp(-α(λ)cx)其中I(λ)是被衰减辐射线的强度，它是波长(λ)的函数；I0(λ)是辐射线起始强度，它是波长的函数；α(λ)是掺杂物(衰减材料)的摩尔吸收率，它是波长的函数；c是掺杂物的浓度；和x是辐射线通过的路径长度(内有掺杂物存在的材料的厚度)。α(λ)可如前所述以分光光度计或类似者来决定以产生表2的数据。
本发明的一替代实施例是将固态衰减材料添加到辐射源的其他部份，例如作为参照图4和5说明的反射器的一部份。图4显示与图2所示者相似的闪光灯10横剖面(类似元件以相同代号标示)。图4显示作为反射器14的一部份的衰减涂层36。反射器14包括反射器支撑件35。涂层36包括衰减材料。施加衰减涂层的方式可为：刷涂、喷洒、等离子涂布、浸渍、浇铸、转化涂布、凝胶涂布、蚀刻、化学蒸汽沉积、溅镀，或者，化学或机械结合(例如把含有衰减材料的薄膜粘到反射器支撑件35上)。施加衰减涂层的优选的方法是把衰减材料刷涂或喷洒到反射器支撑件上。为将衰减材料刷涂或喷洒至反射器支撑件35上，以形成包括衰减材料及粘合剂的水的或非水的悬浮液为佳。有用的粘合剂为聚合性的、无机的或溶胶凝胶，更佳为无机的或溶胶凝胶，及最佳为无机的。较佳的悬浮液包含0.1至50％的粘合剂、0.1至99.9％的衰减材料及0.1至90％的载体。载体为用以形成衰减材料与粘合剂的稀释液以施加涂层的液体。有用的载体的范例为水、醇类、烷类、氟氯烷类等，最佳为水。
可用于制造包含衰减材料的涂层的聚合性粘合剂范例为聚乙烯醇类、氰基丙烯酸酯类、丙烯酸类及硅酮类。目前聚合性粘合剂的使用受限，因彼等于高能量UV辐射下易于降解。可用于制造包含衰减材料的涂层的无机粘合剂范例为硅酸钠、低温烧结玻璃、碱性氧化物硅酸盐，例如硅酸钠、钾及锂。可用于制造包含衰减材料的涂层的溶胶凝胶粘合剂前体范例为第三丁氧化铝、硅酸钠、四乙基原硅酸酯(TEOS)、金属异丙氧化物、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化镝、己烷中的2-乙基己酸镝、甲苯-异丙醇中的异丙氧化镝、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镝、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化铒、己烷中的2-乙基己酸铒、甲苯-异丙醇中的异丙氧化铒、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钬、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钬、2-甲氧乙醇中的2-甲氧乙氧化钬、乙酸镧、己烷中的2-乙基己酸镧、异丙氧化镧、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镧、乙醇中的乙氧化镁、甲醇中的甲氧化镁、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镁、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钕，己烷中的2-乙基己酸钕、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钕、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化钕、甲苯异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钐，己烷中的2-乙基己酸钐、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钐、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化钐、甲苯-异丙醇中的异丙氧化镱、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镱、甲苯-异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钇、甲苯-异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钇。较佳的溶胶凝胶前体为异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化铒、己烷中的2-乙基己酸铒、甲苯-异丙醇中的异丙氧化铒、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钬、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钬、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化钬、乙酸镧、己烷中的2-乙基己酸镧、异丙氧化镧、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镧、乙醇中的乙氧化镁、甲醇中的甲氧化镁、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镁、甲苯异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钐、己烷中的2-乙基己酸钐、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钐、2-甲氧乙醇中的2-甲氧乙氧化钐、甲苯-异丙醇中的异丙氧化镱、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镱、甲苯-异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钇、甲苯-异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钇、更佳的溶胶凝胶前体为乙酸镧、己烷中的2-乙基己酸镧、异丙氧化镧、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镧、甲苯-异丙醇中的异丙氧化镱、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镱、甲苯-异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钇、甲苯-异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钇。
某些粘合剂可单独用作衰减材料，特别是可如上述应用于悬浮液中或烧结中以形成固态衰减材料的溶胶凝胶。可单独用作衰减材料的粘合剂的范例包括异丙氧化镝、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化镝、己烷中的2-乙基己酸镝、甲苯-异丙醇中的异丙氧化镝、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镝、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化铒、己烷中的2-乙基己酸铒、甲苯-异丙醇中的异丙氧化铒、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钬、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钬、2-甲氧乙醇中的2-甲氧乙氧化钬、乙酸镧、己烷中的2-乙基己酸镧、异丙氧化镧、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镧、乙醇中的乙氧化镁、甲醇中的甲氧化镁、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镁、异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钕，己烷中的2-乙基己酸钕、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钕、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化钕、甲苯异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钐，己烷中的2-乙基己酸钐、甲苯-异丙醇中的异丙氧化钐、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化钐、甲苯-异丙醇中的异丙氧化镱、2-甲氧基乙醇中的2-甲氧基乙氧化镱、甲苯-异丙醇中的乙基己酰二异丙氧化钇、甲苯-异丙醇中的乙基己酰单异丙氧化钇。
本文所揭示的衰减材料以薄层方式使用及/或以类似分光过滤器(亦称作介电过滤器)的多层不同衰减材料的方式使用，但是，本文所揭示的衰减材料并不以相同的介电过滤器机制而作用，亦即本文所揭示的衰减材料并非依据由交错的不同折射率的材料所组成的结构而作用。本发明的衰减材料使用吸收机制以选择性衰减辐射线。
衰减涂层以作为厚度为0.1到2500微米的涂层为佳，以厚度为0.5到2500微米为更佳。(大于2500微米的涂层视为该材料的团块(block))。涂层是以多层相同衰减材料的形式为佳，以相同涂层组成为佳。在一个反射器上的衰减材料涂层可衰减撞击到衰减材料上的不想要的辐射线二次：一次是在辐射线到反射器的途中，一次是在辐射线已被反射器反射后，(这是在调制反射器所欲用的衰减材料的时候，以及在估计衰减材料的有用寿命的时候(尤其是若液态衰减材料是放置在反射器前方的通道内)要考虑的因素)又，很多辐射线在它低达目标之前将被反射器反射多次，这随辐射源的一或多个反射器的形状而不同。
包括由衰减材料制成的涂层36的反射器14可包括反射材料，或一个非反射性或反射性的反射器支撑件35，而反射涂层(此涂层可为薄膜或箔片)则保持在反射器支撑件35上。反射材料的一个实例是金属。反射性的反射器支撑件35的一个实例是磨光的固体铝，它足够厚以保持它的形状，并且以螺钉或其他方式安装固定于灯11上。
其他可单独使用为反射器支撑件35的反射材料的实例包含：硫酸钡、氧化铝、氟化镁与氧化镁的成形固体。可将反射性材料与金属氧化物或玻璃粉末结合后，烧结成为成形固体以形成反射的支撑件；或者将反射材料与粘合剂结合并形成固体，可使这固体有支撑件的形状，或自所形成的固体切削形成反射器。其他可使用或可贴附于反射性或非反射性的反射器支撑件35上的反射材料涂层的范例包括：氧化镁、氟化镁、硫酸钡及氧化铝，并包括可贴附于反射器支撑件35上的铝、氧化铝、氟化镁、硫酸钡及氧化镁等的薄片。这些涂层或薄膜可通过烧结反射材料与玻璃组合物，或通过以粘合剂形成反射材料的薄膜而形成的。可使用做为非反射性反射器支撑件35的材料范例包括：木材、聚合物、金属与陶瓷。
反射器支撑件35的反射涂层可由刷涂、等离子涂布、喷洒、浸渍、浇铸、转化涂布、凝胶涂布、蚀刻、化学蒸汽沉积、溅镀、或用化学或机械结合方式将衰减材料的薄膜或箔片粘到反射性或非反射性支撑件上。施加本身为反射器14一部份的反射材料的较佳方法是将反射材料刷涂或喷洒至反射器支撑件35上。为将之刷涂或喷洒至支撑件35上，以粘合剂形成水的或非水的悬浮液。较佳的粘合剂是为聚合性、无机或溶胶者，更佳者是为无机或溶胶。聚合性粘合剂的范例为聚乙烯醇类、氰基丙烯酸酯类、丙烯酸类、以及硅酮类。现所使用的聚合性粘合剂为最低限度的较佳者，盖咸信UV辐射线将会使其降解。无机粘合剂的范例为硅酸钠、低温烧结的玻璃、碱性氧化硅酸盐、如硅酸钠、钾与锂。溶胶前体的范例如上所列供做衰减材料所使用者。
衰减涂层组合物的范例为1份的硅酸钠(粘合剂)，10份的氧化镧(衰减材料)与10份的水(载体)。将10层该悬浮液喷洒于包含具有硫酸钡涂层(反射材料)的铝基材(反射器支撑件)的反射器上，并喷洒20层包括1份硅酸钠(粘合剂)、10份硫酸钡(反射材料)和10份水(载体)的组合物于铝基材上，以制成硫酸钡涂层，于施加每一涂层间以空气干燥每一涂层。
在替代的实例中，反射材料和衰减材料和选用的粘合剂经结合后以单一涂层方式施加到反射性或非射性的反射器支撑件35上，这涂层反射想要的(例如，有效杀菌的)辐射线，且衰减不想要的辐射线。衰减材料可作为反射材料的粘合剂，如此，在组成中可无需粘合剂。可兼作为衰减材料和粘合剂的材料的实例是上述的异丙氧化镝，聚硅氧烷及所有的溶胶凝胶。衰减材料和反射材料可经烧结以形成具有衰减辐射线性质的反射器涂层36的组成。可当作烧结材料使用的材料实例是低熔点玻璃组成，衰减材料和反射材料可加到这个烧结材料。这些涂层以具有0.1到2500微米间的厚度为佳。
替代地，一个与图1所示的反射器相似的反射器14可由一个成形固体予以成形，该成形固体包括衰减材料，反射材料，及选用的粘合剂。这些组成被作成反射器14的形状，或者将包括反射器材料，衰减材料及选用的粘合剂的成形固体予以切削形成反射器14。又，衰减材料可与金属氧化物或玻璃粉末和反射性材料结合后，经烧结以形成类似于图1所示反射器的反射器14，这反射器14具衰减与反射特性。上述成形固体以具有大于2500微米间的厚度为佳。
目前，将反射性材料与衰减材料结合并非为较佳，因为在衰减材料有机会吸收不想要的波长之前，不想要的波长的辐射线就会被反射材料所反射。
较佳的衰减材料是那种吸收100直至240nm不想要的辐射线并且反射240到280nm想要的辐射线的材料，这种材料可单独使用，或与选用的粘合剂及/或添加剂一起使用以形成前述任一实施例中的反射器。这衰减材料的范例是氧化镧、氧化钇与氧化镱。利用这些反射/衰减材料来制造反射器或反射器支撑件的涂层是本发明的最佳实施例。
添加衰减材料作为反射器的一部份并不能衰减那些到达目标之前未撞击到反射器的不想要的辐射线。若有须要，为了进一步保护目标免于受到那些自灯直接撞击到目标的辐射，可使用一种反射阻断元件，使得仅有那些被反射的辐射才能撞击到目标，而该被反射的辐射中的不想要的辐射线已先被衰减。反射阻断元件39显示在图4。反射阻断元件以具有简单几何形状为佳，以光学上集中形状为更佳，以该反射光学件的一个整体形体为最佳。有用的形状的实例是三角形(图4所示)及半圆形。反射阻断元件可包括任何本案所述的反射器组成，且制成后可有或亦可没有衰减材料或衰减材料的涂层。反射阻断元件以包括衰减材料为佳，以液体或固体衰减材料为佳。以反射阻断元件具有漫反射表面为佳。反射阻断元件的尺寸应能使反射阻断元件可吸收任何自辐射源到目标的直接辐射线为佳。
图5显示本发明的另一替代实施例。图5中的反射器14包括反射器支撑件35，材料层47及透明支撑件46。透明支撑件46对撞击到它的辐射线的至少一部份是透明的。反射器支撑件35可包括前述反射或不反射支撑件，或支撑件上的涂层的任一组合。材料层47包括一或多种固体衰减材料，或包括图4所作说明的衰减材料的任何组成；但这个实施例特别适于那种没有透明支撑件46就无法固定位置的固体衰减材料，例如填装的粉末。材料层47可包括单独的衰减材料，反射材料与衰减材料的混合物，或与图4相关说明所述的那种也能够反射想要的辐射线的衰减材料，除了材料层47可为填装的粉末。若反射器包括分离的衰减材料和反射材料，则使衰减材料位在反射材料与辐射源间为佳，使得在想要的(例如，可有效杀菌)辐射被反射材料反射朝向目标之前，不想要的辐射线先被衰减材料所衰减。材料层47具有0.1到2500微米的厚度为佳。
透明支撑件46对大部份或全部撞击到它的波长而言是透明的，或透明支撑件46可包括能够衰减一或多个不想要的辐射波长的固态衰减材料。替代的，透明支撑件46有一通道，液态衰减材料被泵送通过此通道或保持在通道里面(未绘出)。透明支撑件46包含上述流管13，灯外壳12及保护窗15所使用的玻璃，石英或蓝宝石材料为佳。固态衰减材料可以原料中的掺杂物添加到透明支撑件46以形成透明支撑件，或衰减材料可为被涂布在透明支撑件46的一侧面或二侧面上的涂层。若衰减材料被施加到透明支撑件46的一侧面上，则该侧面以离灯最远的侧面49为佳。施加涂层的方法如先前实施例的说明一般。替代地，反射材料可以涂层形式施加到透明支撑件46的离灯最远的侧面49上，而若须要时，固态衰减材料可施加到透明支撑件46的另一侧面48上。在那实施例，材料层47和反射器支撑件35(如图式)可能都不必要，但若有的话，透明支撑件46上的涂层的厚度为0.1到2500微米。
与透明支撑件46结合一起使用的材料层47的衰减材料是以由上述优选的固态衰减材料所构成的填装粉末层为佳。如上述，最优选的固态衰减材料是氧化镧、氧化钇或氧化镱，或他们的混合物。
其他较佳的实施例包括于固态衰减材料涂层之下的反射材料(涂层、固态团块或干粉末)。于较佳实施例中的较佳反射材料与衰减材料的结合是为硫酸钡(反射材料)与氧化镧(衰减材料)；或氟化镁(反射材料)与氧化钇(衰减材料)；或氧化镁(反射材料)与氧化镱(衰减材料)；或氧化铝(反射材料)与氧化镧(衰减材料)；或不同的反射材料与衰减材料的组合；或个别反射材料与个别衰减材料的混合物的混合物。
较佳的反射器是漫射反射器及/或椭圆形状的反射器，这些已被揭露并描述在美国临时专利申请案第60/143,608号(申请日为1999年7月13日，名称为“UV辐射源用反射器”(VTN-0463))，其与本案同时申请，并入本文作为参考。较佳的灯系统包括二个灯，各灯有一个成形的反射器，以椭圆形反射器为佳，在反射器内部有一目标容积(即目标容器及/或产品所占据的容积)，此目标容积具有在目标暴露于辐射的期间内，在目标与反射器间的最佳量的空间或最小空间。辐射线会从目标区域附近的空间或容积旁边经过，而不通过目标，因此，特别是对多个灯及/或反射器辐射系统，该空间必须最小化。漫射反射器提供均匀能量到目标区域或容积。
本发明的另一实施例是一种辐射系统，它有位在辐射源与目标间的可去除固态衰减材料。图6显示这实施例，其中可去除固态衰减材料是安装在闪光灯10的保护窗15附近的薄膜56。(闪光灯10如同先前图式所示一般)。可去除固态衰减材料56可包括任何前述的固态衰减材料，这些固态衰减材料可与粘合剂结合以形成可去除固态衰减材料56，或这固态衰减材料可与选用的玻璃或金属氧化物一起烧结以形成固体，或者干粉末可填装入玻璃支撑件内。这些可去除固态衰减材料56，如同前述实施例所用的涂层与反射器一般，是非常耐用的。可去除固态衰减材料56可为块体或板片。这块体或板片具有100到2500微米的厚度。另一实施例中，可去除固态衰减材料56是包括聚合性材料的片或薄膜，这些材料例如聚酰胺(尼龙)，或聚烯烃，如聚丙烯，以尼龙(例如尼龙6或尼龙6,6)为优选。这片或薄膜可能仅有暂时性的效用且须要以新的或不同片或不同区域的可去除固态衰减材料来取代。在较佳实施例中，可去除固态衰减材料56是放置在辊筒(未绘出)上的薄膜，在受到UV辐射源下特定暴露量之后，辊筒将可去除固态衰减材料56的一处暴露的区域前移到从未暴露的地方。这薄膜以具有10到100微米的厚度为佳。
对于欲被暴露于紫外线的产品是包在容器内时的实施例而言，另一替代方式是添加衰减材料到该容器或以衰减材料来形成该容器，或添加衰减材料到产品上，或添加衰减材料到保存产品用的溶液，例如隐形眼镜溶液。任何上述衰减材料(以固态衰减材料为佳)可籍上述方法(例如涂布，浸渍等)而施加于容器，或者衰减材料可包含在用来制造容器的容器配方内，或者，可根据衰减不想要的辐射线及传送想要的辐射线的能力来选择容器材料。例如，就较佳的实施例，使用容器来容纳待灭菌的隐形眼镜。容器包括碗与盖片。盖片可包括一层尼龙及/或衰减材料，例如氧化镧或己二酸，及在射出成形碗或盖片之前，将不同的己二酸酯、己二酸钡、己二酸钙、己二酸镁、己二酸二钠或羧酸类添加到熔融的聚丙烯或聚苯乙烯中。其他可用的容器材料揭露在Peck等人的美国专利申请案第号(名称为“医疗装置的包装”(VTN-0445))，并入本文作为参考。
替代的，衰减材料如聚酰胺(尼龙)可和聚丙烯一同射出形成可滤掉伤害性辐射线的多层碗。
或者，衰减材料(如溶胶凝胶)可化学蒸汽沉积于保护产品不受到UV辐射线并限制水的传输透过盖片的盖片材料上，氧化镧是为可供此目的使用的衰减材料的范例。其他可供使用于盖片中的溶胶凝胶前体包括：六氟乙酰基丙酮酸钡、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸钡、乙酰基丙酮酸镧水合物、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸镧、乙酰基丙酮酸镁二水合物、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸镁、乙酰基丙酮酸镱、六氟乙酰基丙酮酸镱、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸镱、乙酰基丙酮酸钇、六氟乙酰基丙酮酸钇、以及2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酸钇。
较佳的衰减材料是那些能衰减不想要的辐射线并且反射、传送或再放出想要的辐射线，并且在吸收不想要的辐射线与反射、传送或再放出想要的辐射线之间有急剧转变的材料。从想要的辐射波长到不想要的辐射波长的转变所在的辐射光谱区域内，反射率/nm的变化百分比以大于2为佳，大于3为更佳，大于4为最佳。对于在较佳实施例中，不想要的辐射线是伤害性辐射且想要的辐射线是有效杀菌的辐射时的情况下，急剧转变以发生于230到250nm为佳，以235到245nm为更佳，且239到240nm为最佳。
本发明预期上述实施例的组合可产生在减少不想要的辐射线方面的附加效果，并且增加想要的辐射对不想要的辐射的比率。较佳的实施例是那些使用不需监视或不需经常更换的耐久衰减材料的实施例。在衰减材料的衰减不想要的辐射线的能力发生显著变化之前，衰减材料以于3J/cm2总辐射能承受100次以上脉冲为佳，以大于10,000次脉冲为更佳，以于3J/cm2总辐射能大于1,000,000次以上脉冲为最佳。较佳的实施例是把固态衰减材料添加到灯外壳及/或在灯外壳周围的流管，或把衰减材料以涂层方式添加到反射器。
本发明籍由下列实例作进一步说明。实例1经处理的镜片
一次放入6片-1.00D Acuvue(Etafilcon A)隐形眼镜于PurePulse亮光系统的腔内，每片镜片放置在盛有500μl硼酸盐缓冲盐水溶液的聚丙烯碗内，且透明盖片经热封住该碗。二个氙闪光灯同时对容器内的镜片闪光4次，以提供来自200-300nm的12J/cm2的辐射，其中约850mJ/cm2来自240到280nm。使用折射率和比重计(GRAVIMETRIC)二种方法检验这些镜片的水含量。也测量模数与基本曲线。量测值列在表2。附衰减材料的经处理镜片
以上述方式包装并以上述方式处理-1.00D Acuvue隐形眼镜，其差别是在容器下方的容器侧面放置一片12μm厚的尼龙薄膜。
也做了上述相同的量测。量测值列在表2。未处理的镜片
也量测48片未处理的-1.00D Acuvue隐形眼镜的特性。量测值列在表2。表2特性未处理的镜片经处理的镜片附衰减材料的处理的镜片剂量(mJ/cm2在240 to 280nm)无850 850尼龙薄膜无无 有基本曲线(mm)8.82 8.79 8.82模数(psi)42.3 36.3 40.2水(％)RI(折射率)58.4 59.5 58.9水(％)GRAV(比重计)59.5 60.2 59.6
这个实例显示尼龙衰减不想要的辐射线且部份地保护隐形眼镜聚合物免于受损。实例2不附衰减材料的经处理镜片
将Acuvue(Etafilcon A)隐形眼镜放进Pure Pulse亮光系统的腔内，每片镜片放置在盛有500μl硼酸盐缓冲盐水溶液的聚丙烯碗内，且透明盖片经热封住该碗。二个氙闪光灯同时对容器内的镜片闪光，以提供不同量的能量。在经不同能量的处理后，以Abbe方法测量隐形眼镜的碗侧面的水含量(图上的每一点代表10片镜片的平均量测值)这些量测值绘于图7。附衰减材料的经处理镜片
除了不于腔中使用镜状磨光铝Pure Pulse反射器外，均以上述的方式处理如上述包装的Acuvue隐形眼镜，并以30层硫酸钡的涂层涂布镜状反射器，再以10层氧化镧涂层涂布于上述的硫酸钡涂层上。于室温下，喷洒涂布涂层材料，并于施用每一层涂层间干燥之。硫酸钡涂层是由1∶1∶0.1重量比例的硫酸钡、水与硅酸钠所组成；氧化镧涂层则是由1∶1∶0.1重量比例的氧化镧、水与硅酸钠所组成。以上述相同的方法，重复测定经具有含衰减材料的反射器的系统处理的隐形眼镜，其结果示于图7中。
图7显示反射器上的衰减涂层可保护隐形眼镜，使其免于受损，此一结果可为当以反射器中具衰减材料的系统处理时，隐形眼镜的平衡水含量改变降低(与以反射器中不具衰减材料的系统处理时相较)所证实。比较实例1
以对表1材料相同的方法测定表3所列的材料。这些材料并不使用本发明的衰减材料。表3材料观察到的视觉颜色％R平均值200-400％R标准误差200-400％R平均值240-280％R标准误差240-280％R平均值200-240％R标准误差200-240氧化镨黑色13.67 5.59 12.13 0.33 20.7 9.49二氧化钛白色14.92 5.17 13.12 0.28 20.75 9.14氧化锌白色15.85 13.39 10.99 0.35 20.72 11.36
本发明已参考特定的实施例描述如上，任何改变的实施态样是为该项技艺的一般人士所熟知者，且落于以下本案的权利要求中。