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 1、光生物效應(yīng)

  討論光生物安全問題，首先要討論清楚光生物效應(yīng)。不同學(xué)者對(duì)光生物效應(yīng)的內(nèi)涵界定有所不同，廣泛的光生物效應(yīng)，可以指代光與生物體之間相互聯(lián)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(yīng)。

  光生物效應(yīng)對(duì)人體的影響是多方面的，按照光生物效應(yīng)的作用機(jī)理和產(chǎn)生的結(jié)果不同，可大致分為光的視覺效應(yīng)、光的非視覺效應(yīng)、光的輻射效應(yīng)等三大類。

  光的視覺效應(yīng)是指光引起視覺的作用，是光的最基本效應(yīng)。光視覺健康是照明的最基本要求。影響光的視覺效應(yīng)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(huì)造成眼睛疲勞、視力模糊以及在視覺相關(guān)作業(yè)方面的效率下降等危害(圖1)。

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

  光的輻射效應(yīng)，是指不同波段的光輻射對(duì)人的皮膚、角膜、晶狀體、視網(wǎng)膜等部位產(chǎn)生作用而導(dǎo)致人體組織受到損傷。光的輻射效應(yīng)，按照其作用機(jī)理，可分為光化學(xué)傷害和熱輻射傷害兩類，具體而言，包括光源的紫外光化學(xué)危害、視網(wǎng)膜藍(lán)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(fù)這些傷害帶來的影響，但當(dāng)光輻射效應(yīng)達(dá)到一定的限值后，人體的自我修復(fù)能力就不足以修復(fù)這些損傷，損傷會(huì)進(jìn)行積累從而產(chǎn)生不可逆的影響，如視力衰退、視網(wǎng)膜病變、皮膚損傷等。

  總體來說，人體健康與光環(huán)境之間存在著復(fù)雜的多因素交互作用和正負(fù)反饋機(jī)制。光對(duì)于生物的作用，尤其是對(duì)人體產(chǎn)生的生物效應(yīng)，與光的波長(zhǎng)、強(qiáng)度、作用條件、生物體的狀態(tài)等多種因素有關(guān)。

  對(duì)光生物效應(yīng)進(jìn)行研究的目的，就是探究光生物效應(yīng)的作用結(jié)果與光環(huán)境及生物體狀態(tài)之間的相關(guān)因素，識(shí)別出其中損害健康的風(fēng)險(xiǎn)因素和能夠加以應(yīng)用的有利方面，趨利避害，使光學(xué)與生命科學(xué)能夠進(jìn)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(yīng)帶來的安全性問題，廣義的“光生物安全”，是泛指光輻射對(duì)人體健康產(chǎn)生的安全性問題，囊括光的視覺效應(yīng)、光的非視覺效應(yīng)、光的輻射效應(yīng)。

  在現(xiàn)有的光生物安全的研究體系中，光生物安全的研究對(duì)象，是照明或顯示設(shè)備，光生物安全的作用對(duì)象，是人體的眼睛或皮膚等器官，表現(xiàn)為一些生理參數(shù)如體溫、瞳孔直徑等的變化。對(duì)光生物安全的研究，主要是圍繞光源產(chǎn)生光生物安全輻射的測(cè)量與評(píng)價(jià)、光輻射與人體反應(yīng)之間的定量化關(guān)系、對(duì)光生物安全輻射的限制標(biāo)準(zhǔn)和防護(hù)方法這三個(gè)大方向展開研究。

  不同的光源產(chǎn)生的光輻射，存在光輻射的強(qiáng)度、空間分布和光譜等差異。隨著照明材料和智能照明技術(shù)的發(fā)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(yè)、醫(yī)療、辦公或特種照明場(chǎng)景展開應(yīng)用。新型智能光源與傳統(tǒng)光源相比，輻射能量更強(qiáng)，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(duì)新型光源的光生物安全性進(jìn)行測(cè)量方法或評(píng)價(jià)方法的研究，如汽車激光前照燈光生物安全性研究、半導(dǎo)體照明產(chǎn)品人因健康舒適度評(píng)價(jià)體系研究等。

  不同波長(zhǎng)的光輻射作用于不同的人體器官或組織，導(dǎo)致的生理反應(yīng)也存在差異。由于人體是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，因此對(duì)光輻射與人體反應(yīng)之間的關(guān)系進(jìn)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(duì)人體生理節(jié)律的影響及應(yīng)用研究、觸發(fā)非視覺效應(yīng)的光強(qiáng)劑量問題等等。

  對(duì)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(jù)對(duì)光源的光生物安全性和光生物效應(yīng)的研究結(jié)果，提出相應(yīng)的照明標(biāo)準(zhǔn)、防護(hù)方法，提出安全、健康的照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(tǒng)設(shè)計(jì)、健康照明和顯示系統(tǒng)研究、藍(lán)光防護(hù)膜的光健康與光安全應(yīng)用技術(shù)研究等。

  3、光生物安全波段和機(jī)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(zhǎng)進(jìn)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(zhǎng)的電磁輻射所產(chǎn)生的生理效應(yīng)并不完全相同(圖3)。

  紫外輻射，是指波長(zhǎng)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(duì)人的生理有著很大影響。紫外線照射皮膚時(shí)，會(huì)引起血管擴(kuò)張，出現(xiàn)紅斑，長(zhǎng)時(shí)間照射會(huì)引起皮膚干燥、失去彈性和老化。紫外線照射眼睛時(shí)，可能會(huì)引起角膜炎、結(jié)膜炎、白內(nèi)障等，對(duì)眼睛造成損傷。

  可見光輻射， 通常指波長(zhǎng)為380-780nm 的電磁波。可見光對(duì)人體的生理效應(yīng)主要包括對(duì)皮膚的燒傷、產(chǎn)生紅斑，對(duì)眼睛的損傷如熱損傷、日光視網(wǎng)膜炎等。尤其是400nm-500nm 的高能量藍(lán)光，可以對(duì)視網(wǎng)膜產(chǎn)生光化學(xué)傷害，加速黃斑區(qū)細(xì)胞的氧化。因此，一般認(rèn)為藍(lán)光是最具危害的可見光。