光輻射對生物體影響的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、光是一切生物體賴以生存的清潔能源，光在自然界一直與人類相伴左右，光與地球上的生命早已結(jié)下不解之緣。但隨著社會的發(fā)展以及人們生活水平的提高，人們的生活中出現(xiàn)了各式各樣的人工光源和照明工具，也就產(chǎn)生了超過人體需求的光輻射，逾量的光輻射會導(dǎo)致眼睛和皮膚受到傷害，它不僅會危害人體健康，打亂動植物的正常生長規(guī)律，還會妨礙到天文學(xué)的觀測，并且污染了城市的環(huán)境和氣候，因此，解決光輻射帶來的污染危害，已經(jīng)成為人類健康生活迫切需要解決的重要問題。

2、　　從對光輻射造成污染與危害研究的現(xiàn)狀來看，目前國外的主要研究方向集中在視網(wǎng)膜細胞損傷與結(jié)構(gòu)功能缺失的方面，包括熱損傷、機械損傷與光化學(xué)損傷，也有日本學(xué)者研究過生物體受光輻射后血液內(nèi)多巴胺與兒茶酚胺含量變化的研究成果，而國內(nèi)的主要研究方向為光照對視覺系統(tǒng)的影響和光輻射對動物行為學(xué)的影響及各類物質(zhì)對視網(wǎng)膜光損傷的防護、保護作用等方面。根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，圍繞光輻射造成污染與危害研究熱點，本文創(chuàng)造性地提出光輻射對生物體影響的關(guān)鍵技術(shù)研究，基

3、于光子學(xué)、光纖傳感技術(shù)、數(shù)字圖像處理以及光譜分析等技術(shù)，通過對生物體受光輻射后在體生理指標與離體生理指標的實驗研究與理論分析開展有關(guān)研究。
　　本文設(shè)計了一種顯微光學(xué)測量系統(tǒng)，對實驗生物體小白鼠進行了在體與離體光輻射研究，對不同波長、不同功率的LED光輻射，測量其在受不同種類光源輻射不同時間下在體與離體生理指標，并進行了對比與分析；同時還進行了單色光源與復(fù)色光源輻射的對比實驗；將測得的生理指標進行統(tǒng)計與回歸分析，得到了生物體受光輻

4、射時間與生理指標變化之間的回歸關(guān)系，實現(xiàn)了光輻射時間對生物體作用模型的建立與檢驗，并推廣到使用回歸方程進行點預(yù)測與區(qū)間預(yù)測；本文最后對實驗中得到的200組數(shù)據(jù)進行特征提取，通過支持向量機進行了建模與分類，所建立的SVM分類模型具有計算效率高、魯棒性和統(tǒng)計穩(wěn)定性好等特點，結(jié)果表明，可以將此模型推廣到更一般的樣本數(shù)據(jù)集上，即可對小鼠是否受到光輻射的不良影響做出判斷，這不僅有利于保護生物體不受光輻射的損傷，也對光危害的研究提供了一種新思路，更

5、可以為開發(fā)新型生物安全光源提供研究依據(jù)。
　　論文主要創(chuàng)新工作和研究內(nèi)容如下：
　　（1）設(shè)計了一種顯微光學(xué)測量系統(tǒng)，可以通過選擇不同波長、不同功率的LED發(fā)光二極管輻射生物體，并進行在體研究與數(shù)據(jù)測量及處理。通過該系統(tǒng)可以得到受不同光輻射條件下小鼠耳廓微血管的顯微圖像，再通過圖像處理技術(shù)得到小鼠在不同波長與不同功率光輻射條件下耳廓微血管的管徑數(shù)值，通過結(jié)果的對比分析，得到生物體受光輻射危害程度與光波長與功率的關(guān)系。與波長的

6、關(guān)系為387.5nm光對生物體有損害作用，464.7nm光對生物體會產(chǎn)生一定程度的不良影響，512.6nm光對生物體則基本不會產(chǎn)生有害影響，590.0nm光對生物體產(chǎn)生的影響很小，637.3nm光對生物體則有一定的促進和改善作用；與功率的關(guān)系則是收危害程度與輻射光的功率成正比。
　?。?）提出了生物體在單色光與復(fù)色光輻射下在體、離體參數(shù)對比的研究方法。單色光輻射下生物體的離體血清溶液吸光度有加速下降的趨勢，且有1~3nm的紅移，血

7、流量也因需要給細胞核組織供氧和散熱而加速增大；復(fù)色光輻射下生物體的離體血清溶液吸收光譜吸光度也有一定程度的降低，但下降的速度較為均勻，血流量則一直保持平穩(wěn)增加的趨勢。單色光與復(fù)色光的對比研究不僅可以完善單色光輻射下研究方法的不足，離體檢測也可以作為在體檢測的補充。通過單色光與復(fù)色光、在體檢測與離體檢測的結(jié)果全面對比與分析，可以得到生物體在單色光與復(fù)色光輻射下受到影響程度的大小與不同，測量系統(tǒng)的有效性也可以得到驗證。
　?。?）對光

8、輻射時間對生物體生理參數(shù)影響的回歸分析。在統(tǒng)計大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，計算并擬合得到了光輻射時間對實驗小鼠耳廓微血管管徑以及血清溶液吸收光譜的回歸方程，建立了光輻射時間對生物體生理參數(shù)影響作用的模型，從數(shù)學(xué)角度驗證了光輻射時間對生物體在體與離體生理參數(shù)影響程度回歸分析的正確性，其特點是可以作為光對生物體作用的特征來進行影響預(yù)測。
　?。?）對光輻射對生物體生理參數(shù)影響的支持向量機建模。提出了利用支持向量機的二分類方法，采用線性、多項