用(yong)微型光譜儀驗證“透明鏡片"對眼部紫外線防護效果

背景(jing)

長時(shi)間的眼(yan)部(bu)紫(zi)外線(xian)照射會(hui)影(ying)響(xiang)長期(qi)的眼(yan)部(bu)健康(kang)。雖(sui)然(ran)通(tong)常可以通(tong)過(guo)紡織品或涂抹防(fang)曬霜來有(you)(you)效保護(hu)皮(pi)膚(fu)，但對眼(yan)睛敏感(gan)組織和周圍皮(pi)膚(fu)進行有(you)(you)效的日(ri)常紫(zi)外線(xian)防(fang)護(hu)是(shi)一(yi)項技術挑戰。

太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)鏡(jing)(jing)構成(cheng)了當前眼(yan)(yan)睛抵(di)御紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)標(biao)準(zhun)保護。 澳大利亞太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)鏡(jing)(jing)標(biao)準(zhun)是常見的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)防護基準(zhun)，這些標(biao)準(zhun)將 315 至 400 nm 范(fan)圍內(nei)(nei)的(de)(de)光(guang)(guang)定義為有害(hai) UVA。 盡管在(zai)(zai)陽(yang)(yang)(yang)光(guang)(guang)明(ming)媚的(de)(de)天氣下(xia)在(zai)(zai)戶(hu)(hu)外(wai)(wai)(wai)佩戴太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)鏡(jing)(jing)是社會可接受的(de)(de)，但在(zai)(zai)所有潛(qian)在(zai)(zai)的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)暴露(lu)(lu)條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)（例(li)如陰天條(tiao)件(jian)(jian)下(xia)以(yi)及室內(nei)(nei)），其使用并(bing)不(bu)普遍被接受。 此外(wai)(wai)(wai)，實際原(yuan)因限制了（矯正）太(tai)(tai)(tai)陽(yang)(yang)(yang)鏡(jing)(jing)在(zai)(zai)相(xiang)當長期的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)暴露(lu)(lu)情況下(xia)的(de)(de)使用，因為頻繁更(geng)換矯正透明(ming)眼(yan)(yan)鏡(jing)(jing)很(hen)麻煩，此外(wai)(wai)(wai)還需(xu)要存放一副額外(wai)(wai)(wai)的(de)(de)眼(yan)(yan)鏡(jing)(jing)。 但有害(hai)的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)照(zhao)射(she)(she)并(bing)不(bu)僅限于在(zai)(zai)陽(yang)(yang)(yang)光(guang)(guang)明(ming)媚的(de)(de)天氣下(xia)長時間在(zai)(zai)戶(hu)(hu)外(wai)(wai)(wai)停(ting)留。 相(xiang)反，紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)暴露(lu)(lu)不(bu)斷發生(sheng)，無論是在(zai)(zai)上班途中(zhong)（例(li)如上班途中(zhong)）的(de)(de)短期陽(yang)(yang)(yang)光(guang)(guang)照(zhao)射(she)(she)期間。 作(zuo)為乘客(ke)在(zai)(zai)車內(nei)(nei)，通過(guo)側窗暴露(lu)(lu)在(zai)(zai)外(wai)(wai)(wai)，甚至在(zai)(zai)室內(nei)(nei)也是如此。 因此，如果透明(ming)鏡(jing)(jing)片也能有效減少(shao)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線(xian)(xian)(xian)照(zhao)射(she)(she)，就能達到zui 佳的(de)紫外線防護(hu)效果。

實驗安排(pai)

來自于德國Tuebingen大學眼科研(yan)究學院的(de)KATHARINA RIFAI研(yan)究員在2018年(nian)的(de)研(yan)究中詳(xiang)細描述了實(shi)驗設計過程和數據分析，基(ji)本的(de)實(shi)驗安排如下：

人眼的(de)(de)輻照度由放(fang)(fang)置(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)(zai)擴散板后面的(de)(de)光譜(pu)傳感器收集，擴散板放(fang)(fang)置(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)(zai)假人頭部左眼的(de)(de)位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)，放(fang)(fang)置(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)(zai)角膜的(de)(de)自然位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)。提(ti)供人體模型，配(pei)備眼鏡架(jia)。如下圖2。

圖2. a) 光(guang)譜(pu)儀光(guang)纖(xian)和 PTFE 擴散(san)板的(de)眼形安裝座，箭(jian)頭(tou)(tou)指示光(guang)纖(xian)（淺紅(hong)色(se)）和擴散(san)板（深紅(hong)色(se)）的(de)位(wei)置，b) 人體模型頭(tou)(tou)部的(de)機(ji)械旋轉安裝座，

c) 頭(tou)(tou)部旋轉(zhuan)示意圖, d) 配備眼鏡(jing)架和傳感器的人(ren)體(ti)模型頭(tou)(tou)部照(zhao)片。

光(guang)(guang)源(yuan)經(jing)過D65校(xiao)準后，距離人體模型眼部（光(guang)(guang)譜儀(yi)探頭）距離是(shi)2.9米，另外(wai)一個光(guang)(guang)譜儀(yi)作為參(can)考(kao)，有小部分(fen)光(guang)(guang)經(jing)過分(fen)束鏡反射回來(lai)到參(can)考(kao)光(guang)(guang)譜儀(yi)。原理圖如下圖3.其(qi)中光(guang)(guang)源(yuan)用(yong)的是(shi)OSRAM公司(si)的氙燈光(guang)(guang)源(yuan)，光(guang)(guang)譜傳感(gan)器用(yong)的是(shi)德國(guo)INSION公司(si)的UV VIS SENS系列光(guang)(guang)譜儀(yi)。

圖3.左(zuo)側(ce)： 實(shi)驗測量原理示意圖；右側(ce); insion公(gong)司的(de)UV VIS SENS系列光譜儀

下(xia)圖4顯示(shi)了受測透明鏡(jing)(jing)片相對于肉眼(yan)(yan)的(de)(de)(de)眼(yan)(yan)部輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)的(de)(de)(de)清晰圖片。 18% 的(de)(de)(de)入射輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)已(yi)被框架(jia)過(guo)濾。 在(zai)剩余的(de)(de)(de)輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)中，絕大多數（肉眼(yan)(yan)處(chu)總(zong)輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)的(de)(de)(de) 79 ±3%）通(tong)過(guo)空眼(yan)(yan)鏡(jing)(jing)框進(jin)入眼(yan)(yan)睛。 當(dang)鏡(jing)(jing)架(jia)配備透明眼(yan)(yan)鏡(jing)(jing)鏡(jing)(jing)片 L0 Basic 時，Idirect 的(de)(de)(de)貢獻占裸(luo)眼(yan)(yan)總(zong)輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)的(de)(de)(de) 32 ±4%，而總(zong)輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)為裸(luo)眼(yan)(yan)總(zong)輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)的(de)(de)(de) 83 ±5%。 因此，盡管減少了，但大部分紫外線仍然(ran)通(tong)過(guo)眼(yan)(yan)鏡(jing)(jing)進(jin)入眼(yan)(yan)睛。 在(zai)我們的(de)(de)(de)示(shi)例中，肉眼(yan)(yan)處(chu)的(de)(de)(de)總(zong)輻(fu)(fu)(fu)照(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)(zhao)度(du)中只有 3.1 ±2.6% 來自繞過(guo)框架(jia)的(de)(de)(de)間接光。

圖 4.  350 - 400 nm 范圍(wei)內到達眼(yan)睛的紫外線(xian)輻照度實驗數據概述。Idirect、Iindirect、Iback 作為空鏡(jing)框以及四種不同透明鏡(jing)片的堆疊(die)條形圖。

實驗總結

在(zai)這項工作(zuo)中，根據透(tou)明(ming)(ming)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)對(dui)眼(yan)睛紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線防護的(de)(de)效(xiao)率進(jin)行比(bi)較(jiao)。通過在(zai)位于(yu)人體頭部內的(de)(de)眼(yan)睛的(de)(de)真實幾何模擬中模擬和測(ce)(ce)量眼(yan)睛的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線輻照度來(lai)評(ping)(ping)估(gu)(gu)對(dui)整體紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線暴露的(de)(de)貢獻，配(pei)備相應的(de)(de)眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)。 實驗(yan)和模擬評(ping)(ping)估(gu)(gu)了類太陽光源在(zai)眼(yan)睛位置的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線輻照度。 輻照度由(you)擴(kuo)散板(ban)后面(mian)(mian)的(de)(de)光譜傳(chuan)感器測(ce)(ce)量。 對(dui)于(yu)所有實際(ji)的(de)(de)光入射(she)角，分(fen)別確(que)定以下(xia)對(dui)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線照射(she)的(de)(de)貢獻：通過透(tou)明(ming)(ming)眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)進(jin)入眼(yan)睛的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線（I直(zhi)接(jie)）、繞過眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)和鏡(jing)(jing)(jing)(jing)框(kuang)進(jin)入眼(yan)睛的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線（I間(jian)接(jie)）以及(ji)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線光線通過鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)表面(mian)(mian)的(de)(de)背反射(she) (Iback) 進(jin)入眼(yan)睛，見圖 5。評(ping)(ping)估(gu)(gu)了旨(zhi)在(zai)zui大(da)限(xian)度地減少眼(yan)部紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線照射(she)的(de)(de)三種(zhong)眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)的(de)(de)影響：第1種(zhong)眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)，zui大(da)限(xian)度地減少了通過鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)的(de)(de)紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線透(tou)射(she) (Idirect)高(gao)達 400 nm（L1UV 阻擋）、第二個眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)，通過眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)背面(mian)(mian)的(de)(de)增透(tou)膜（L2 Back-UV）zui大(da)限(xian)度地減少紫(zi)外(wai)(wai)(wai)線背向反射(she)，以及(ji)結合了兩者的(de)(de)第三個眼(yan)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)(jing)片(pian)（L3 組合）.

圖 5. 輻照度方案，a) C1，貢獻 Iindirect，b) C2，貢獻 Iback，c) C3，貢獻 Idirect。

實驗結果表明(ming)，眼鏡(jing)鏡(jing)片(pian) L1 紫(zi)外線(xian)阻擋可zui大限度地減(jian)(jian)少 Idirect 的(de)影響，相對于(yu)肉(rou)眼，將整體紫(zi)外線(xian)暴露量降低至 7%。 肉(rou)眼總曝光中只有 1% 來自(zi)背反射，而(er) L2 Back-UV 眼鏡(jing)片(pian)將這一(yi)比例降至 0.3%。 L3 眼鏡(jing)片(pian)結合了(le)這兩種優點，可將紫(zi)外線(xian)暴露減(jian)(jian)少至 6%。

結論

模擬了三種(zhong)可zui大程度地減少眼(yan)睛處(chu)紫(zi)(zi)外(wai)線(xian)(xian)輻(fu)照(zhao)度的(de)眼(yan)鏡(jing)鏡(jing)片(pian)（紫(zi)(zi)外(wai)線(xian)(xian)阻擋、后(hou)(hou)紫(zi)(zi)外(wai)線(xian)(xian)和組合），并隨(sui)后(hou)(hou)對眼(yan)睛處(chu)的(de)太(tai)陽(yang)輻(fu)照(zhao)度進(jin)行了實驗(yan)評估。 紫(zi)(zi)外(wai)線(xian)(xian)輻(fu)照(zhao)度通(tong)過(guo)放置在擴散板后(hou)(hou)面(mian)的(de)光(guang)譜傳感(gan)器進(jin)行評估。 與從鏡(jing)片(pian)表面(mian)反射回來的(de)光(guang)相比，通(tong)過(guo)眼(yan)鏡(jing)鏡(jing)片(pian)到達眼(yan)睛的(de)輻(fu)照(zhao)度高出(chu)一(yi)個(ge)數量級以上。 因此，帶(dai)有定(ding)制紫(zi)(zi)外(wai)線(xian)(xian)吸收劑的(de)透明鏡(jing)片(pian)可有效保(bao)護(hu)眼(yan)睛免受紫(zi)(zi)外(wai)線(xian)(xian)侵害(hai)，補充太(tai)陽(yang)鏡(jing)佩戴(dai)以實現全天保(bao)護(hu)

新(xin)品推薦

Insion推出全(quan)新的(de)透射解決方案，采(cai)用(yong)分辨率(lv)更高的(de)aMSM UV VIS SENS HR光(guang)譜儀模塊(kuai)，波(bo)長范圍可(ke)以覆(fu)蓋(gai)280nm~1050nm，配(pei)合寬波(bo)段LED光(guang)源，覆(fu)蓋(gai)280nm~950nm，可(ke)以更好的(de)測量(liang)鏡片/玻璃(li)/血液(ye)等行業的(de)透過率(lv)。

LED光源光譜圖：

圖(tu) 6. 寬帶LED光(guang)源光(guang)譜響應圖(tu)

透(tou)射光譜系統：

圖 7. BASkit透射光(guang)譜測量(liang)系(xi)統

SC30雜散(san)光算法：

圖 8. SC30雜散光算法校(xiao)準線(xian)性(xing)度

3片(pian)(pian)不同厚度(du)濾光片(pian)(pian)透射測量的(de)吸光度(du)經過SC30雜散光算法校(xiao)準以(yi)后線性度(du)大于3AU。

上海昊(hao)量(liang)光(guang)(guang)電設備有限(xian)公司作為德國(guo)INSION在中國(guo)地區(qu)唯yi的(de)代(dai)理合作商，常年(nian)活躍在國(guo)內分子光(guang)(guang)譜(pu)，近紅外光(guang)(guang)譜(pu)圈，給更(geng)多的(de)客(ke)戶帶來優(you)質(zhi)的(de)產(chan)品和(he)服務。針(zhen)對insion系列光(guang)(guang)譜(pu)儀，公司備有各種型號的(de)樣(yang)品供客(ke)戶測試(shi)評估，還可以幫助可以搭建實驗原型機，各種光(guang)(guang)譜(pu)測量(liang)系統等。

關于昊量光電：

上海昊量光(guang)(guang)(guang)(guang)電設(she)備有限公司(si)是光(guang)(guang)(guang)(guang)電產(chan)品專業代理商，產(chan)品包括各類(lei)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器、光(guang)(guang)(guang)(guang)電調制器、光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)測量設(she)備、光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)元件等，涉及應用涵(han)蓋(gai)了材(cai)料(liao)加工、光(guang)(guang)(guang)(guang)通訊、生(sheng)物(wu)醫(yi)療、科學(xue)研究(jiu)、國防、量子光(guang)(guang)(guang)(guang)學(xue)、生(sheng)物(wu)顯微、物(wu)聯傳感、激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)制造等；可為客戶提供(gong)完整的設(she)備安裝(zhuang)，培訓，硬件開發(fa)，軟件開發(fa)，系統集成等服務(wu)。