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全球十大光健康技术盘点

2021-02-21    

中国照明网原创

   作者:严志祥  

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导语: 随着2021年中国农历新年的来临,2020年在世界范围内正式成为过去时,也预示着全球光健康产业在新冠疫情的肆虐下掀开新的一页。过去的2020年,全球多地科研人员在多个与人体息息相关的光生物技术上取得突破,用与时俱进的照明科技为全人类身心健康持续赋能。

  随着2021年中国农历新年的来临,2020年在世界范围内正式成为过去时,也预示着全球光健康产业在新冠疫情的肆虐下掀开新的一页。过去的2020年,全球多地科研人员在多个与人体息息相关的光生物技术上取得突破,用与时俱进的照明科技为全人类身心健康持续赋能。

  下面,中国照明网通过展示2020年全球十大与人体相关的光健康科研成果,阐述照明科技在全人类福祉中的重要分量。

  一、智能LED隐形眼镜诊治糖尿病

  1月,由韩国浦项科技大学(POSTECH)教授Sei Kwang Hahn领导的科研小组发明和测试了一种可以诊断糖尿病和治疗糖尿病视网膜病的智能光子隐形眼镜。

  在该智能眼镜的研发过程中,科研人员将微小的LED技术和光电检测器集成,通过测量人结膜血管中的葡萄糖浓度,分析非红外光来诊断糖尿病。他们在患有糖尿病视网膜病变的兔子中测试了LED眼镜,发现兔子在反复暴露于照射光下一个月后,视网膜血管生成显著减少。这证明了该镜片治疗糖尿病视网膜病变的临床可行性。

  研究证明,该智能LED隐形眼镜不仅可以让糖尿病患者实时监测血糖,而且还可以对由糖尿病并发症引起的视网膜病变进行医学治疗。

  二、双波长LED刺激头发和皮肤再生

  3月,美国北卡罗来纳州的光疗设备开发商Revian宣布其皮肤和头发重生技术已获得一项基础专利。其为一种由手机App控制的可穿戴式帽子,通过帽子上的双波长LED灯照亮头皮,患者每天佩戴几分钟,据称可以加速头皮的愈合并更新与头发生长和加固相关的细胞。

  该产品首次将LED技术与一氧化氮的生物医学作用研究相结合,可提供620和660纳米的照明,旨在防止脱发并刺激新的头发生长,从而为患有雄激素性脱发的男性和女性提供治疗。该专利也涉及哺乳动物组织中一氧化氮的光疗调节,其第一个波长来刺激一氧化氮的酶促产生,第二个波长来刺激相同的化合物从组织的内源性储备中释放出来。

  原始临床试验表明,与戴着类似帽子但没有进行光疗的人相比,该产品每平方厘米平均多出21.3根头发。

  三、紫外线LED治疗牛皮癣

  5月,中国台湾地区中正大学附属医院皮肤科的金范俊教授和跆拳道教授阐明了使用310 nm UV-LED光治疗牛皮癣的机制(310nm UV-LED减轻了C57BL的咪喹莫特类牛皮癣样皮肤病变/ 6小鼠并抑制HaCaT细胞中IL-22诱导的STAT3表达)。

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310nm UV-LED光疗已被证明具有抗炎和免疫调节作用
图片来源:中正大学医院

  两教授对角质形成细胞和大鼠动物进行了UV-LED光疗,确认310nm UV-LED光疗实验组抑制了“ STAT3蛋白”的表达,从而减弱了牛皮癣的发展。另外,通过确认角质形成细胞中的瘙痒产生因子(咪喹莫特)、炎性物质(IL-17A,IL-22),使得表皮厚度和炎性T细胞分别减少,从而改善牛皮癣性皮炎。因此,310nm的UV-LED光疗已经被证明具有抗炎和免疫调节作用。

  根据该研究临床前结果的科学逻辑,预期310nm UV-LED在将来开发用于炎症性皮肤病光疗设备的临床应用将成为可能。

  四、深红光改善年长者视力

  6月,一项由英国伦敦大学主导的最新研究发现,每天盯着深红色的光观看三分钟,即可明显改善视力下降的问题。这也是首次在人类身上发现该情况。

  该研究中,研究人员找来24名(12名男性,12名女性)年龄在28至72岁之间,且没有眼部相关疾病的参与者。所有参与者被要求将一个LED手电筒带回家,且每天都要观看3分钟LED手电筒所发出670纳米波长的深红光,并于持续2周后,重新测试感光细胞的灵敏度。

  结果发现,670纳米波长的深红光虽对年轻参与者没有影响,但在40岁左右及以上的人中,获得了显著的改善,部分人视椎细胞(具检测颜色的能力)的灵敏度在甚至提升了20%。此外,视杆细胞的灵敏度也得到了改善。

  五、人因照明提升深层睡眠

  7月,中国台湾地区工研院新开发出一种“人因照明”技术,利用自然光,借由过滤掉会导致病患心情郁卒的光波波长,刺激人体褪黑激素产生,从而改善睡眠品质,经实验证明能大幅提升深层睡眠17%。经临床评估,该技术还能大幅降低病患忧郁症状,缩短入睡时间。

  利用该技术,台北荣总新竹医院慢性精神病房导入“特殊光谱照护系统”,按照病患的日常生活作息调整不同波长、色温的照明,院内36床的慢性精神病患可以接受全天候的光照治疗。研究结果显示,病患接受人因照明的光照治疗后,总睡眠时数增加了1小时10分钟,褪黑激素浓度平均增加49.6pg/ml,精神疾病严重程度总分改善了38%,显示光照治疗对于慢性精神病人的改善有一定程度的效用。

  与此同时,台北荣总新竹医院还与工研院合作,在全院室内空间创造出人体可感受的自然光昼夜节律,并首次应用于调整医院护理人员的生理时钟上。新竹医院护理站设置人因照明后,会随时间改变自动调整光照,提醒时间变化不影响医护同仁工作作息。经工研院所开发的“同色异谱人因照明技术”更能智慧调控不同时段灯光波长,影响护理人员褪黑激素的分泌,改善其生理时钟与睡眠品质,使得小夜班人员深层睡眠由8%上升为25%,早班人员的深层睡眠也由12%上升为17%。

  六、夜间室外照明关系青少年睡眠/心理健康

  7月,根据美国国家心理健康研究所(NIMH)博士后研究人员Diana Paksarian领导的科研小组的研究,路灯、霓虹灯和其他形式的夜间室外照明与青少年的失眠和情绪障碍之间存在联系。

  研究结果显示,生活在夜间人工照明强度高的区域的青少年平均大约晚睡29分钟,睡眠时间也比在室外夜间光线最低的地区的青少年少11分钟。此外,夜间暴露于较高水平的人造光下的青少年更有可能符合躁郁症或特定恐惧症的诊断标准。因此,睡眠中断可能是人工夜间光照与精神健康障碍之间的某种联系。

  针对此问题,限制人造夜间灯光、使用遮光窗帘或使用不面向人造光源的房间作为卧室可能是减少光线最积极而简单的干预措施,有望改善青少年睡眠方式和健康状况。

  七、40赫兹闪烁光治疗阿尔兹海默症

  7月,美国照明研究中心(LRC)开展了一项新研究表明,40赫兹红光或有助于改善阿尔兹海默症患者的认知功能。

  该研究过程中,健康年轻人睁开的眼睛接受40赫兹的红光照射刺激,以增强大脑伽马振荡(一种脑波,Gamma oscillations)。据悉,伽马波是人神经以25~100Hz(但以40Hz为典型)振荡显示出的图像。伽马振荡与注意力和记忆过程相关,已知在阿尔兹海默症患者中会受到干扰。在以往的类似研究中,利用LED灯闪烁的光治疗可以诱导大脑活动,这既增强了小胶质细胞抵抗炎症的能力,又使神经元能够更好地保护和修复,以对抗有害的有毒蛋白质。

  未来,LRC将研究这种具有前景的非药物学照明干扰方法是否能够改善轻度认知障碍者和阿尔兹海默症患者的认知功能。

  八、蓝光LED助听力恢复

  7月,德国哥廷根大学(University of Göttingen, Germany)科学家开展的研究表明,LED灯除了可帮助改善视力以外,还能用于恢复听力。

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光学人工耳蜗结构 图片来源:D. Keppeler et al., Science Translational Medicine (2020)

  该高校科学家发明了一个基于LED灯的光学人工耳蜗,能够安全地恢复失聪的老鼠和沙鼠的部分听力。该人工耳蜗使用多刺激通道,并集成了蓝色LED灯的节能芯片以激活耳蜗中经改造的神经元,向听觉神经传递更加精准的信号,提高人工耳蜗治疗听觉障碍的临床可行性。

  研究结果也证实,光学人工耳蜗植入失聪的老鼠和沙鼠耳体内时,能够发出更多有选择性的信号,并且在几周的实验过程中,这些动物成功通过了基于声音的行为测试。在此基础上,研究人员未来还将开展大量工作,以解决光学耳蜗尺寸大和光线传播范围广等问题。

  九、LED绿光缓解头痛

  9月,美国亚利桑那大学健康科学(the University of Arizona Health Sciences)开展的一项新研究发现,偏头痛患者可通过LED绿光治疗降低头痛的频率和强度,从而改善生活质量。

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偏头痛患者接受LED绿光治疗 图片来源:The University of Arizona

  研究期间,患者置身于白光环境下共10周,每天使用白光照射1-2小时;休息两周之后,患者再置身于绿光环境下,同样照射10周的时间。研究员完成定期问卷调查,并记录这些患者头痛的次数、头痛的强度以及生活质量的测量数据,包括入睡和保持睡眠的能力,以及工作的能力。

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开展治疗偏头痛研究所用的LED光源 图片来源:The University of Arizona

  研究员指出,经过绿光治疗,患者每月头痛天数平均减少约60%。大多数被研究的患者中,86%经历发作性偏头痛,63%经历慢性偏头痛,调查结果显示,他们每月头痛的天数减少50%以上。

  十、可调谐LED照明改善老人睡眠质量

  10月,美国布朗大学公共卫生学院(Brown University School of Public Health)研究团队发现,使用可调谐LED照明可将需要长期护理老年人的睡眠障碍减少一半。

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可调谐LED照明灯具 图片来源:布朗大学

  布朗大学研究团队协助ACC Care Center养老院参与了加州萨克拉门托(Sacramento)市政事业单位和美国能源部太平洋西北国家实验室开展的照明示范安装项目,研究可调谐LED照明灯具在该养老院里的使用效果。通过安装可在日夜期间调节颜色和光强度的室内LED灯具,ACC Care Center改善了老人们的睡眠障碍,且无需服用处方安眠药。

  研究发现,在静态照明条件下,老人平均经历3.6次夜间睡眠障碍,而在可调谐照明条件下只有1.8次。在养老院为应对新冠病毒疫情而调整工作时间和资源之际,长期护理行业还可重点考虑采用此类可调谐照明系统。


  不同的光生物科研成果,为人体身心健康照亮一样的未来。展望已经到来的2021年,在照明科技创新不断的机遇中,在新冠疫情仍然持续的挑战下,全球科研人员倾力打造的健康之光仍将是全人类发展之路上逐浪前行的不灭航标。

编辑:严志祥

来源:中国照明网原创

   作者:严志祥  

标签:光健康  技术  盘点  

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