LED提升人類健康和幸福指數

LED一直是健康相關應用中的新發展之一部份。本文列舉一些LED在各種廣泛領域中用於提升人類健康和幸福指數的例子。 晝夜節律 「晝夜節律」(circadian entrainment)是指我們內在的生物鐘會與外部世界的運轉(例如太陽在天空中的運動)同步。可促進這種「節奏」的LED照明產品引起了人們極大的興趣，因為這些產品有助於我們在晚上睡得更好，白天精神更佳，甚至可以改善整體健康狀況。在白天，暴露在包含適當藍色波長的光對於阻止褪黑素的產生尤為重要，這可以幫助我們感覺更加清醒，精力更加充沛。 但是，如同IEC/EN 62471 Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems中所述，藍光可能會損傷視網膜。該標準為包括LED在內的所有電力驅動之非同調寬頻光輻射源提供了照射限度和測量程序的指南。該標準定義了藍光危害敏感度曲線，該曲線峰值約在435~440nm，在550nm處降至可忽略的值。 藍光LED通常由藍紫光(415~455nm)和藍綠光(456~490nm)以大致相等的比例組成。調整比例使藍綠光增加可最大程度地利於晝夜節律，同時也會將藍光危害降至最低。目前至少有一家製造商提供了一種LED套件，能夠根據所需的色溫(CCT)選擇藍紫光到藍綠光的比例。 治療卵巢癌 Animated Dynamics與美國普渡大學(Purdue University)聯手開發了一款應用，使用紅外線(IR) LED來協助判斷某種特定的化學療法是否有效，讓病患不必暴露於毒性的副作用傷害中。 這項技術是利用IR LED光源，分別照射經過混合化學療法之前和之後的活檢樣本，然後比較兩者所產生的光散射，如果觀測不到細胞凋亡(組織細胞死亡)，則表明所使用的化學療法很可能對腫瘤的實際治療無效。最初的試驗是對卵巢癌患者進行的，目標是使用資料來確定哪種療法最可能阻止這種疾病。 消滅細菌 隨著新冠肺炎(COVID-19)疫情的出現，人們對於殺菌消毒的興趣激增，LED製造商也透過產品對此做出了回應。這些產品中大多數會發出深紫外線(UVC)，這產生了潛在的紫外線暴露風險。Nichia最近發佈了一種具有雙重用途的LED產品，對人體無害。這種產品既可提供一般照明用的白光，也可提供405nm的紫光，以消滅諸如綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌(staph)和大腸桿菌(E. coli)等細菌。 圖1顯示在可見光譜範圍內，普通的白光發射器和新的Nichia產品的發射光譜間之差異。405nm處的峰值強度比磷光體轉換白光LED中存在的藍光峰值高出約4倍，但卻處在人眼較不敏感的波段。

圖1：Nichia NF2W585AR-P8 LED的發射光譜與普通磷光體轉換白光LED之比較。（圖片來源：Nichia）

由Nichia委託進行的獨立測試表明，兩用LED在5個小時內，以1000lux的輸出、距離表面40cm的持續照射下，消滅了高達98.9％的綠膿桿菌。由於光線在可見範圍內，因此連續照射並不會對人眼造成有害影響。但是，這種光源需要長時間工作才能達到最大功效，這可能會影響該技術的廣泛採用。儘管該技術可能對細菌有效，但卻不能消滅病毒，包括新冠病毒。 藥用大麻 最後，還得談談藥用大麻，那麼有關LED如何用於醫療健康應用中的話題才算完整，因為可以說多虧使用了LED照明，這一產業才有了爆炸式發展。 歐司朗(OSRAM)旗下植物照明公司Fluence最近發佈了一項歷經兩年的研究成果，該研究是Fluence與荷蘭瓦赫寧根大學及研究中心(Wageningen University and Research)和Texas Original Compassionate Cultivation合作進行的，目的在於確定在溫室環境中增加LED照明對植物特性的影響，例如對大麻素和萜烯這類代謝產物的產量和濃度的影響。 哪怕只有小小的提高產量或效能，帶來的收益都遠遠超過最佳化照明系統的安裝成本，因此這一領域的研究非常有價值。這項研究涉及三個不同的大麻品種，得出的結論是，高強度、廣頻譜(即400-700nm)補充光可以使產量和代謝產物達到最大，而強度較低的廣頻譜照明對產量影響不大，卻仍可以提升代謝物。 (參考原文：LEDs used to improve human health and well-being，by Yoelit Hiebert) 本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年5月號雜誌