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你应该知道的6个LED光生物安全理论

2019-10-16    

中国照明网报道

   作者:郭玮宏  

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导语: 我的博士课题为“LED 光生物安全检测技术研究”,即属于光生物安全的研究范畴。经过几年的研究,在阅读了大量相关文献,并且自己也亲手做了一些实验验证后,我对光生物安全相关问题的态度是:这是值得重视的问题,但并不足以被过度重视,尤其不需要像某些商家宣传得那般过度。

  我的博士课题为“LED 光生物安全检测技术研究”,即属于光生物安全的研究范畴。经过几年的研究,在阅读了大量相关文献,并且自己也亲手做了一些实验验证后,我对光生物安全相关问题的态度是:这是值得重视的问题,但并不足以被过度重视,尤其不需要像某些商家宣传得那般过度。

  因此,本文拟从光生物安全的概念、类型、测量方法、影响因素、实际效果等几个方面,对光生物安全进行分析和阐述,力求溯本清源,排除一些过度宣传给人们带来的固有印象。其中不妥之处,还请读者指正。

  1、光生物效应

  讨论光生物安全问题,首先要讨论清楚光生物效应。不同学者对光生物效应的内涵界定有所不同,广泛的光生物效应,可以指代光与生物体之间相互联系的各种作用。在本文中,我们仅讨论由光引起的人体的生理反应。

  光生物效应对人体的影响是多方面的,按照光生物效应的作用机理和产生的结果不同,可大致分为光的视觉效应、光的非视觉效应、光的辐射效应等三大类。

  光的视觉效应是指光引起视觉的作用,是光的最基本效应。光视觉健康是照明的最基本要求。影响光的视觉效应的因素包括光的亮度、空间分布、显色性、眩光、颜色特性、闪烁特性等,会造成眼睛疲劳、视力模糊以及在视觉相关作业方面的效率下降等危害(图1)。

  光的非视觉效应指光引起人体除视觉外的其他生理、心理反应,与人们的工作效率、安全感、舒适感、生理和情绪健康等有关。光的非视觉效应的研究起点较晚,但发展十分迅速。在如今的照明质量评价体系中,光的非视觉效应已经成为了不可忽略的重要因素(图2)。

  光的辐射效应,是指不同波段的光辐射对人的皮肤、角膜、晶状体、视网膜等部位产生作用而导致人体组织受到损伤。光的辐射效应,按照其作用机理,可分为光化学伤害和热辐射伤害两类,具体而言,包括光源的紫外光化学危害、视网膜蓝光危害、皮肤热危害等各类危害。

  人体在一定程度上可以抵御或修复这些伤害带来的影响,但当光辐射效应达到一定的限值后,人体的自我修复能力就不足以修复这些损伤,损伤会进行积累从而产生不可逆的影响,如视力衰退、视网膜病变、皮肤损伤等。

  总体来说,人体健康与光环境之间存在着复杂的多因素交互作用和正负反馈机制。光对于生物的作用,尤其是对人体产生的生物效应,与光的波长、强度、作用条件、生物体的状态等多种因素有关。

  对光生物效应进行研究的目的,就是探究光生物效应的作用结果与光环境及生物体状态之间的相关因素,识别出其中损害健康的风险因素和能够加以应用的有利方面,趋利避害,使光学与生命科学能够进行深度融合。

  2、光生物安全

  光生物安全的概念,有狭义和广义两种理解方式。狭义的“光生物安全”,是指光的辐射效应带来的安全性问题,广义的“光生物安全”,是泛指光辐射对人体健康产生的安全性问题,囊括光的视觉效应、光的非视觉效应、光的辐射效应。

  在现有的光生物安全的研究体系中,光生物安全的研究对象,是照明或显示设备,光生物安全的作用对象,是人体的眼睛或皮肤等器官,表现为一些生理参数如体温、瞳孔直径等的变化。对光生物安全的研究,主要是围绕光源产生光生物安全辐射的测量与评价、光辐射与人体反应之间的定量化关系、对光生物安全辐射的限制标准和防护方法这三个大方向展开研究。

  不同的光源产生的光辐射,存在光辐射的强度、空间分布和光谱等差异。随着照明材料和智能照明技术的发展,LED 光源、OLED 光源、激光光源等新型智能光源将逐渐在家居、商业、医疗、办公或特种照明场景展开应用。新型智能光源与传统光源相比,辐射能量更强,光谱特异性更高,因此,光生物安全研究的前沿方向之一就是对新型光源的光生物安全性进行测量方法或评价方法的研究,如汽车激光前照灯光生物安全性研究、半导体照明产品人因健康舒适度评价体系研究等。

  不同波长的光辐射作用于不同的人体器官或组织,导致的生理反应也存在差异。由于人体是一个复杂的系统,因此对光辐射与人体反应之间的关系进行定量地描述,也是光生物安全研究的前沿方向之一,如光对人体生理节律的影响及应用研究、触发非视觉效应的光强剂量问题等等。

  对光生物安全展开研究的目的,是避免人体受到光辐射带来的危害。因此,根据对光源的光生物安全性和光生物效应的研究结果,提出相应的照明标准、防护方法,提出安全、健康的照明产品设计方案,也是光生物安全研究的前沿方向之一,如大型载人航天器的健康照明系统设计、健康照明和显示系统研究、蓝光防护膜的光健康与光安全应用技术研究等。

  3、光生物安全波段和机理

  光生物安全所涉及的光辐射波段范围, 主要是200nm-3000nm 的电磁波。按照波长进行分类,光辐射可主要分为紫外辐射、可见光辐射、红外辐射。不同波长的电磁辐射所产生的生理效应并不完全相同(图3)。

  紫外辐射,是指波长为100nm-400nm的电磁辐射。人的眼睛不能感知紫外辐射的存在,但紫外对人的生理有着很大影响。紫外线照射皮肤时,会引起血管扩张,出现红斑,长时间照射会引起皮肤干燥、失去弹性和老化。紫外线照射眼睛时,可能会引起角膜炎、结膜炎、白内障等,对眼睛造成损伤。

  可见光辐射, 通常指波长为380-780nm 的电磁波。可见光对人体的生理效应主要包括对皮肤的烧伤、产生红斑,对眼睛的损伤如热损伤、日光视网膜炎等。尤其是400nm-500nm 的高能量蓝光,可以对视网膜产生光化学伤害,加速黄斑区细胞的氧化。因此,一般认为蓝光是最具危害的可见光。

来源:云知光照明微课堂

   作者:郭玮宏  

标签:LED  光生物  安全理论  

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