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你應該知道的6個LED光生物安全理論

2019-10-16    

中國照明網報道

   作者:郭瑋宏  

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導語: 我的博士課題為“LED 光生物安全檢測技術研究”,即屬于光生物安全的研究范疇。經過幾年的研究,在閱讀了大量相關文獻,并且自己也親手做了一些實驗驗證后,我對光生物安全相關問題的態度是:這是值得重視的問題,但并不足以被過度重視,尤其不需要像某些商家宣傳得那般過度。

  我的博士課題為“LED 光生物安全檢測技術研究”,即屬于光生物安全的研究范疇。經過幾年的研究,在閱讀了大量相關文獻,并且自己也親手做了一些實驗驗證后,我對光生物安全相關問題的態度是:這是值得重視的問題,但并不足以被過度重視,尤其不需要像某些商家宣傳得那般過度。

  因此,本文擬從光生物安全的概念、類型、測量方法、影響因素、實際效果等幾個方面,對光生物安全進行分析和闡述,力求溯本清源,排除一些過度宣傳給人們帶來的固有印象。其中不妥之處,還請讀者指正。

  1、光生物效應

  討論光生物安全問題,首先要討論清楚光生物效應。不同學者對光生物效應的內涵界定有所不同,廣泛的光生物效應,可以指代光與生物體之間相互聯系的各種作用。在本文中,我們僅討論由光引起的人體的生理反應。

  光生物效應對人體的影響是多方面的,按照光生物效應的作用機理和產生的結果不同,可大致分為光的視覺效應、光的非視覺效應、光的輻射效應等三大類。

  光的視覺效應是指光引起視覺的作用,是光的最基本效應。光視覺健康是照明的最基本要求。影響光的視覺效應的因素包括光的亮度、空間分布、顯色性、眩光、顏色特性、閃爍特性等,會造成眼睛疲勞、視力模糊以及在視覺相關作業方面的效率下降等危害(圖1)。

  光的非視覺效應指光引起人體除視覺外的其他生理、心理反應,與人們的工作效率、安全感、舒適感、生理和情緒健康等有關。光的非視覺效應的研究起點較晚,但發展十分迅速。在如今的照明質量評價體系中,光的非視覺效應已經成為了不可忽略的重要因素(圖2)。

  光的輻射效應,是指不同波段的光輻射對人的皮膚、角膜、晶狀體、視網膜等部位產生作用而導致人體組織受到損傷。光的輻射效應,按照其作用機理,可分為光化學傷害和熱輻射傷害兩類,具體而言,包括光源的紫外光化學危害、視網膜藍光危害、皮膚熱危害等各類危害。

  人體在一定程度上可以抵御或修復這些傷害帶來的影響,但當光輻射效應達到一定的限值后,人體的自我修復能力就不足以修復這些損傷,損傷會進行積累從而產生不可逆的影響,如視力衰退、視網膜病變、皮膚損傷等。

  總體來說,人體健康與光環境之間存在著復雜的多因素交互作用和正負反饋機制。光對于生物的作用,尤其是對人體產生的生物效應,與光的波長、強度、作用條件、生物體的狀態等多種因素有關。

  對光生物效應進行研究的目的,就是探究光生物效應的作用結果與光環境及生物體狀態之間的相關因素,識別出其中損害健康的風險因素和能夠加以應用的有利方面,趨利避害,使光學與生命科學能夠進行深度融合。

  2、光生物安全

  光生物安全的概念,有狹義和廣義兩種理解方式。狹義的“光生物安全”,是指光的輻射效應帶來的安全性問題,廣義的“光生物安全”,是泛指光輻射對人體健康產生的安全性問題,囊括光的視覺效應、光的非視覺效應、光的輻射效應。

  在現有的光生物安全的研究體系中,光生物安全的研究對象,是照明或顯示設備,光生物安全的作用對象,是人體的眼睛或皮膚等器官,表現為一些生理參數如體溫、瞳孔直徑等的變化。對光生物安全的研究,主要是圍繞光源產生光生物安全輻射的測量與評價、光輻射與人體反應之間的定量化關系、對光生物安全輻射的限制標準和防護方法這三個大方向展開研究。

  不同的光源產生的光輻射,存在光輻射的強度、空間分布和光譜等差異。隨著照明材料和智能照明技術的發展,LED 光源、OLED 光源、激光光源等新型智能光源將逐漸在家居、商業、醫療、辦公或特種照明場景展開應用。新型智能光源與傳統光源相比,輻射能量更強,光譜特異性更高,因此,光生物安全研究的前沿方向之一就是對新型光源的光生物安全性進行測量方法或評價方法的研究,如汽車激光前照燈光生物安全性研究、半導體照明產品人因健康舒適度評價體系研究等。

  不同波長的光輻射作用于不同的人體器官或組織,導致的生理反應也存在差異。由于人體是一個復雜的系統,因此對光輻射與人體反應之間的關系進行定量地描述,也是光生物安全研究的前沿方向之一,如光對人體生理節律的影響及應用研究、觸發非視覺效應的光強劑量問題等等。

  對光生物安全展開研究的目的,是避免人體受到光輻射帶來的危害。因此,根據對光源的光生物安全性和光生物效應的研究結果,提出相應的照明標準、防護方法,提出安全、健康的照明產品設計方案,也是光生物安全研究的前沿方向之一,如大型載人航天器的健康照明系統設計、健康照明和顯示系統研究、藍光防護膜的光健康與光安全應用技術研究等。

  3、光生物安全波段和機理

  光生物安全所涉及的光輻射波段范圍, 主要是200nm-3000nm 的電磁波。按照波長進行分類,光輻射可主要分為紫外輻射、可見光輻射、紅外輻射。不同波長的電磁輻射所產生的生理效應并不完全相同(圖3)。

  紫外輻射,是指波長為100nm-400nm的電磁輻射。人的眼睛不能感知紫外輻射的存在,但紫外對人的生理有著很大影響。紫外線照射皮膚時,會引起血管擴張,出現紅斑,長時間照射會引起皮膚干燥、失去彈性和老化。紫外線照射眼睛時,可能會引起角膜炎、結膜炎、白內障等,對眼睛造成損傷。

  可見光輻射, 通常指波長為380-780nm 的電磁波。可見光對人體的生理效應主要包括對皮膚的燒傷、產生紅斑,對眼睛的損傷如熱損傷、日光視網膜炎等。尤其是400nm-500nm 的高能量藍光,可以對視網膜產生光化學傷害,加速黃斑區細胞的氧化。因此,一般認為藍光是最具危害的可見光。

來源:云知光照明微課堂

   作者:郭瑋宏  

標簽:LED  光生物  安全理論  

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