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红外线光谱在光健康产业的研发和运用

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《健康与营养》2016年第z2期

【摘要】随着半导体电子技术的不断成熟,光健康与光医疗已成为国际上的研究热点,其市场空间和容量巨大,具有全球覆盖性。介绍了红外线光谱的特点及应用情况;分析了其在光健康领域的应用情景,利用LED技术成果及生产工艺,开发出健康、医疗等照明产品,将获得很好的经济效益和社会效益。

【关键词】红外线;光谱;光健康;应用研究

1引言

半导体照明是21世纪一项较为成功的技术革命,而且在照明产业的变革中已经确定了主导地位,但我国从半导体照明制造大国,变成产业强国还有很长的路要走,如何提高产品附加值,在新的领域树立如何建立品牌效应,值得思考。近年来LED在应用领域取得了很大的进展,在光效等性能提升的同时,LED在一些新的领域的应用备受关注,特别是LED光健康及超越照明和智能照明等领域的应用。光健康与光医疗已成为国际上的研究热点,其市场空间和容量巨大,具有全球覆盖性,美国、欧洲及日本等国家都将其作为重点发展目标,致力于抢占和建立新型产业的制高点。我国的“十三五”规划也将第三代半导体材料和半导体照明纳入其中,提出要发展绿色环保产业。培育服务主体,推广节能环保产品,支持技术装备和服务模式创新,完善政策机制,促进节能环保产业发展壮大。明确提出发展半导体照明等环保技术装备。作为绿色、可持续发展的技术,半导体照明今后的发展中,在光效、寿命等各项指标不断提高的同时,重视光品质的提升,努力实现全光谱和生产过程全链条的绿色制造[1]。同时,科技创新以市场需求为导向,培育与挖掘需求也十分重要。在科技发展的背景下,人们对绿色健康舒适的生活环境的要求越来越高,而智能照明、智慧城市就是一个重要的努力方向,这其中包含光源、微电子、传感、控制等很多内容,此外,LED在健康医疗,农业领域的养殖、畜牧、渔业等细分领域还有很大潜力可以挖掘。本文针对红外线光谱进行研究,重点介绍光健康产业红外线光谱的作用进行分析。

2红外线光谱特点及应用

2.1红外线特点

红外线(Infrared)是波长介于微波与可见光之间的电磁波,波长在760纳米(nm)至1毫米(mm)之间,比红光长的非可见光。高于绝对零度(-273.15℃)的物质都可以产生红外线,现代物理学称之为热射线,太阳的热量主要通过红外线传到地球。医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。红外线,也称作红外热辐射,热作用较强。其作为太阳光线中不可见光线的一个谱系,早在1800年就被英国科学家赫歇尔发现,赫歇尔在研究中把太阳光用三棱镜进行光学分解,通过温度计来测量各种不同颜色的色带位置的温度,准备测量不同色带的热效应。试验中惊奇的发现位于红光外侧的温度计升温极快。因此他认为在太阳光谱中,红光的外侧一定存在某种不可见光线,由此发现了红外线。红外线的波长大于可见光线,波长为0.75~1000μm。红外线可分为三部分,即近红外线,波长为(0.75-1)~(2.5-3)μm之间;中红外线,波长为(2.5-3)~(25-40)μm之间;远红外线,波长为(25-40)~l500μm之间。

2.2红外线光谱的应用分析

红外线频率较低,能量少,远远达不到原子、分子解体的效果。因此,红外线只能穿透了原子分子的间隙中,而不能穿透到原子、分子的内部,这样通过红外线光谱照射,原子、分子的振动加快、间距拉大,即增加热运动能量,物质会发生融化、沸腾、汽化等物理作用,而物质原子、分子结构不发生变化,这就是红外线的热效应作用。利用红外光谱可以对不同形态的(固态、液态、气态)物质进行检测,同时对无机、有机、高分子化合物也可以进行结构检测。由于红外光谱具备测试简便、灵活高效、灵敏度高、重复性好、样品检测量少、仪器结构简单等特点,红外光谱多被应用在现代结构化学和分析化学中。另外,红外光谱在高聚物的构型、构象、力学性质的研究以及遥感、气象、天文、物理、生物、医学等领域也有广泛的应用。近年来,人们利用红外光谱仪器进行物质的化学结构解析。Vapnik等[2]人在统计学习理论(StatisticalLearningTheory,SLT)等研究基础上,提出了支持向量机(Supportvectormachine,SVM),它之间寻求最佳折衷,以期获得最好的能力。SVM根据有限的样本信息在模型的复杂性和学习能力方面进行综合评估和分析,获得一种最优化泛化作用,在化学解析领域,SVM对红外光谱的子结构识别能力突出,与其他研究比较,SVM稳定性和训练速度快较好。

3红外线光谱在光健康领域的应用

近年来LED在应用领域取得了很大的进展,在光效等性能提升的同时,LED在一些新的领域的应用备受关注,特别是LED光健康及超越照明和智能照明等领域的应用。光健康与光医疗已成为国际上的研究热点,其市场空间和容量巨大,具有全球覆盖性,美国、欧洲及日本等国家都将其作为重点发展目标,致力于抢占和建立新型产业的制高点。

3.1红外线光谱在治疗急、慢性软组织损伤中的应用

在红外线的作用下,皮肤以及相应身体组织能够将能来吸收,并且把吸收的能量转换为热。这样会导致组织明显变化,出现血管扩张以及血液流速加快的现象,对于组织代谢以及血液循环均具有重要意义。在红外线的作用下,还能够进一步促进对渗出物的吸收,对于身体组织肿胀的消退就有重要作用,从而能够有效应对肌肉痉挛以及肌肉劳损,从而能够有效治疗软组织损伤问题。我国已经在临床中结合利用红外理疗与临床按摩的治疗方法,实现了对急性腰扭伤的治疗,并且治疗效果良好。

3.2红外线光谱在慢性炎症以及关节相关病治疗中的应用

红外线分为远近两种红外线,远红外线的照射对于人体免疫功能增强具有重要作用,主要是通过改善血液循环与人体组织营养实现的。通过免疫功能与巨噬细胞吞噬能力的提升,不仅仅能够促进慢性炎症的吸收与消散,而且对于颈椎病等相关关节性疾病的治疗也具有重要作用。丁小清作为我国红外线光谱方面的重要研究者对红外线治疗进行了分析,以颈椎病以及肩周炎作为应用对象,采用红外线进行相关部位照射,最终对患者进行疾病检查,这样最终发现红外线光谱的有效率超过90%,说明未来红外线光谱在关节相关疾病以及慢性炎症方面的应用值得推广。

3.3红外线光谱在收口愈合方面的应用

远红外线光谱同样对于组织营养改善具有重要作用,不仅仅能够促进纤维细胞的再生,而且在纤维母细胞再生方面具有重要作用。对于肉芽的再生具有重要意义,从而实现组织的修复,细胞再生与伤口愈合方面具有作用。另外红外线光谱在目前临床应用研究中发现,其具有镇痛消炎的重要作用。相关研究我国也在理论研究基础上应用临床手段进行了验证,在临床中应用远红外线理疗仪进行伤口愈合治疗,通过临床研究发现其在轻度烧伤等伤口的愈合具有重要作用。

3.4红外线光谱在皮肤病治疗方面的应用分析

在红外线对人体的治疗中发现,通过其对人体的作用,进而能够促进血液循环。是通过增加组织供血量以及组织的供氧量实现的,能够对皮肤组织进行干燥处理,让皮肤组织结痂,对于皮肤病的治疗和辅助治疗是具有重要意义的。我国在临床方面进行了研究与分析,通过对冻疮治疗中应用红外线光谱进行研究发现,其具有良好效果,治疗效果率超过85%,说明红外线光谱在皮肤病治疗中具有良好应用效果。

4结语

光通过二通道影响视觉生理和心理,可以影响人眼视觉健康,影响人体生理节律,有利于防治抑郁症、SAD等疾病,可有效缓解综合性疼痛症状,还可以用于其它各种治疗。因此,把变焦灯能控制光斑大小的技术特征运用于光保健和光医疗的设备和产品中,可以实现精确定点,定区域的治疗效果。在未来,利用LED变焦灯的技术成果及生产工艺经验去开发从健康照明到医疗照明的扩展产品,把相关的专利技术充分的转化为有效的经济效益和社会效益,对人类贡献不可估量。

【参考文献】

[1]吴玲.“十三五”我国半导体照明产业发展展望[J].照明工程学报,2017,34(1):28-30.

[3]吴育林,李海锋,卢彦君,等.LED变焦灯构件(模组)的研发与应用[J].科技与企业,2014(13).

作者:吴育林;梁明 单位:广东凯西欧照明有限公司

健康与营养杂志责任编辑:张雨    阅读:人次