紅外線光譜在光健康產(chǎn)業(yè)的研發(fā)和運(yùn)用范文

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《健康與營(yíng)養(yǎng)》2016年第z2期

【摘要】隨著半導(dǎo)體電子技術(shù)的不斷成熟，光健康與光醫(yī)療已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，其市場(chǎng)空間和容量巨大，具有全球覆蓋性。介紹了紅外線光譜的特點(diǎn)及應(yīng)用情況；分析了其在光健康領(lǐng)域的應(yīng)用情景，利用LED技術(shù)成果及生產(chǎn)工藝，開發(fā)出健康、醫(yī)療等照明產(chǎn)品，將獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】紅外線；光譜；光健康；應(yīng)用研究

1引言

半導(dǎo)體照明是21世紀(jì)一項(xiàng)較為成功的技術(shù)革命，而且在照明產(chǎn)業(yè)的變革中已經(jīng)確定了主導(dǎo)地位，但我國(guó)從半導(dǎo)體照明制造大國(guó)，變成產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走，如何提高產(chǎn)品附加值，在新的領(lǐng)域樹立如何建立品牌效應(yīng)，值得思考。近年來LED在應(yīng)用領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展，在光效等性能提升的同時(shí)，LED在一些新的領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注，特別是LED光健康及超越照明和智能照明等領(lǐng)域的應(yīng)用。光健康與光醫(yī)療已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，其市場(chǎng)空間和容量巨大，具有全球覆蓋性，美國(guó)、歐洲及日本等國(guó)家都將其作為重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)，致力于搶占和建立新型產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。我國(guó)的“十三五”規(guī)劃也將第三代半導(dǎo)體材料和半導(dǎo)體照明納入其中，提出要發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)。培育服務(wù)主體，推廣節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，支持技術(shù)裝備和服務(wù)模式創(chuàng)新，完善政策機(jī)制，促進(jìn)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。明確提出發(fā)展半導(dǎo)體照明等環(huán)保技術(shù)裝備。作為綠色、可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，半導(dǎo)體照明今后的發(fā)展中，在光效、壽命等各項(xiàng)指標(biāo)不斷提高的同時(shí)，重視光品質(zhì)的提升，努力實(shí)現(xiàn)全光譜和生產(chǎn)過程全鏈條的綠色制造[1]。同時(shí)，科技創(chuàng)新以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，培育與挖掘需求也十分重要。在科技發(fā)展的背景下，人們對(duì)綠色健康舒適的生活環(huán)境的要求越來越高，而智能照明、智慧城市就是一個(gè)重要的努力方向，這其中包含光源、微電子、傳感、控制等很多內(nèi)容，此外，LED在健康醫(yī)療，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的養(yǎng)殖、畜牧、漁業(yè)等細(xì)分領(lǐng)域還有很大潛力可以挖掘。本文針對(duì)紅外線光譜進(jìn)行研究，重點(diǎn)介紹光健康產(chǎn)業(yè)紅外線光譜的作用進(jìn)行分析。

2紅外線光譜特點(diǎn)及應(yīng)用

2.1紅外線特點(diǎn)

紅外線（Infrared）是波長(zhǎng)介于微波與可見光之間的電磁波，波長(zhǎng)在760納米（nm）至1毫米（mm）之間，比紅光長(zhǎng)的非可見光。高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外線，現(xiàn)代物理學(xué)稱之為熱射線，太陽(yáng)的熱量主要通過紅外線傳到地球。醫(yī)用紅外線可分為兩類：近紅外線與遠(yuǎn)紅外線。紅外線，也稱作紅外熱輻射，熱作用較強(qiáng)。其作為太陽(yáng)光線中不可見光線的一個(gè)譜系，早在1800年就被英國(guó)科學(xué)家赫歇爾發(fā)現(xiàn)，赫歇爾在研究中把太陽(yáng)光用三棱鏡進(jìn)行光學(xué)分解，通過溫度計(jì)來測(cè)量各種不同顏色的色帶位置的溫度，準(zhǔn)備測(cè)量不同色帶的熱效應(yīng)。試驗(yàn)中驚奇的發(fā)現(xiàn)位于紅光外側(cè)的溫度計(jì)升溫極快。因此他認(rèn)為在太陽(yáng)光譜中，紅光的外側(cè)一定存在某種不可見光線，由此發(fā)現(xiàn)了紅外線。紅外線的波長(zhǎng)大于可見光線，波長(zhǎng)為0.75～1000μm。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長(zhǎng)為(0.75-1)～(2.5-3)μm之間；中紅外線，波長(zhǎng)為(2.5-3)～(25-40)μm之間；遠(yuǎn)紅外線，波長(zhǎng)為(25-40)～l500μm之間。

2.2紅外線光譜的應(yīng)用分析

紅外線頻率較低，能量少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到原子、分子解體的效果。因此，紅外線只能穿透了原子分子的間隙中，而不能穿透到原子、分子的內(nèi)部，這樣通過紅外線光譜照射，原子、分子的振動(dòng)加快、間距拉大，即增加熱運(yùn)動(dòng)能量，物質(zhì)會(huì)發(fā)生融化、沸騰、汽化等物理作用，而物質(zhì)原子、分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化，這就是紅外線的熱效應(yīng)作用。利用紅外光譜可以對(duì)不同形態(tài)的（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)無機(jī)、有機(jī)、高分子化合物也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)。由于紅外光譜具備測(cè)試簡(jiǎn)便、靈活高效、靈敏度高、重復(fù)性好、樣品檢測(cè)量少、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，紅外光譜多被應(yīng)用在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)和分析化學(xué)中。另外，紅外光譜在高聚物的構(gòu)型、構(gòu)象、力學(xué)性質(zhì)的研究以及遙感、氣象、天文、物理、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。近年來，人們利用紅外光譜儀器進(jìn)行物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)解析。Vapnik等[2]人在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論(StatisticalLearningTheory,SLT)等研究基礎(chǔ)上，提出了支持向量機(jī)(Supportvectormachine,SVM)，它之間尋求最佳折衷，以期獲得最好的能力。SVM根據(jù)有限的樣本信息在模型的復(fù)雜性和學(xué)習(xí)能力方面進(jìn)行綜合評(píng)估和分析，獲得一種最優(yōu)化泛化作用，在化學(xué)解析領(lǐng)域，SVM對(duì)紅外光譜的子結(jié)構(gòu)識(shí)別能力突出，與其他研究比較，SVM穩(wěn)定性和訓(xùn)練速度快較好。

3紅外線光譜在光健康領(lǐng)域的應(yīng)用

近年來LED在應(yīng)用領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)展，在光效等性能提升的同時(shí)，LED在一些新的領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注，特別是LED光健康及超越照明和智能照明等領(lǐng)域的應(yīng)用。光健康與光醫(yī)療已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，其市場(chǎng)空間和容量巨大，具有全球覆蓋性，美國(guó)、歐洲及日本等國(guó)家都將其作為重點(diǎn)發(fā)展目標(biāo)，致力于搶占和建立新型產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。

3.1紅外線光譜在治療急、慢性軟組織損傷中的應(yīng)用

在紅外線的作用下，皮膚以及相應(yīng)身體組織能夠?qū)⒛軄砦眨⑶野盐盏哪芰哭D(zhuǎn)換為熱。這樣會(huì)導(dǎo)致組織明顯變化，出現(xiàn)血管擴(kuò)張以及血液流速加快的現(xiàn)象，對(duì)于組織代謝以及血液循環(huán)均具有重要意義。在紅外線的作用下，還能夠進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)滲出物的吸收，對(duì)于身體組織腫脹的消退就有重要作用，從而能夠有效應(yīng)對(duì)肌肉痙攣以及肌肉勞損，從而能夠有效治療軟組織損傷問題。我國(guó)已經(jīng)在臨床中結(jié)合利用紅外理療與臨床按摩的治療方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)急性腰扭傷的治療，并且治療效果良好。

3.2紅外線光譜在慢性炎癥以及關(guān)節(jié)相關(guān)病治療中的應(yīng)用

紅外線分為遠(yuǎn)近兩種紅外線，遠(yuǎn)紅外線的照射對(duì)于人體免疫功能增強(qiáng)具有重要作用，主要是通過改善血液循環(huán)與人體組織營(yíng)養(yǎng)實(shí)現(xiàn)的。通過免疫功能與巨噬細(xì)胞吞噬能力的提升，不僅僅能夠促進(jìn)慢性炎癥的吸收與消散，而且對(duì)于頸椎病等相關(guān)關(guān)節(jié)性疾病的治療也具有重要作用。丁小清作為我國(guó)紅外線光譜方面的重要研究者對(duì)紅外線治療進(jìn)行了分析，以頸椎病以及肩周炎作為應(yīng)用對(duì)象，采用紅外線進(jìn)行相關(guān)部位照射，最終對(duì)患者進(jìn)行疾病檢查，這樣最終發(fā)現(xiàn)紅外線光譜的有效率超過90%，說明未來紅外線光譜在關(guān)節(jié)相關(guān)疾病以及慢性炎癥方面的應(yīng)用值得推廣。

3.3紅外線光譜在收口愈合方面的應(yīng)用

遠(yuǎn)紅外線光譜同樣對(duì)于組織營(yíng)養(yǎng)改善具有重要作用，不僅僅能夠促進(jìn)纖維細(xì)胞的再生，而且在纖維母細(xì)胞再生方面具有重要作用。對(duì)于肉芽的再生具有重要意義，從而實(shí)現(xiàn)組織的修復(fù)，細(xì)胞再生與傷口愈合方面具有作用。另外紅外線光譜在目前臨床應(yīng)用研究中發(fā)現(xiàn)，其具有鎮(zhèn)痛消炎的重要作用。相關(guān)研究我國(guó)也在理論研究基礎(chǔ)上應(yīng)用臨床手段進(jìn)行了驗(yàn)證，在臨床中應(yīng)用遠(yuǎn)紅外線理療儀進(jìn)行傷口愈合治療，通過臨床研究發(fā)現(xiàn)其在輕度燒傷等傷口的愈合具有重要作用。

3.4紅外線光譜在皮膚病治療方面的應(yīng)用分析

在紅外線對(duì)人體的治療中發(fā)現(xiàn)，通過其對(duì)人體的作用，進(jìn)而能夠促進(jìn)血液循環(huán)。是通過增加組織供血量以及組織的供氧量實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)ζつw組織進(jìn)行干燥處理，讓皮膚組織結(jié)痂，對(duì)于皮膚病的治療和輔助治療是具有重要意義的。我國(guó)在臨床方面進(jìn)行了研究與分析，通過對(duì)凍瘡治療中應(yīng)用紅外線光譜進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其具有良好效果，治療效果率超過85%，說明紅外線光譜在皮膚病治療中具有良好應(yīng)用效果。

4結(jié)語(yǔ)

光通過二通道影響視覺生理和心理,可以影響人眼視覺健康,影響人體生理節(jié)律,有利于防治抑郁癥、SAD等疾病,可有效緩解綜合性疼痛癥狀，還可以用于其它各種治療。因此，把變焦燈能控制光斑大小的技術(shù)特征運(yùn)用于光保健和光醫(yī)療的設(shè)備和產(chǎn)品中，可以實(shí)現(xiàn)精確定點(diǎn)，定區(qū)域的治療效果。在未來，利用LED變焦燈的技術(shù)成果及生產(chǎn)工藝經(jīng)驗(yàn)去開發(fā)從健康照明到醫(yī)療照明的擴(kuò)展產(chǎn)品，把相關(guān)的專利技術(shù)充分的轉(zhuǎn)化為有效的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)人類貢獻(xiàn)不可估量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳玲.“十三五”我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望[J].照明工程學(xué)報(bào),2017,34(1):28-30.

[3]吳育林,李海鋒,盧彥君,等.LED變焦燈構(gòu)件(模組)的研發(fā)與應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2014(13).

作者：吳育林；梁明 單位：廣東凱西歐照明有限公司