1、光生物效應

  討論光生物安全問(wèn)題，首先要討論清楚光生物效應。不同學(xué)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(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。

  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(chǎn)生的結果不同，可大致分為光的視覺(jué)效應、光的非視覺(jué)效應、光的輻射效應等三大類(lèi)。

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

  光的非視覺(jué)效應指光引起人體除視覺(jué)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(guān)。光的非視覺(jué)效應的研究起點(diǎn)較晚，但發(fā)展十分迅速。在如今的照明質(zhì)量評價(jià)體系中，光的非視覺(jué)效應已經(jīng)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(wǎng)膜等部位產(chǎn)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(xué)傷害和熱輻射傷害兩類(lèi)，具體而言，包括光源的紫外光化學(xué)危害、視網(wǎng)膜藍光危害、皮膚熱危害等各類(lèi)危害。

  人體在一定程度上可以抵御或修復這些傷害帶來(lái)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(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(lái)說(shuō)，人體健康與光環(huán)境之間存在著(zhù)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(chǎn)生的生物效應，與光的波長(cháng)、強度、作用條件、生物體的狀態(tài)等多種因素有關(guān)。

  對光生物效應進(jìn)行研究的目的，就是探究光生物效應的作用結果與光環(huán)境及生物體狀態(tài)之間的相關(guān)因素，識別出其中損害健康的風(fēng)險因素和能夠加以應用的有利方面，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”，是指光的輻射效應帶來(lái)的安全性問(wèn)題，廣義的“光生物安全”，是泛指光輻射對人體健康產(chǎn)生的安全性問(wèn)題，囊括光的視覺(jué)效應、光的非視覺(jué)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(chǎn)生光生物安全輻射的測量與評價(jià)、光輻射與人體反應之間的定量化關(guān)系、對光生物安全輻射的限制標準和防護方法這三個(gè)大方向展開(kāi)研究。

  不同的光源產(chǎn)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(zhù)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)、醫療、辦公或特種照明場(chǎng)景展開(kāi)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(jìn)行測量方法或評價(jià)方法的研究，如汽車(chē)激光前照燈光生物安全性研究、半導體照明產(chǎn)品人因健康舒適度評價(jià)體系研究等。

  不同波長(cháng)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(gè)復雜的系統，因此對光輻射與人體反應之間的關(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，如光對人體生理節律的影響及應用研究、觸發(fā)非視覺(jué)效應的光強劑量問(wèn)題等等。

  對光生物安全展開(kāi)研究的目的，是避免人體受到光輻射帶來(lái)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(chǎn)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(shù)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(cháng)進(jìn)行分類(lèi)，光輻射可主要分為紫外輻射、可見(jiàn)光輻射、紅外輻射。不同波長(cháng)的電磁輻射所產(chǎn)生的生理效應并不完全相同(圖3)。

  紫外輻射，是指波長(cháng)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(zhù)很大影響。紫外線(xiàn)照射皮膚時(shí)，會(huì )引起血管擴張，出現紅斑，長(cháng)時(shí)間照射會(huì )引起皮膚干燥、失去彈性和老化。紫外線(xiàn)照射眼睛時(shí)，可能會(huì )引起角膜炎、結膜炎、白內障等，對眼睛造成損傷。

  可見(jiàn)光輻射， 通常指波長(cháng)為380-780nm 的電磁波?？梢?jiàn)光對人體的生理效應主要包括對皮膚的燒傷、產(chǎn)生紅斑，對眼睛的損傷如熱損傷、日光視網(wǎng)膜炎等。尤其是400nm-500nm 的高能量藍光，可以對視網(wǎng)膜產(chǎn)生光化學(xué)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(jiàn)光。