用微型光譜儀驗(yàn)證“透明鏡片"對(duì)眼部紫外線防護(hù)效果

背景

長(zhǎng)時(shí)間的眼部紫外線照射會(huì)影響長(zhǎng)期的眼部健康。雖然通?？梢酝ㄟ^(guò)紡織品或涂抹防曬霜來(lái)有效保護(hù)皮膚，但對(duì)眼睛敏感組織和周圍皮膚進(jìn)行有效的日常紫外線防護(hù)是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。

太陽(yáng)鏡構(gòu)成了當(dāng)前眼睛抵御紫外線的標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)。 澳大利亞太陽(yáng)鏡標(biāo)準(zhǔn)是常見(jiàn)的紫外線防護(hù)基準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)將 315 至 400 nm 范圍內(nèi)的光定義為有害 UVA。 盡管在陽(yáng)光明媚的天氣下在戶外佩戴太陽(yáng)鏡是社會(huì)可接受的，但在所有潛在的紫外線暴露條件下（例如陰天條件下以及室內(nèi)），其使用并不普遍被接受。 此外，實(shí)際原因限制了（矯正）太陽(yáng)鏡在相當(dāng)長(zhǎng)期的紫外線暴露情況下的使用，因?yàn)轭l繁更換矯正透明眼鏡很麻煩，此外還需要存放一副額外的眼鏡。 但有害的紫外線照射并不僅限于在陽(yáng)光明媚的天氣下長(zhǎng)時(shí)間在戶外停留。 相反，紫外線暴露不斷發(fā)生，無(wú)論是在上班途中（例如上班途中）的短期陽(yáng)光照射期間。 作為乘客在車內(nèi)，通過(guò)側(cè)窗暴露在外，甚至在室內(nèi)也是如此。 因此，如果透明鏡片也能有效減少紫外線照射，就能達(dá)到zui 佳的紫外線防護(hù)效果。

實(shí)驗(yàn)安排

來(lái)自于德國(guó)Tuebingen大學(xué)眼科研究學(xué)院的KATHARINA RIFAI研究員在2018年的研究中詳細(xì)描述了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程和數(shù)據(jù)分析，基本的實(shí)驗(yàn)安排如下：

人眼的輻照度由放置在擴(kuò)散板后面的光譜傳感器收集，擴(kuò)散板放置在假人頭部左眼的位置，放置在角膜的自然位置。提供人體模型，配備眼鏡架。如下圖2。

圖2. a) 光譜儀光纖和 PTFE 擴(kuò)散板的眼形安裝座，箭頭指示光纖（淺紅色）和擴(kuò)散板（深紅色）的位置，b) 人體模型頭部的機(jī)械旋轉(zhuǎn)安裝座，

c) 頭部旋轉(zhuǎn)示意圖, d) 配備眼鏡架和傳感器的人體模型頭部照片。

光源經(jīng)過(guò)D65校準(zhǔn)后，距離人體模型眼部（光譜儀探頭）距離是2.9米，另外一個(gè)光譜儀作為參考，有小部分光經(jīng)過(guò)分束鏡反射回來(lái)到參考光譜儀。原理圖如下圖3.其中光源用的是OSRAM公司的氙燈光源，光譜傳感器用的是德國(guó)INSION公司的UV VIS SENS系列光譜儀。

圖3.左側(cè)： 實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理示意圖；右側(cè); insion公司的UV VIS SENS系列光譜儀

下圖4顯示了受測(cè)透明鏡片相對(duì)于肉眼的眼部輻照度的清晰圖片。 18% 的入射輻照度已被框架過(guò)濾。 在剩余的輻照度中，絕大多數(shù)（肉眼處總輻照度的 79 ±3%）通過(guò)空眼鏡框進(jìn)入眼睛。 當(dāng)鏡架配備透明眼鏡鏡片 L0 Basic 時(shí)，Idirect 的貢獻(xiàn)占裸眼總輻照度的 32 ±4%，而總輻照度為裸眼總輻照度的 83 ±5%。 因此，盡管減少了，但大部分紫外線仍然通過(guò)眼鏡進(jìn)入眼睛。 在我們的示例中，肉眼處的總輻照度中只有 3.1 ±2.6% 來(lái)自繞過(guò)框架的間接光。

圖 4.  350 - 400 nm 范圍內(nèi)到達(dá)眼睛的紫外線輻照度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)概述。Idirect、Iindirect、Iback 作為空鏡框以及四種不同透明鏡片的堆疊條形圖。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)

在這項(xiàng)工作中，根據(jù)透明鏡片對(duì)眼睛紫外線防護(hù)的效率進(jìn)行比較。通過(guò)在位于人體頭部?jī)?nèi)的眼睛的真實(shí)幾何模擬中模擬和測(cè)量眼睛的紫外線輻照度來(lái)評(píng)估對(duì)整體紫外線暴露的貢獻(xiàn)，配備相應(yīng)的眼鏡鏡片。 實(shí)驗(yàn)和模擬評(píng)估了類太陽(yáng)光源在眼睛位置的紫外線輻照度。 輻照度由擴(kuò)散板后面的光譜傳感器測(cè)量。 對(duì)于所有實(shí)際的光入射角，分別確定以下對(duì)紫外線照射的貢獻(xiàn)：通過(guò)透明眼鏡鏡片進(jìn)入眼睛的紫外線（I直接）、繞過(guò)眼鏡鏡片和鏡框進(jìn)入眼睛的紫外線（I間接）以及紫外線光線通過(guò)鏡片表面的背反射 (Iback) 進(jìn)入眼睛，見(jiàn)圖 5。評(píng)估了旨在zui大限度地減少眼部紫外線照射的三種眼鏡鏡片的影響：第1種眼鏡鏡片，zui大限度地減少了通過(guò)鏡片的紫外線透射 (Idirect)高達(dá) 400 nm（L1UV 阻擋）、第二個(gè)眼鏡鏡片，通過(guò)眼鏡鏡片背面的增透膜（L2 Back-UV）zui大限度地減少紫外線背向反射，以及結(jié)合了兩者的第三個(gè)眼鏡鏡片（L3 組合）.

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，眼鏡鏡片 L1 紫外線阻擋可zui大限度地減少 Idirect 的影響，相對(duì)于肉眼，將整體紫外線暴露量降低至 7%。 肉眼總曝光中只有 1% 來(lái)自背反射，而 L2 Back-UV 眼鏡片將這一比例降至 0.3%。 L3 眼鏡片結(jié)合了這兩種優(yōu)點(diǎn)，可將紫外線暴露減少至 6%。

結(jié)論

模擬了三種可zui大程度地減少眼睛處紫外線輻照度的眼鏡鏡片（紫外線阻擋、后紫外線和組合），并隨后對(duì)眼睛處的太陽(yáng)輻照度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)估。 紫外線輻照度通過(guò)放置在擴(kuò)散板后面的光譜傳感器進(jìn)行評(píng)估。 與從鏡片表面反射回來(lái)的光相比，通過(guò)眼鏡鏡片到達(dá)眼睛的輻照度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。 因此，帶有定制紫外線吸收劑的透明鏡片可有效保護(hù)眼睛免受紫外線侵害，補(bǔ)充太陽(yáng)鏡佩戴以實(shí)現(xiàn)全天保護(hù)

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LED光源光譜圖：

圖 6. 寬帶LED光源光譜響應(yīng)圖

透射光譜系統(tǒng)：

圖 7. BASkit透射光譜測(cè)量系統(tǒng)

SC30雜散光算法：

圖 8. SC30雜散光算法校準(zhǔn)線性度

3片不同厚度濾光片透射測(cè)量的吸光度經(jīng)過(guò)SC30雜散光算法校準(zhǔn)以后線性度大于3AU。

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