用微型光譜儀驗證“透明鏡片"對眼部紫外線(xiàn)防護效果

背景

長(cháng)時(shí)間的眼部紫外線(xiàn)照射會(huì )影響長(cháng)期的眼部健康。雖然通?？梢酝ㄟ^(guò)紡織品或涂抹防曬霜來(lái)有效保護皮膚，但對眼睛敏感組織和周?chē)つw進(jìn)行有效的日常紫外線(xiàn)防護是一項技術(shù)挑戰。

太陽(yáng)鏡構成了當前眼睛抵御紫外線(xiàn)的標準保護。 澳大利亞太陽(yáng)鏡標準是常見(jiàn)的紫外線(xiàn)防護基準，這些標準將 315 至 400 nm 范圍內的光定義為有害 UVA。 盡管在陽(yáng)光明媚的天氣下在戶(hù)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(xiàn)暴露條件下（例如陰天條件下以及室內），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)鏡在相當長(cháng)期的紫外線(xiàn)暴露情況下的使用，因為頻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(xiàn)照射并不僅限于在陽(yáng)光明媚的天氣下長(cháng)時(shí)間在戶(hù)外停留。 相反，紫外線(xiàn)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(chē)內，通過(guò)側窗暴露在外，甚至在室內也是如此。 因此，如果透明鏡片也能有效減少紫外線(xiàn)照射，就能達到zui 佳的紫外線(xiàn)防護效果。

實(shí)驗安排

來(lái)自于德國Tuebingen大學(xué)眼科研究學(xué)院的KATHARINA RIFAI研究員在2018年的研究中詳細描述了實(shí)驗設計過(guò)程和數據分析，基本的實(shí)驗安排如下：

人眼的輻照度由放置在擴散板后面的光譜傳感器收集，擴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 擴散板的眼形安裝座，箭頭指示光纖（淺紅色）和擴散板（深紅色）的位置，b) 人體模型頭部的機械旋轉安裝座，

c) 頭部旋轉示意圖, 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INSION公司的UV VIS SENS系列光譜儀。

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

下圖4顯示了受測透明鏡片相對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（肉眼處總輻照度的 79 ±3%）通過(guò)空眼鏡框進(jìn)入眼睛。 當鏡架配備透明眼鏡鏡片 L0 Basic 時(shí)，Idirect 的貢獻占裸眼總輻照度的 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(xiàn)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 范圍內到達眼睛的紫外線(xiàn)輻照度實(shí)驗數據概述。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)驗總結

在這項工作中，根據透明鏡片對眼睛紫外線(xiàn)防護的效率進(jìn)行比較。通過(guò)在位于人體頭部?jì)鹊难劬Φ恼鎸?shí)幾何模擬中模擬和測量眼睛的紫外線(xiàn)輻照度來(lái)評估對整體紫外線(xiàn)暴露的貢獻，配備相應的眼鏡鏡片。 實(shí)驗和模擬評估了類(lèi)太陽(yáng)光源在眼睛位置的紫外線(xiàn)輻照度。 輻照度由擴散板后面的光譜傳感器測量。 對于所有實(shí)際的光入射角，分別確定以下對紫外線(xiàn)照射的貢獻：通過(guò)透明眼鏡鏡片進(jìn)入眼睛的紫外線(xiàn)（I直接）、繞過(guò)眼鏡鏡片和鏡框進(jìn)入眼睛的紫外線(xiàn)（I間接）以及紫外線(xiàn)光線(xiàn)通過(guò)鏡片表面的背反射 (Iback) 進(jìn)入眼睛，見(jiàn)圖 5。評估了旨在zui大限度地減少眼部紫外線(xiàn)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(xiàn)透射 (Idirect)高達 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(xiàn)背向反射，以及結合了兩者的第三個(gè)眼鏡鏡片（L3 組合）.

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

實(shí)驗結果表明，眼鏡鏡片 L1 紫外線(xiàn)阻擋可zui大限度地減少 Idirect 的影響，相對于肉眼，將整體紫外線(xiàn)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 眼鏡片結合了這兩種優(yōu)點(diǎn)，可將紫外線(xiàn)暴露減少至 6%。

結論

模擬了三種可zui大程度地減少眼睛處紫外線(xiàn)輻照度的眼鏡鏡片（紫外線(xiàn)阻擋、后紫外線(xiàn)和組合），并隨后對眼睛處的太陽(yáng)輻照度進(jìn)行了實(shí)驗評估。 紫外線(xiàn)輻照度通過(guò)放置在擴散板后面的光譜傳感器進(jìn)行評估。 與從鏡片表面反射回來(lái)的光相比，通過(guò)眼鏡鏡片到達眼睛的輻照度高出一個(gè)數量級以上。 因此，帶有定制紫外線(xiàn)吸收劑的透明鏡片可有效保護眼睛免受紫外線(xiàn)侵害，補充太陽(yáng)鏡佩戴以實(shí)現全天保護

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LED光源光譜圖：

圖 6. 寬帶LED光源光譜響應圖

透射光譜系統：

圖 7. BASkit透射光譜測量系統

SC30雜散光算法：

圖 8. SC30雜散光算法校準線(xiàn)性度

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

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