UV-LED的发展及在皮肤科的应用

UV -LED 的发展及在皮肤科的应用

近年来，紫外（UV ）发光二极管（light emitting diode, LED ）相关技术突飞猛进，已经可以实现某些特定波段的UVA 、UVB 以及UVC 等LED 光源的商业应用。尽管目前医用LED 的功率，尤其是出光效率还不理想，但其在环保、光源寿命等方面有显著优势，国内外将其应用于健康领域，尤其是皮肤病治疗的报道并不鲜见。随着各方面技术设计的不断改进，UV LED 功率逐步提升，用于光诊断和治疗时的单次照射时间大幅缩短，有效提高了临床工作效率、节约了医患时间。

LED 的发光原理及优势

LED 是一种能够直接将电能转化为紫外光线的固态半导体器件。每个LED 由一个PN 结组成，具有单向导电的特性。当给发光二极管加上正向电压后，从P 区注入到N 区的空穴和由N 区注入到P 区的电子，在PN 结附近分别与N 区的电子和P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光（如图1、2）。不同材料制成的LED 会发出不同波长的光，例如以新一代半导体材料氮化铝镓（AlGaN ）制作的UVB LED ，可发出峰值波长为308nm 等UVB 各窄谱波段的紫外光。

UV LED 这种新型紫外光源，特点是光电转换效率高，波段单色性好。在UV LED 光源进入临床使用之前，UV 光源主要为荧光汞灯、氯化氙准分子光/激光、金属卤素灯等。荧光灯管含有水银，随着人们环保意识的提高及《水俣公约》等国际环保合约的发布，其使用将会逐渐受限。氯化氙准分子光/激光的光源为耗材，价格昂贵、治疗收费相应也比较高，在临床使用中有一定的局限性。金属卤素灯光谱较宽，需要特殊的滤光片，才可发出治疗需要波段的光线。UV LED 弥补了上述光源的不足，且使用寿命长、输出稳定，在设备寿命期内不需更换光源，医院使用成本更低，具有较好的普及应用前景。

UVA LED 设备在皮肤科的应用

基础研究显示，相同照射剂量下，UVA1 LED 与UVA1荧光灯管对Jurkat 细胞的凋亡和坏死比率的影响相似[1]。Shunko A. Inada 等[2]的小鼠实验分别在UVA1 LED 和荧光灯照射时测量身体和体表温度，UVA1荧光灯组小鼠在30 mW/cm 2强度下照射18分钟时的体温达到了40.5℃，因无应答而终止实验；实验结束时，LED 组体表温度升高3°C -4°C ；荧光灯组体表温度升高8°

C -10℃，表明UVA1 LE

D 光源比荧光灯照射灼热感更低。

Pengjie Wan 等[3]应用一款高强度、波长为365nm UVA LED 光皮肤测定仪与该波长的单色光检测仪（monochromator light testing ）对比，结果显示其光敏测试效果优于后者，且具有低成本、小巧方便等多方面优势。

图1 图2

UVA1光疗仪常用来治疗特应性皮炎、硬皮病、蕈样肉芽肿等疾病，也可用于银屑病的治疗。对于皮损面积较大的患者而言，目前市场上的激光产品输出面积有限，而荧光灯管的产品输出强度较低，金卤灯为光源的设备因散热需求，体积巨大，治疗室也需要特殊改装，LED为光源的新型设备可以有效避免上述设备的局限性，目前已经上市的UVA1光疗仪SS-15（上海希格玛高技术有限公司）输出面积大，照射强度可以达到200mW/cm2，设备体积和半身紫外线治疗设备相当，具有很好的临床应用价值。

UVB LED设备在皮肤科的应用

L. Keme´ny等[4]应用峰值为310nm 的UVB LED 治疗银屑病，效果显著，安全性良好。贺勤等[5]的研究显示，308nm LED 和308nm 准分子光治疗白癜风的疗效相同，安全性好，且操作简单、方便。

国内已批准了308nm UVB LED光疗仪用于临床，相对传统的308准分子光，具有零耗材，瞬间出光、不需要预热，开闭次数不影响寿命等优势。随着LED光电转换率的提高，308nm UVB LED输出强度已可与308准分子光媲美，308LED光疗仪SS-16（上海希格玛高技术有限公司）的照射强度可达50mW/cm2，且单色性好（如图3），光源寿命长，维护成本低，与准分子光/激光等传统的308设备相比，优势明显。此外，随着设备工艺的改进，小型308nm UVB LED 光疗设备已面世，国家药监局在2019年批准了首款UVB LED 家用光疗仪UVB LED SQ（上海希格玛高技术有限公司）产品的上市。

图3 308nm LED 光谱

LED 技术发展迅猛，电光转化效率在逐步提高，基于第三代半导体材料氮化铝镓（AlGaN）材料的应用，窄谱LED紫外线输出功率的进一步提高，治疗功率更高的设备也会随之面世。此外，LED单颗光源的体积仅0.1cm3左右，可以实现各种灵活配置。

综上，UV LED光疗仪作为一种新式的治疗手段，有着长寿命、轻便灵活、环保、耐震耐潮等众多优点，为临床医生提供了更多选择。有学者预言，UV LED是近年光疗发展的方向[6]。

参考文献

[1] Inada S A, Amano H, Akasaki I, et al. Effect of UV Irradiation on the Apoptosis and Necrosis of Jurkat Cells Using UV LED[J]. Proc. of SPIE,2009(7231):72310J-72312J.

[2] A. Inada S. Development of an Ultraviolet A1 Light Emitting Diode-based Device for Phototherapy[J]. The Open Dermatology Journal,2012,6(1):13-24.

[3] Wan P, Edwards C, Zheng J, et al. Validation of a novel high‐intensity LED light source for skin phototesting at 365 nm[J]. Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine,2012,28(2):80-83.

[4] Kemény L, Csoma Z, Bagdi E, et al. Targeted phototherapy of plaque-type psoriasis using ultraviolet B-light-emitting diodes[J]. The British journal of dermatology,2010,163(1):167.

[5] 贺勤，宋鹏飞，陈加媛，等. 两种308nm紫外线治疗白癜风的对照研究[J]. 临床皮肤科杂志,2017,46(12):880-882.

[6] Morita A. Current developments in phototherapy for psoriasis[J]. The Journal of Dermatology,2018,45(3):287-292.