Lichtvermittelte biologische Effekte und Bewertung blauer Strahlung: Forschung und Anwendung eines Tests zur Gefährdung der Netzhaut durch blaues Licht

Lichtvermittelte biologische Effekte beziehen sich auf die physiologischen Veränderungen im menschlichen Körper, die durch die Einwirkung von Lichtstrahlung verursacht werden. Der Mechanismus der durch Licht vermittelten biologischen Wirkungen variiert je nach Weg.

Erstens kann Licht direkt auf das menschliche Auge einwirken, indem es visuelle Informationen überträgt und visuelle Effekte hervorruft. Zweitens kann Licht die physiologischen Rhythmen des Körpers regulieren, indem es auf das physiologische Regulierungssystem des Körpers einwirkt, nicht-visuelle Informationen überträgt und nicht-visuelle Effekte auslöst. Schließlich kann Licht direkt auf die menschliche Haut einwirken und Strahlenschäden verursachen und Strahlungseffekte hervorrufen.

Aufgrund der biologischen Wirkungen, die durch Licht vermittelt werden, wurde die Aufmerksamkeit auf die photobiologische Sicherheit gelenkt, insbesondere auf die Auswirkungen der zur Beleuchtung verwendeten sichtbaren Lichtwellenlängen auf die menschliche Gesundheit. Mit der Entwicklung und weit verbreiteten Verwendung von LED-Lichtquellen haben herkömmliche Lichtquellen allmählich ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt verloren. LED-Lichtquellen bieten viele Vorteile, wie satte Farben, kompakte Größe, Haltbarkeit, Umweltfreundlichkeit und breite Anwendbarkeit, was sie zur bevorzugten Lichtquelle im Bereich der Beleuchtung macht.

Weiße LED-Lichtquellen erzeugen hauptsächlich hochhelles weißes Licht, indem sie gelbe Leuchtstoffe mit blauen Lichtchips anregen, und enthalten daher einen erheblichen Anteil blauen Lichts. Übermäßige Blaulichtstrahlung kann jedoch nicht nur Augen, Netzhaut und Haut schädigen, sondern auch die physiologischen Rhythmen des Körpers beeinträchtigen, was die Gefahr blauen Lichts zu einem der besorgniserregendsten photobiologischen Sicherheitsprobleme unserer Zeit macht.

Blaue Lichtstrahlung, kategorisiert als elektromagnetische Strahlung, hat eine kürzere Wellenlänge, die im sichtbaren Lichtspektrum typischerweise zwischen 400 und 500 nm liegt. Das Phänomen der Verschiebung hin zu kürzeren Wellenlängen wird in der Optik als „Blauverschiebung“ bezeichnet. Darüber hinaus ist blaues Licht eine entscheidende Komponente in aktuellen LED-Weißlichtquellen.

Die Netzhaut im hinteren Teil des Auges ist durch Lichtstrahlung im Wellenlängenbereich von 380 bis 1400 nm gefährdet. Die größte Gefahr für die Netzhaut stellt jedoch die blaue Lichtstrahlung dar, da die menschliche Netzhaut sehr empfindlich auf blaue Lichtreize reagiert.

Derzeit wird die photobiologische Sicherheit von LED-Produkten durch die Bewertung ihrer Blaulichtgefährdungswerte bestimmt. Die Blaulichtbestrahlungsbelastung und die Blaulichtgefährdungseffizienz sind physikalische Größen, die zur Quantifizierung des Blaulichtgefährdungsgrads verwendet werden.

• Strahlungsbelastung: Stellt die Intensität der Strahlung dar, die durch eine Flächeneinheit geht. Die spektrale Strahlungsbelastung kann basierend auf der Wellenlängenverteilung unterteilt werden, wobei die Belastung bei unterschiedlichen Wellenlängen berücksichtigt wird.

• Blaulichtgewichtete Strahlungsbelastung: Dieser Wert spiegelt das Ausmaß der Schädigung des menschlichen Körpers durch blaues Licht wider und wird als Integral der spektralen Strahlungsbelastung multipliziert mit der Gewichtungsfunktion für die Blaulichtgefährdung berechnet.

• Blaulichtgefährdungsgrad: Der endgültige Blaulichtgefährdungsgrad wird anhand der blaulichtgewichteten Strahlungsbelastung bestimmt. Durch die Integration der spektralen Strahlungsbelastung mit der Blaulichtgefährdungsgewichtungsfunktion können die Blaulichtgefährdungsgrade von LED-Produkten beurteilt werden.

Bei der Messung von Lichtquellen werden je nach Art der Lichtquelle und Messanforderung allgemeine Vorgaben gemacht:

Für gewöhnliche Lichtquellen:

• Messabstand: Die Messung sollte in einem Abstand durchgeführt werden, der eine Beleuchtungsstärke von 500 lx ergibt.

• Mindestabstand: Auf 200 mm begrenzt.

Andere Arten von Lichtquellen: Messabstand: Im Allgemeinen innerhalb von 200 mm kontrolliert.

Blaulichtbestrahlungsstärke (Es): Wird verwendet, um den möglichen Schaden zu charakterisieren, den blaues Licht an der Netzhaut anrichtet, und spiegelt die Auswirkung blauen Lichts auf die Augengesundheit wider.

Die Schäden durch blaues Licht an den Augen betreffen hauptsächlich die Augenstruktur und beeinflussen insbesondere Krankheiten wie Katarakt und Makuladegeneration. Menschliche Linsen können blaue Lichtstrahlung nicht blockieren, sodass sie direkt zur Netzhaut vordringen kann. Retinale Pigmentepithelzellen reagieren sehr empfindlich auf blaue Lichtstrahlung, was bei Strahlungsstimulation zu Zellschrumpfung und potenzieller Apoptose führt.

Diese Zellschrumpfung und Apoptose kann zu Sehbehinderungen führen, wobei schwere Fälle möglicherweise zu irreversibler Makuladegeneration und schließlich zur Erblindung führen. Daher ist es wichtig, die längere Exposition gegenüber blauer Strahlung zu reduzieren, insbesondere bei Verwendung von Lichtquellen mit hoher blauer Strahlung wie LEDs, um die Netzhaut und die Augenstruktur vor Schäden zu schützen.

Photobiologische Sicherheitstester sind Geräte, mit denen die photobiologische Sicherheit von Lampen und Beleuchtungssystemen am menschlichen Körper (vor allem Augen und Haut) bewertet wird. Gemäß den Richtlinien IEC TR62471-2 (2009) zur Sicherheit optischer Strahlung ohne Laser zielen diese Testgeräte darauf ab, potenzielle Schäden durch Lichtquellen zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt insbesondere auf Lichtquellen ohne Laser liegt (z. B. LED-Produkte, UV-Strahlung in allgemeinen Beleuchtungsprodukten).

Der von Shanghai entwickelte Retinal Blue Light Hazard Tester Lisun ist ein tragbares Gerät zur photobiologischen Sicherheitsbewertung, das auf Labortestsystemen für photobiologische Sicherheit basiert und folgende Vorteile bietet:

• Tragbarkeit: Das Gerät ist kompakt und leicht, sodass es einfach getragen und zu Tests an verschiedene Orte transportiert werden kann.

• Benutzerfreundlich: Es verfügt über eine einfache und intuitive Bedienoberfläche, die Benutzern das Testen und Auswerten erleichtert.

• Breite Anwendungsabdeckung: Der Tester ist so konzipiert, dass er die Anforderungen der meisten aktuellen Lichtquellenanwendungen erfüllt und umfassende Bewertungen der biologischen Sicherheit von Lichtquellen für Augen und Haut ermöglicht.

Hauptmerkmale der Tester für die Gefährdung der Netzhaut durch blaues Licht von Shanghai LISUN umfasst:

• Optisches Design nach dem Vorbild des menschlichen Auges: Verwendet eine Simulation eines Pupillendurchmessers von 7 mm und setzt Dual-Path-Tests ein, um genaue Messergebnisse der Strahlungsbelastungsverteilung und der spektralen Strahlungsbelastung sicherzustellen.
• Spektrummessung in einem weiten Wellenlängenbereich: Bietet einen weiten Bereich von Spektrummessungen von 300 nm bis 1050 nm, der die Anforderungen für Messungen der Netzhautgefährdung durch blaues Licht (300 nm–700 nm) vollständig abdeckt und die Anforderungen für Messungen der Netzhautgefährdung durch thermische Gefährdung (380 nm–1400 nm) teilweise abdeckt.
• Ultrabreite und ultraschnelle Spektralmessungen: Hochgeschwindigkeits-USB-Kommunikation mit einer minimalen Integrationszeit von 11.4 µs, ermöglicht Messungen von über 1000 cd/m^2.
• Eingebauter elektrischer Lichtverschluss: Erleichtert Nullungsvorgänge zur Verbesserung der Messgenauigkeit.
• Programmierbare Messdistanzeinstellung: Verbessert den Messkomfort.

Die Hauptfunktionen des Retinal Blue Light Hazard Tester von Shanghai LISUN umfassen Messungen basierend auf IEC/EN62471:2008 und IEC62471-7:2023 (ersetzt IEC62778), wobei Parameter wie die effektive Strahlungsexposition gegenüber blauem Licht für die Netzhaut, die Blaulichtgefährdungsstufe, der Blaulichtgefährdungskoeffizient KB, V, die spektrale Strahlungsexpositionsverteilungskurve, das blaulichtgewichtete Strahlungsexpositionsverhältnis BR, die effektive Strahlungsexposition gegenüber thermischer Gefährdung der Netzhaut, scheinbare Quellenwinkel beurteilt werden, sowie die Sicherheitsstufen von Lichtquellen ausgewertet werden und Funktionen zur Verarbeitung der Spektralanalyse bereitgestellt werden.

 

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