1 福建师范大学光电与信息工程学院, 医学光电科学与技术教育部重点实验室, 福建省光子技术重点实验室, 福州 350100
2 福建警察学院刑事科学技术系, 福州 350007
3 浙江省医疗器械检验研究院, 杭州 310018
日常生活和工作中会接触到多种多样的蓝光辐射, 蓝光的生物作用及其生物安全性也越来越受到关注。国内外已颁布一系列关于蓝光潜在健康危害、蓝光生物安全性评价, 以及蓝光产品风险组别的指南、技术报告和标准。“蓝光危害”是灯和灯系统的光生物安全性评价标准体系中使用的一个专业技术术语。该术语并非泛指蓝光辐射有风险, 也不应被误认为蓝光都是有害的。蓝光在维持正常视觉和人体健康中发挥着重要作用, 理性认识蓝光危害对蓝光技术的发展和应用有积极意义。本文围绕蓝光辐射的一些重要性质、来源、蓝光的生物作用以及蓝光生物安全性评价体系, 对蓝光危害目前的共识以及误解进行了客观和理性分析, 并对关于蓝光辐射的生物安全性的相关标准以及蓝光生物安全性评价方法进行了综述。
蓝光危害 蓝光危害加权函数 蓝光生物安全性 曝辐限值 最大允许照射时间 blue light hazard blue-light hazard function biosafety of blue light exposure limit maximum permissible exposure duration
1 中国科学院空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 国科大杭州高等研究院生命与健康科学学院, 浙江 杭州 310024
4 中国科学院大学, 北京 100049
5 上海量子科学研究中心, 上海 201315
6 山东大学(威海)空间科学与物理学院, 山东 威海 264209
中国在庞大的人口基数下拥有丰富的遗传资源, 这些资源可能被国外非法掠夺以获取利益, 非法掠夺的过程揭示可能存在一些安全隐患, 例如传染疾病的扩散等。 如何加强对中国公民遗传资源的保护, 促进国际间正常合法的信息共享和科研合作已成为生物安全的新问题。 为加强人体细胞及其制品等特殊生物物品出入境管理, 防止遗传资源流失和有害物品传入, 促进各个国家间医学科学研究及国际交流与合作, 提出一种非侵入、 快速安全的细胞光谱鉴别技术。 简述了细胞超连续光谱的物理化学机制, 讨论了细胞浓度对超连续光谱的影响, 实现了无损伤、 非侵入式探测提取生物细胞超连续特征光谱。 实验发现细胞超连续特征光谱主要集中在500~700 nm的可见区域。 实验中的细胞样本均为单独培养, 因此各个样本间互不影响, 不存在平行样本的问题; 实验对象为293T细胞、 HCC827细胞以及HT29细胞, 3类细胞的培养基均为PBS溶液, 每类细胞拥有3种浓度（5×105, 5×106和5×107 cells·mL-1）且每种浓度下独立培养3个样本, 一共获取27个独立细胞样本。 实验测试了24个细胞样本的超连续光谱并以此建立预测模型, 另有3个样本作为未知样本进行模型预判。 使用主成分分析法对测试样本的原始数据进行降维和聚类, 并对降维后的数据通过支持向量机回归法进行分类; 训练集的均方根误差RMSE=0.097 2, R2=0.995 1, 验证集的均方根误差为RMSE=0.097 2, R2=0.931 4。 研究发现细胞浓度影响超连续特征光谱的提取, 在建立模型时, 考虑到该技术应用的普适性以及实验样本浓度参数有限, 未考虑细胞浓度对预判模型识别率的影响。 后期若以某一浓度阈值作为细胞检测的浓度起点, 该模型的识别率将会更准确、 科学。 在可控的实验条件下, 超连续光谱可以应用于生物细胞无损伤、 非侵入式的鉴别。
超连续光谱 细胞 无损伤检测 生物安全 Supercontinuum spectrum Cell Noninvasive detection Biosafety 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1011
环境及食品污染物种类广、 含量低, 因此相应的分析监测方法须具备灵敏、 准确、 快速、 无二次污染等特点。 发光碳点纳米材料是一种新型发光纳米材料, 以碳为基本骨架, 毒性较低、 生物相容性好, 能解决传统发光纳米材料的缺陷, 并具有更高的发光性能及光稳定性。 以盐酸多巴胺为碳源, 邻苯二胺为修饰剂, 通过简单水热法制备了一批低成本环保发光碳点纳米材料, 发射波长在596 nm (λex=532 nm)。 经紫外可见光谱、 荧光光谱、 红外光谱及透射电镜等表征的结果表明, 该发光碳点纳米材料具有很好的发光性能, 尺寸均一(~3 nm), 分散性好。 对该材料应用于重金属污染物检测进行了探索。 水中汞元素主要以Hg2+的形式存在, 含Hg2+的水体可以通过土壤渗透污染地下水环境, 而Hg2+在生物体内富集, 会使水体中的生物群受到危害, 甚至可以通过生活用水及水产品进一步间接地危害到人类的健康。 Hg2+对人体神经细胞产生不可逆转、 不可修复的伤害。 Hg2+检测是重金属检测的重中之重。 通过金属选择性检测实验进行筛选, 结果表明, 在一定条件下, 发光碳点纳米材料可对Hg2+实现专一高灵敏快速检测, 检出限为0.000 6 μg·mL-1(S/N=3, n=6), 满足生活用水(<0.001 mg·L-1)及工业废水(<0.005 mg·L-1)中Hg2+检测国家标准的要求。 在0.001~10 μg·mL-1浓度范围内符合Stern-Volmer方程, 且在范围为0~0.04 μg·mL-1(y=190x+0.498, R2=0.992 4), 以及0.6~10 μg·mL-1(y=3.2x+18.7, R2=0.993 2), 均有良好的线性响应, 实际水样中Hg2+检测的加标回收率在91%~106%(RSD=0.5~1.5)之间。 进一步考察了发光碳点纳米材料的生物安全性, 细胞毒性MTT分析实验, 结果表明随着发光碳点纳米材料浓度的升高, 细胞活性并没有出现明显的下降, 说明该近红外发光碳点材纳米料毒性较小且具有良好的生物相容性, 可在环保监测、 示踪传感、 生物医学等领域广泛应用。
水热法 生物安全 发光碳点纳米材料 Hydrothermal method Eco-friendly Carbon dots nanomaterial Hg2+ Hg2+ 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3086
1 长春理工大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 国家纳米操纵与制造国际联合研究中心, 吉林 长春 130022
3 教育部学科创新引智基地, 吉林 长春 130022
太赫兹波辐射因具备特有的感测能力以及无创和非电离特性而备受关注。DNA分子间的振动模式(扭转、集体振动、氢键和骨架振动)大多处于太赫兹波段。相比红外波段,DNA在太赫兹波段表现出了很多独特的吸收特性。系统地分析了太赫兹时域光谱技术在DNA分子领域的研究进展,阐述了单个碱基、碱基对、DNA的鉴定与识别,以及它们的吸收光谱和振动模式;此外,还介绍了太赫兹波的生物安全性及其潜在应用;最后根据当前的研究现状,归纳了DNA分子在太赫兹光谱研究方面仍然存在的问题,为今后的相关研究提供参考。
光谱学 太赫兹 DNA 碱基 振动模式 生物安全 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 170003
1 山西职业技术学院， 山西 太原 030006
2 商洛学院 化学工程与现代材料学院， 陕西 商洛 726000
3 南昌大学 国家硅基LED工程技术研究中心， 江西 南昌 330047
为了弥补非视觉照度传感器的空白，实现便捷精确的量化光源非视觉生物效应强弱。通过对视觉照度传感器设计分析，给出了免真空镀膜的非视觉照度传感器设计可行的详细步骤。利用青蓝色QB21与QB5、黄色LB9与LB16四种滤光片叠加组合成修正滤光片组，与LXD44MQ硅光电池组合为非视觉照度传感器。实验结果表明: 自主设计的免真空镀膜非视觉照度传感器理论相对响应光谱与节律作用函数相比，380 ~780 nm面积、半峰宽、峰值波长相对偏差分别为: 16.27%、11.36%、3.90%; 匹配误差为11.34%; 通过对色温范围2032 ~6632K的6种光源实测分析，平均相对误差为2.63%。研究结果证明该自主设计的免真空镀膜非视觉照度传感器方法可行，研究可为光生物安全照度传感器的研发提供参考。
光生物安全 照度传感器 非视觉生物效应 设计分析 photobiological safety illumination sensor non-visual biological effects design and analysis
1 山西职业技术学院, 山西 太原 030006
2 商洛学院 电子信息与电气工程学院, 陕西 商洛 726000
为了定量分析不同防蓝光眼镜的使用对屏幕显示画面彩色三要素的影响, 分别采集6 500K和5 000K色温下的OLED屏幕与LED背光的LCD的光谱分布, 以及当前销量较大的5种不同材质防蓝光眼镜透射率数据, 通过OriginPro拟合、色度软件分析、Matlab计算, 定量比较5种防蓝光眼镜对不同色温下两种屏幕1931 CIE XYZ色坐标、主波长、饱和度及光通量的影响, 结合人眼分辨率对计算结果进行分析。结果表明, 5种眼镜对屏幕色坐标Z值降低效果相差最大值高达1 881倍, 相同色温同一眼镜对LED背光的LCD屏的防蓝光效果略强于OLED屏; 5种防蓝光眼镜对色温为5 000 K的LED背光的LCD屏幕主波长影响不大; 能过滤掉色温6 500 K的OLED屏幕99.626 %蓝光的眼镜, 可使其饱和度增加22.7倍。能过滤掉色温6 500 K的LED背光LCD屏幕99.59%蓝光的眼镜, 可使其色温下降为原来的0322倍, 均严重影响屏幕的显示效果。该研究方法与结论可为相关产品的使用和研发提供借鉴。
显示器 光生物安全 蓝光 光谱分析 色度学 displays photobiological blue light spectroscopy analysis colorimetry
1 商洛学院化学工程与现代材料学院, 陕西 商洛 726000
2 商洛学院陕西省尾矿资源综合利用重点实验室, 陕西 商洛 726000
3 南昌大学理学院, 江西 南昌 330047
为了使基层质检人员经济快速的评估光源蓝光危害与节律效应, 测量了六种常见人工照明和三种显示器的光谱分布, 结合QB5型钴蓝玻璃片的透射率, 对九种光源透过QB5型钴蓝玻璃片的光谱分布进行计算分析, 研究了光源蓝光危害因子和节律因子与1931 CIE-XYZ色坐标Z值、 透过钴蓝玻璃片的主波长及明视觉光通量的关系; 以人眼对波长及亮度变化的分辨力为依据, 验证了以烛光为参照, 根据人眼透过QB5型钴蓝玻璃片观察到的光源亮度, 对光源蓝光危害与节律效应进行可视化评估的可行性。 结果表明: 九种光源的蓝光危害因子和节律因子均随色坐标Z值、 透过钴蓝玻璃片的主波长及明视觉光通量的增大而增加; 该可视化评估方法可行。 研究方法与结果可为光生物安全评估与相关仪器设备开发提供参考。
光生物安全 蓝光危害 节律效应 光源 评估方法 Photobiological safety Blue light hazard Circadian effect Light source Evaluation method 光谱学与光谱分析
2018, 38(11): 3476
杭州市质量技术监督检测院, 浙江 杭州310019
为评定照明产品的光生物安全测量的可靠性,提高测量结果之间的可比性,依据JJF 1059.1-2002《测量不确定度的评定和表示》和GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》标准进行测量和评定,分析测试过程中的影响因素,建立数学模型,对LED照明产品的光生物安全测量进行不确定度评定。
光生物安全 测量不确定度 照明产品 photobiological safety LED LED uncertainty of measurement lighting products
1 华侨大学 信息科学与工程学院，福建省光传输与变换重点实验室，福建 厦门 361021
2 泉州市世芯智能照明技术研究院有限公司，福建 泉州 362302
为了研究不同黄疸治疗仪光源的发光光谱对新生儿产生紫外辐射、热辐射等潜在的光生物安全问题，本文利用光辐射安全测定系统OST-300对传统蓝光荧光灯、普通蓝光LED灯以及经简单遗传算法计算与拟合的蓝光LED灯进行了测试与对比分析。实验结果表明: 传统蓝光荧光灯在315，330，365 nm的紫外光处有明显的波峰出现，且峰值波长在365 nm处较为明显; 传统蓝光荧光灯在老化后其蓝光光谱光衰严重，且存在大量的红外光线; 而基于简单遗传算法计算与拟合的蓝光LED发光光谱与体内胆红素的吸收光谱相吻合，能避免对新生儿的光辐射危害。因此，本文提出的蓝光LED是治疗新生儿黄疸的理想光源。
黄疸治疗仪 光辐射安全测定系统 光生物安全 光源 jaundice therapeutic device optical radiation safety test system photobiological safety light source
北京交通大学发光与光信息技术教育部重点实验室, 北京交通大学光电子技术研究所， 北京100044
研究了LED照明器件的蓝光特性。 针对我国的LED照明现状， 通过测试LED照明器件的光谱成分， 根据现行国内外标准GB/T 20145—2006/CIE S009/E:2002和IEC62471：2006， 以及CTL-0744_2009-laser决议， 分析了LED光生物安全性， 给LED照明灯具制造和相关安全性标准、 法律制定提供参考。 LED中蓝光的辐亮度值低于100 W·m-2·Sr-1时对人眼属于无危害类型， 正常使用情况下不会对人眼造成伤害， 但是应该注意对特殊人群（小孩）的保护， 避免长时间直视光源。 灯具富蓝化也会影响人的作息规律， 因此色温4 000 K以下， 显色指数80的LED灯具适合在室内使用， 同时还要根据不同的使用距离选择不同的参数的灯具。
蓝光泄露 光生物安全 光谱辐亮度 色温 LED LED Blue light leak Photobiological safety Spectral irradiance Colour temperature
