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视而不见的威胁,科学认识防紫外

防紫外(UV)是个老生常谈的话题,有比防蓝光更加真切的危害,然而却往往被忽视。究其原因,可能大家对眼前的疲劳比较有共鸣,而对于长期的健康危险总是“视而不见“吧。更何况本来紫外线就是看不见摸不着的,且镜片的标配家家都号称自己防紫外了,似乎不用担心。然而真实情况的确这样吗?

紫外,即紫色之外波长更短的电磁波,总体不可见,但也有少量和可见光重叠的部分。最常见的是在户外,由于太阳的辐射,晴天阴天都会有紫外辐射。尤其在某些高原或者大气层有所损伤的区域,紫外辐射格外厉害。因为强大的对组织破坏作用,紫外灯才被用来很多室内场所的杀菌消毒.

Why?为何要防紫外

笔者曾经在很多文章里都提到过防护紫外线的重要性。

紫外线的危险与防护

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谈到紫外的损害,恐吓式营销经常放的是这样一个图。这是某权威科学杂志发布的照片,开车20年的送奶工,由于开窗左脸长期暴露在紫外下,衰老速度大大快于右脸。

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行业内基本有共识:

  • 紫外线会伤害皮肤,因此各类防晒霜早已被大众广泛接受。
  • 眼睛周围的皮肤更加细腻,有点皱纹也更加敏感,因此有更加特(Ang)殊(Gui)的眼霜推出。有确凿证据表明紫外线是导致老年白内障的重要影响因素。
  • 紫外线还能造成多种眼部损伤,年龄越小晶状体越通透损伤越大,且伤害是累积不可逆的。
  • 太阳光是紫外的主要来源,此外还有一些其它接触机会,比如电焊,UV消毒机等。

防晒霜已经家喻户晓,而我们对人眼本身的防护却远远不够。在国外经常会看到大家出门都习惯戴个太阳镜,真的不是“装”,而是切实保护眼睛的好习惯。像我这样平时几乎从不涂防晒的人都考虑出门习惯随身携带太阳镜了。

对于透明近视镜片,防护紫外是大家的共识,在中国也基本成了镜片产品的标配,几乎所有品牌产品都号称防紫外。但真实情况如何呢?

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What?防护到多少算是防紫外?

长期以来,ISO中镜片的防护标准只到380nm, WHO,CIE, ICNIRP以及等都把紫外防护定义到400nm。最新研究表明实际上380-400nm的波段贡献了40%的辐射能量,且越来越多的证据表明这部分依然对人眼有很大风险,不容忽视。

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其实防护到400nm也是很多太阳镜的紫外防护标准的要求(国际上主流的太阳镜标准)。有说法认为当年ISO定义UV380是基于当时的技术限制,做到UV400的镜片都比较黄,而随着技术不断突破现在外观方面已经大有改善。由于行业标准的原因,现在世面上号称UV防护的镜片很多可能并没有真正做到400nm以下都截止,选购时大家可以关注一下防护级别。

顺便说一下,对于太阳镜的选购要更加关注防紫外性能,因为太阳镜后面的人眼在相对暗的环境下瞳孔会放大,如果镜片的保护不足受到的伤害也就会比不戴眼镜更大。

而400nm再往上有没有必要?消费者直观的感觉防护的越多越好,那是不是UV410,UV420,UV430就更高级呢?

Naive! Too Simple!

首先400nm以上的危害还有待商榷(这个属于蓝光领域,放到蓝光的适合探讨)。另一方面,人眼对于各波段的敏感程度,从380nm开始指数级上升(注意标尺)。420nm处对视觉的敏感度是380nm的84倍!

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这说明什么呢?就是截止到400nm还会有机会做到镜片透亮不偏色,而截止到可见波段了则一定是偏色的。不偏色通常就是通过主动再损失一部分黄色使得镜片看起来均衡,因为人眼对颜色比透光率变化更敏感。因为做不到不损失蓝色只能再放弃一点黄色了,不由想起狐狸给狗熊分蛋糕的故事(为了公平不断吃掉一口大的)。

How? 如何防护

需要明确的一点是紫外辐射无处不在,晴天阴天都会有。其实一般大家很少有机会直视阳光,更多的紫外辐射来自于天空的漫反射,从各个方向摄入人眼。

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使用镜片防护紫外辐射的方式有两种:膜层和材料。我们的目的主要是防护三个方向的来源:前面直接入射(蓝色),侧面斜入射(橙色)和背面通过后表面反射(绿色)。

什么颜色的镜片膜层好

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膜层防护的原理,技术上是通过调节膜厚实现对于紫外的高反(或者高透)。

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可能的思路有两个:

  • 前表面把UV反射掉(蓝色),阻挡前面的紫外辐射;后表面降低反射率(绿色),使得后表面的反射降低。

单纯考虑膜层防UV的话,这种方法有两个问题:一是前表面本来是可见光减反膜,紫外波段又要高反是矛盾的。在大幅增加膜层数量之前过渡必然会很“平缓”,也就意味着对于要么对于可见光的“误杀”较多,要么紫外防护不彻底。另一方面,根据光路可逆原理,耳边进来的绿色光线即使在镜片后表面不反射,依然会透到前表面再反射回去进入人眼。

因此,理论分析单纯的膜层防UV是不合理的,必须匹配材料。

根据能级理论,材料都是吸收短波而透过长波。只要找到合适的紫外吸收剂放到镜片材料中,吸收边界正好在我们要的位置,就可以完美吸收400nm而透过更长的波段。

而有没有实验结果佐证呢?有文献中仔细设计了人头模型和紫外光源,通过探测器和有针对性的实验设计,分析了佩戴不同类型镜片时人眼遭受到的紫外辐射情况(Rifai, K.; Hornauer, M. et al: “Efficiency of ocular UV protection by clear lenses. Biomedical Optics Express, Volume 9, Issue 4, 2018)

分别评估了(下图中5个柱子):

只佩戴镜架(无镜片)普通材料镜片(非UV400,包括1.5UV355和1.59 UV380)防紫外材料(UV400)但普通膜层非紫外材料配防紫外膜层材料和膜层双重防紫外

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可以看出:

  • 90%的紫外辐射还是来自于前面正面入射,因为显然眼镜和不透明的人头本身就挡住了很多后面的紫外线。
  • 传统非UV400的镜片可以防护60-80%的紫外辐射,而只使用UV400材料防护就可以阻90%以上的紫外辐射。
  • 附加上膜层防紫外只是锦上添花,可以略微再提升一点防护水平。剩余的紫外线主要来自于侧面直接进入人眼的部分(橙色),因此镜片所能做的很有限了。
  • 需要关注的是,如果材料本身没有升级的情况下,只有膜层防紫外,反而使得问题更严重了,导致更多的紫外辐射进入人眼。

(惊叹有人居然可以真的如此较真的研究一个话题)

总结:

  1. 防紫外很有必要,可以造成人眼组织和周围皮肤的损伤,白内障等病症的重要诱因。不戴眼镜的人在紫外线强的场合准备好太阳镜,正好有机会“装“一下何乐不为。不是所有号称防紫外的镜片都是真正防护到UV400,这个是防护和镜片通透性最好的平衡。膜层防紫外是“半伪“命题,必须和材料配合起来才有锦上添花的作用。

天天琢磨着戴个防蓝光镜片就可以肆无忌惮玩手机的朋友们,该真正考虑一下眼镜的紫外防护是否真的做足够了。

哦,对了,据说年纪大了晶状体变得浑浊,反而没那种重要了。还不趁着你还年轻?

转自微信公众号:视而不见的威胁,科学认识防紫外

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中意眼镜工作室
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