照明提升城市夜间安全与活力,是城市建设的重要因素.但近年来夜间照明的迅速蔓延,改变了城市自然环境的光周期与光分布范围,造成光污染生态风险.其中,趋光昆虫受到的胁迫尤为显著,城市绿地昆虫种类与数量急剧下降,进而通过级联效应,引发城市绿地生态系统失衡问题.昆虫是典型的生态指示种和光敏动物,明确昆虫的光谱趋性差异,筛选出对昆虫趋光性友好的光谱,可为生态光源的研发提供依据,从而降低城市照明的生态风险.已有研究较多采用实验室内实验箱的设置方法,探究某一特定昆虫属种的趋光行为,尚缺乏对特定生境下的昆虫群落和典型昆虫目的光谱趋性研究.因此,研究在天津市津南区天津大学北洋园校区绿地系统开展野外人工光诱捕昆虫实验,以野外诱捕昆虫的种类与数量为判定依据,分析各光谱的昆虫趋性差异.野外诱虫实验以7种窄光带光谱(单色光)为研究对象,采用相对评价法,设置趋光昆虫最敏感的紫外光(Ultraviolet,369 nm)为对照组.结果表明,天津城市绿地生境中,4类典型趋光昆虫为双翅目(61.1％)、半翅目(19.7％)、鞘翅目(11.1％)、鳞翅目(5.7％)类,占诱捕总量的97.6％;对照紫外光(Ultraviolet,369 nm),4种典型昆虫总体的趋性敏感光谱排序及趋性概率为:远红色光(Far Red,740 nm)0.5％＜深红色光(Deep Red,660 nm)2.0％＜橘红色光(Red Orange,627 nm)9.0％＜青色光(Cyan,500 nm)22.8％＜绿色光(Green,519 nm)22.9％＜蓝紫色光(Royal Blue,447 nm)27.6％＜蓝色光(Blue,478 nm)40.1％;绝对生态光谱为红光,相对生态光谱为青色光(Cyan,500 nm)和蓝紫色光(Royal Blue,447 nm).在全面推进入与自然和谐共生的现代化建设阶段,研究将有助于生态光源的开发、生态保护和城市光生态建设的提升.

目的:分析光学相干断层扫描(OCT)技术设备原理建立能量检测方法,并借助Newport能量表校准相干光能量,解决扫描信号质量低的问题.方法:采用Newport能量表检测超发光二极管(SLD)光源能量,用以解决SLD光源能量不足和光谱仪的光功率低导致的OCT扫描信号质量低问题,对于能量不足的问题采用调整光源电流值,以使相干光能量在正常范围内,通过清洁参考镜光路后提高光功率数值.结果:校准SLD光源前能量为670μW,校准后能量为738μW,清洁参考镜光路后光谱仪的总光功率(TOP)由之前的0.7μW提高至0.9μW,血流报告的扫描信号质量指数(SQ)值从6提高至9.结论:通过扫描质量指数的提升,可提高视网膜扫描断层图像的清晰度和血流报告的SQ值,便于临床对眼内疾病的诊治.

光是影响微藻光自养生长的最重要因素.LED光质在调控微藻生长及目标产物积累方面的巨大优势已经引起了诸多研究者及相关企业的高度重视.基于LED光质调控技术开发的微藻培养工艺有望革新现有生产技术,促进微藻产业的快速发展.为此,本文阐述了微藻可吸收利用的光谱范围及光受体、不同LED光质对微藻生长及目标产物积累的影响、基于LED光质调控策略实现微藻高效生产目标产物等方面的研究进展.同时,分析了LED光质调控技术在今后微藻培养技术方面的4个重点发展方向,包括LED升级换代提高电—光及光—生物质转化效率实现微藻经济高效生产、基于LED光质调控技术实现微藻高效培养助力"碳中和"、新型内置LED光源光生物反应器(PBR)开发助力微藻"工业化"生产以及不同LED光质作为信号分子促进微藻异养或混养时光依赖型产物的高效生产,以期为利用LED光质调控技术高效生产微藻源相关产品提供参考,从而加速微藻产业的发展.

目的 分析类太阳光谱发光二极管(LED)照明对视网膜血流灌注影响,探索类太阳光谱LED照明与儿童青少年眼健康指标的相关性.方法 在上海市眼病防治中心和线上平台发放研究招募贴,招募适龄学生.采取随机对照双盲设计,对照组(11人)为普通LED台灯、试验组(12人)为类太阳光谱LED台灯,与太阳光谱拟合度分别为87％和95％.采用两独立样本t检验和多元线性回归模型比较两组试验前后视网膜血流灌注改变量.结果 近距离阅读1 h后,普通LED台灯组受试者视网膜浅层和深层毛细血管密度均有下降(浅层:-3.05±2.04,P＜0.01;深层:-4.03±4.94,P=0.02),类太阳光谱LED台灯组视网膜浅层毛细血管密度未见明显降低(浅层:-0.59±1.44,P=0.18;深层:-0.49±4.27,P=0.70).多元回归分析发现,类太阳光谱LED照明相比普通LED照明可明显缓解视网膜浅层和深层毛细血管密度下降(β=2.83,95％CI=1.54～4.12,P＜0.01;β=4.21,95％CI=0.58～7.84,P=0.02).结论 类太阳光谱LED照明可缓解儿童青少年近距离用眼时引起的视网膜血流灌注降低,可能延缓近视发生发展,未来近视防控工作需要关注人工照明的光谱功率分布.

眼球屈光的发育离不开正常的光信号刺激，良好的照明光环境对屈光发育尤为重要。近年来，荧光灯与发光二极管(LED)等新型窄光谱照明光源逐渐替代白炽灯等宽光谱照明光源在日常学习与生活中的普及，巧合的是其普及时间与近视眼发生率升高的时间重叠。多年来，人们利用单色光的实验研究发现环境光线对眼的屈光发育具有调节作用。本文中笔者就照明光源对眼球屈光发育的调节作用进行了归纳，并分析得出调整照明光源的光谱特性可以改变近视眼进展的速度，以期为研究融于日常学习过程中的近视眼防控方法提供参考。

目的:探讨对二氧化钛纳米粒子(TiO2NPs)进行锌(Zn)和氮(N)共掺杂时最适掺杂浓度及Zn和N共掺杂TiO2NPs(Zn-N-TiO2 NPs)对口腔变异链球菌的抑制作用,阐明其作用机制.方法:采用钛酸丁酯、硝酸锌和氨水分别作为钛(Ti)源、Zn源和N源,利用溶胶-水热法合成TiO2 NPs和不同掺杂浓度的Zn-N-TiO2 NPs,通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光吸收光谱分析(UV-vis)对纳米粒子进行表征,采用Cure Rite辐射仪对牙科发光二极管(LED)光固化灯进行表征.变异链球菌分为空白对照组、单独LED光照组、TiO2NPs组、1％Zn-3％N-TiO2NPs(Zn1)组、3％Zn-3％N-TiO2NPs(Zn3)组、5％Zn-3％N-TiO2NPs(Zn5)组和7％Zn-3％N-TiO2NPs(Zn7)组.将各组纳米粒子与变异链球菌菌液混合(终浓度为2 g·L-1)摇匀.除空白对照组,其他各组采用牙科LED光分别照射1、3和5 min,空白对照组仅用培养基处理,采用平板菌落计数法记录各组平板菌落数.选取抗菌效果最佳组(Zn3组),利用1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)探针检测活性氧(ROS)释放量,分为0 min组、1 min组、3 min组和5 min组,每组取2 g·L-1的Zn3-DPBF溶液100μL分别采用牙科LED光照0、1、3和5 min,观察各组溶液在波长410 nm处吸收峰值,即代表ROS释放量.变异链球菌分为对照组、N-乙酰半胱氨酸(NAC)组、Zn3组和NAC+Zn3组,LED光照射5 min后避光培养24 h,采用平板菌落计数法计数各组平板菌落数.结果:成功合成Zn-N-TiO2NPs,晶体结构为锐钛矿型,TiO2NPs组、Zn1组、Zn3组、Zn5组和Zn7组纳米粒子平均晶粒尺寸分别为15.6、11.3、9.8、9.4和7.3 nm;SEM观察纳米粒子为分布均匀的球形颗粒;UV-vis显示Zn3在400～500 nm波长范围内吸光度(A)值明显升高.与空白对照组比较,LED光照射5 min时Zn3组菌落数最少(P<0.05).与0 min组比较,1 min组、3 min组和5 min组Zn3-DPBF溶液在波长410 nm处吸收峰值依次下降,表明各组纳米粒子溶液ROS释放量随光照时间延长而逐渐增加.与Zn3组比较,NAC+Zn3组菌落数明显增加(P<0.05).结论:Zn和N掺杂浓度均为3％的TiO2 NPs(3％Zn-3％N-TiO2NPs)联合LED光照射通过光催化作用能有效抑制口腔变异链球菌的生长.

目的:应用一款集成多波长光谱传感器和机器学习算法的无创装置检测血红蛋白浓度,并验证其检测准确度.方法:连续入选80例缺血性脑卒中患者,抽取静脉血获取有创血红蛋白浓度,同时使用集成3个发光二极管(LED)传感器(发光波长分别为660 nm、810 nm和1300 nm)的手指夹装置原型获取光电容积脉搏波(PPG)数据并提取相关特征.随机选择40例的特征数据集用于机器学习算法训练,其余40例的特征数据集用于算法准确度验证.结果:入选患者的血红蛋白为74～177 g/L.在验证集中,算法预测的血红蛋白浓度与参考值之差为(-3.2±12.95)g/L,RMSD为13.19 g/L;Pearson相关系数为0.69.结论:此款集成多个LED传感器和机器学习算法的无创装置,作为持续监测血红蛋白水平的方法具有一定可行性.

目的:观察类太阳光谱发光二极管(LED)和常规白光LED对小鼠来源视锥细胞(661W)内质网应激的影响.方法:将661W细胞分为无光照对照组(NC组)、3000 lux类太阳光谱LED照射6～24 h组(SL组)、3000 lux常规白光LED照射6～24 h组(CL组).采用光学显微镜观察细胞状态,CCK-8检测细胞活力,实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和Western blot检测内质网应激PERK通路相关基因和蛋白表达水平.结果:与NC组相比,光照组细胞死亡率随时间递增,细胞活力值均明显降低(P<0.05),SL组细胞损伤程度轻于CL组;CL照射后ATF4和CHOP的mRNA水平和ATF4蛋白水平增加(P<0.01);GRP78/Bip的mRNA和蛋白水平在CL-6 h组增加(P<0.01)后下降;而SL-24 h组增加了ATF4的蛋白表达水平(P<0.05).结论:常规白光LED可导致内质网应激,引起视锥细胞光损伤,类太阳光谱LED引起的反应明显减轻.

目的 开发一种微光夜视成像系统,用于飞行员夜间视觉体验训练.方法 采用远红光发光二极管(light emitting diode,LED)调光、数字光处理及投影光学系统仿真设计等技术,开发了一种由LED光源、调光模块、视频处理模块、数字微镜器件、数字光处理控制模块、投影主镜等6个子系统组成的微光夜视成像系统.为验证系统性能和成像效果,测试了系统的辐射光谱、对比度和均匀性等关键技术指标;选取12名视觉功能良好的受试者,对夜视镜改善视觉功能、特殊视觉现象和不同照度成像效果等进行了主观评价打分.结果 系统光谱峰值波长743.1 nm,亮度对比度为143:1,照度均匀性达87.2％,系统光谱能量集中在夜视镜敏感光谱范围,具有较好的成像质量.受试者对夜视镜改善视觉功能、特殊视觉现象和不同照度视觉效果的打分结果依次为(8.08±1.16)、(7.58±0.90)分和(8.25±1.42)分,评价为效果非常好或比较好的共30人次.结论 开发的微光夜视成像系统具有较好的成像质量和接近真实的微光场景模拟视觉效果,可用于飞行员夜间视觉体验训练.