LEDinside對話許東：LED生物光學(xué)應(yīng)用的遐思

當(dāng)前的LED在大部分應(yīng)用領(lǐng)域都已經(jīng)陷入了內(nèi)卷困境中不能自拔，然而，LED的生物光學(xué)應(yīng)用風(fēng)景獨好。無論是利用LED光對人類影響的節(jié)律照明和美容照明，還是對植物和動物的農(nóng)業(yè)照明，都是當(dāng)下LED應(yīng)用領(lǐng)域外延的關(guān)注焦點。然而對光源研究所所長許東來講，這并不意外，許東認(rèn)為生物光學(xué)才是固態(tài)光源真正的技術(shù)應(yīng)用。LEDinside有幸采訪到許東先生，請他分享近20年來專注生物光學(xué)應(yīng)用積累下來的真知灼見。

LEDinside：許所您好，您在漁業(yè)論壇上有通過“子非魚”為引，介紹生物光學(xué)的本質(zhì)，您覺得“生物”兩個字除了包括魚類，還有哪些生物會通過生物光學(xué)技術(shù)改變其生長條件或環(huán)境？

許東：其實生物的概念范圍較大，我們廣義來講的話，凡是有生命的東西都可以概括到生物范疇，主要看研究的目的性，如果你的目的是想對某種生物進(jìn)行光照控制，那么生物光學(xué)技術(shù)都適用，只是光譜不同而已。我們講生物光學(xué)的話，我們主要對標(biāo)以下幾方面：一個是植物種植，光合作用；另外一個是家禽畜養(yǎng)殖，比如雞、牛、豬的養(yǎng)殖，都要用到光的作用來輔助；還有就是人的健康問題，我們把它歸類為人的康養(yǎng)問題，對視覺、皮膚、以及對一些創(chuàng)傷性的理療的技術(shù)應(yīng)用。還有一個比較重要的方面，那就是細(xì)菌與病毒的防護(hù)，也屬于生物光學(xué)的范疇。

LEDinside：從水產(chǎn)養(yǎng)殖的角度看，您覺得目前的生物光學(xué)技術(shù)是否得到了充分的產(chǎn)業(yè)化利用呢？

許東：我個人認(rèn)為沒有，目前仍然是在海洋捕撈上面應(yīng)用生物光學(xué)技術(shù)，使用場景較為單一。

我們做的一些研究包括海水淡化養(yǎng)殖，例如大鯪鲆、螃蟹、蝦等，還有淡水養(yǎng)殖，淡水養(yǎng)殖的生物光學(xué)應(yīng)用與集魚燈的應(yīng)用種類不同，光源應(yīng)用總量也不同。目前來看，全球集魚燈的使用量最大，近海捕撈一條捕魚船可能有幾百盞燈，每盞燈800W-1,000W，遠(yuǎn)洋捕撈集魚燈的使用規(guī)模還要更大，部分企業(yè)已經(jīng)開展遠(yuǎn)洋捕撈集魚燈業(yè)務(wù)，促進(jìn)海洋捕撈增產(chǎn)增收。對比來看，國內(nèi)淡水養(yǎng)殖與生物光學(xué)結(jié)合的產(chǎn)業(yè)化利用還未受到重視。

從技術(shù)角度出發(fā)，光的誘導(dǎo)性在海洋捕撈里的作用，是通過光照把魚聚集靠近船只附近進(jìn)行捕撈。在淡水養(yǎng)殖場景，作用是讓魚多吃食物。為什么用燈去結(jié)合淡水養(yǎng)殖？實際上我們要知道魚在傍晚和早晨的時候進(jìn)食量最大，這時候我們通過光不同的光譜，提高它對食物的辨識度，然后達(dá)到的目的是提高“肉料比”，就是投放每一公斤的食物質(zhì)量，能夠產(chǎn)生多少肉蛋白質(zhì)。假設(shè)水的渾濁或者光線不足都會造成不利影響，但給了光以后，魚類對食物的辨識度會更高，那么沉到底下的或者零散的食物可能被吃得更多。因為魚有一個特色，一直在喂它一直會長大，魚是一個消化力極強(qiáng)的動物。因此，光對淡水養(yǎng)殖具有十分重要的影響。

除此之外，還有一個用光比較多的是藻類的養(yǎng)殖。藻類養(yǎng)殖在全球來說還是做了很長時間，因為藻類應(yīng)用廣泛，一部分喂魚蝦，另一部分提取各種元素用于制藥。

LEDinside：中國是否已經(jīng)在生物光學(xué)與漁業(yè)生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域達(dá)到世界的領(lǐng)先水平呢？

許東：就LED集魚燈技術(shù)水平來看，中國與其他國家差別不是很大。國外LED產(chǎn)品在性能上會更精細(xì)一些，因為客戶出得起更昂貴的價格。全球集魚燈應(yīng)用區(qū)域主要集中在東南亞，北美、歐洲集魚燈應(yīng)用很少，他們很多都是在一些娛樂性的，比如休閑、垂釣等方面，不太用集魚燈的方法來增加捕撈效率。

從更新?lián)Q代角度來看，LED光源取代漁業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的金鹵燈是必然的。首先是能耗減少，LED集魚燈比傳統(tǒng)鹵素?zé)裟茉聪姆矫娓咝?，使用壽命更長；其次是LED光源對人體危害小，不會產(chǎn)生有害光質(zhì)；還有一些政策的強(qiáng)制要求，比如聯(lián)合國主導(dǎo)下多國簽署的環(huán)保條約《水俁條約》，到2023年強(qiáng)制要求禁止在海洋區(qū)域使用金鹵燈，防止?jié)O民亂扔廢棄燈具污染海洋環(huán)境。習(xí)慣上，集魚用的金鹵燈壞了以后，漁民通常都是直接丟棄到大海里，里面所含的汞就會流入大海，LED就不會有問題。

LEDinside：中國在整個世界來看的話，LED漁業(yè)應(yīng)用市場規(guī)模能有多大？

許東：根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國2022年漁業(yè)燈具市場規(guī)模約40萬盞，每盞功率不低于500W，市場體量大概8-10億人民幣。后疫情時代，人們對于蛋白的需求有所增加，我相信每年10%-15%的增長量是有的。數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑與被統(tǒng)計對象并沒有包括一些企業(yè)的自發(fā)行為，可能仍然是針對有參與協(xié)會組織的企業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)，我個人認(rèn)為實際上市場規(guī)模要更大，在15-18億人民幣左右。

“世界漁業(yè)看中國，中國漁業(yè)看廣東”！世界漁業(yè)看中國。無論是產(chǎn)量、技術(shù)規(guī)模、體量，捕撈還是進(jìn)出口，中國是最大的魚蛋白質(zhì)需求的供應(yīng)國。全球技術(shù)方面的話，我相信中國也是最高，因為我們量大，應(yīng)用的很多，試錯的機(jī)會要比別人多得多。但我始終認(rèn)為過度捕撈跟過度使用化肥對土壤破壞是一個道理。人類過度捕撈就把生態(tài)破壞了，最后對我們自身，包括我們每一個人都會產(chǎn)生深刻影響。

中國漁業(yè)看廣東。廣東的漁業(yè)裝備，包括這幾年興起的“海洋牧場”、還有雷州半島附近的水產(chǎn)養(yǎng)殖、灘涂養(yǎng)殖等，因為天然優(yōu)秀的養(yǎng)殖條件，所以廣東的體量規(guī)模相當(dāng)大。

LEDinside：您覺得什么是健康照明？是否有官方標(biāo)準(zhǔn)來幫助消費者明確健康照明產(chǎn)品？

許東：你提了一個非常好的問題，其實“健康照明”的提法我認(rèn)為是個偽命題。我有幾個疑問：第一，既然有健康照明，那么你要告訴我哪些是不健康的照明？第二，這些做健康照明的，如果他認(rèn)為他現(xiàn)在做的東西叫健康照明，而這些企業(yè)原來就是做普通照明，那么換句話說，叫不健康照明。你如何去面對？第三，既然你之前銷售的是不健康照明，或者亞健康照明，或者說用其他東西解釋，那么誰來承擔(dān)對社會的責(zé)任？這些年產(chǎn)業(yè)由量到質(zhì)的變化過程中，一些企業(yè)的宣傳沒有技術(shù)邏輯、沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)概念、更沒有科學(xué)概念，可能會誤導(dǎo)整個產(chǎn)業(yè)。

所以“健康照明”牽扯到法律、人文、文明和對技術(shù)的理解，這是一個非常重要的問題。如果業(yè)界此刻不去理會技術(shù)的底層邏輯，而單獨去強(qiáng)調(diào)一個“健康照明”的噱頭，我認(rèn)為是一種極不負(fù)責(zé)的態(tài)度。這也是我在最近幾個論壇上以及一些行業(yè)會議里反復(fù)強(qiáng)調(diào)的東西。我覺得提出一個技術(shù)概念，引導(dǎo)一個新的消費觀，沒有錯，但是技術(shù)邏輯在哪里？我們做技術(shù)、做產(chǎn)業(yè)技術(shù)，如果只顧當(dāng)前的利益，卻否定過去，這是對社會不負(fù)責(zé)。如果它上升到法理層面，那向誰去索賠上千億的“不健康”照明產(chǎn)品？

我現(xiàn)在的想法是，生物光照可以很好地詮釋光對人體健康的影響，光對人的影響，我們會用一個新的概念去替代“健康”概念?！敖】嫡彰鳌辈粦?yīng)該給人感覺照明一定要帶來健康，其實是兩碼事。它是光譜促進(jìn)某些生物反應(yīng)或者對生物的刺激，來達(dá)到一個保護(hù)和養(yǎng)護(hù)的作用。如果我們講通過光照就能解決健康問題，那么我們豈不是可以把醫(yī)院關(guān)掉？我們現(xiàn)在講的“健康照明”，有一個內(nèi)在邏輯，大部分叫“類太陽光譜”，就是光譜更多的像太陽光譜。那么請問，太陽光譜真的對健康更有好處嗎？誰得出結(jié)論？沒有。事實上我們所有的包括國內(nèi)外的研究是光譜的某幾段，對生物、人體，包括我們的細(xì)胞、血液里的一些成分會起到一種叫應(yīng)激或者響應(yīng)作用。

比如這幾年比較火的“美膚”概念產(chǎn)品，業(yè)內(nèi)一般叫“醫(yī)美”概念，這是不準(zhǔn)確的。因為只要談到“醫(yī)療”，也就是可以達(dá)到治療效果的時候，一定要上升到醫(yī)療體系，那是要拿醫(yī)學(xué)認(rèn)證的。假如從事的醫(yī)療設(shè)備制造的企業(yè)要承擔(dān)醫(yī)學(xué)對人類和對社會承擔(dān)的責(zé)任，全部要承擔(dān)。但實際上美容燈，它只是個保健的產(chǎn)品，它只是起到局部的作用。所以我把那個概念改成叫“美膚”、“美膚概念”的產(chǎn)品，“美膚”概念限定于我們控制精準(zhǔn)的劑量。很遺憾的是，我看到這么多做“美膚”概念產(chǎn)品，這么多做所謂“健康照明”產(chǎn)品，沒有一家企業(yè)提出“劑量”的概念。

另外，早幾年疫情期間連教室都要掛上紫外線的燈消毒，我當(dāng)時就提出來，這是一個企業(yè)、產(chǎn)業(yè)的巨大的認(rèn)知錯誤，企業(yè)已經(jīng)把學(xué)生的安全置之度外，事實上這種光照模式已經(jīng)造成一些個案，讓很多學(xué)生受到UV光照輻射的傷害?！敖】怠备拍畈粦?yīng)該亂用、誤用，希望媒體、專業(yè)技術(shù)評估體系能夠認(rèn)真的、負(fù)責(zé)任的、用文明和科學(xué)的態(tài)度去看待我們的營銷概念，不能把概念用錯、做錯。

LEDinside：市面上出現(xiàn)很多大路燈、臺燈以護(hù)眼為主要賣點。是否屬于“健康”的范疇？

許東：市面上護(hù)眼臺燈主要宣傳三項指標(biāo)：低藍(lán)光，高顯色性，類太陽光譜。但我只想問，用光度學(xué)的哪個指標(biāo)可以告訴我它對眼睛的健康有作用？作用在哪里？流明、顯色性是人為規(guī)定的概念，并不是一個真實的物理量，是人對觀察光的一致性進(jìn)行評估的一個指標(biāo)，跟健康是沒有關(guān)系的。

其實我們不應(yīng)該強(qiáng)調(diào)燈具護(hù)眼，中國的青少年承受太多的學(xué)習(xí)壓力，使我們的教育進(jìn)入到過度教育的方式上，我們應(yīng)該提倡：避開過度的讀書時間，減少過度用眼。真正的護(hù)眼是要把孩子或者兒童釋放到大自然，讓他們在戶外接觸陽光，而不是說有哪個臺燈可以更多地時間看書、更多的學(xué)習(xí)。無論如何去保護(hù)，我們眼睛的柱狀細(xì)胞，錐狀細(xì)胞，它是有壽命限制的，過多的光照會侵害人眼視覺細(xì)胞，過度用光會使得視覺細(xì)胞產(chǎn)生游離的氧化離子就會越多，視覺細(xì)胞損傷或老化會越快。真正的“健康照明”是如何去控制兒童的閱讀量，特別在燈下的閱讀量，才會解決根本問題。

LEDinside：還有一種燈具備助眠功能，或者說是符合人體節(jié)律的照明產(chǎn)品，您怎么看？

許東：我覺得生活習(xí)慣和心理狀態(tài)是影響睡眠質(zhì)量、節(jié)律的首要因素。其次藍(lán)光光譜與褪黑素的產(chǎn)生確實存在聯(lián)系，但是對人類的影響并沒有想象中那么大。這部分確實需要光度學(xué)指標(biāo)的支持，但是更多的是需要生物光學(xué)的指標(biāo)來構(gòu)成一個對健康或者對人的養(yǎng)護(hù)概念的表達(dá)。我目前正在參與該領(lǐng)域項目研究，具體細(xì)節(jié)不便多透露。

LEDinside：我們從植物的角度看，荷蘭的設(shè)施農(nóng)業(yè)盈利模式位于全球領(lǐng)先水平，中國是否可以借鑒荷蘭的管理模式提升農(nóng)業(yè)種植效益呢？植物工廠的發(fā)展前景您如何看待？

許東：首先有幾個概念要搞清楚：第一，農(nóng)業(yè)是第一產(chǎn)業(yè)；第二，全球農(nóng)業(yè)都是受政府干預(yù)的一個產(chǎn)業(yè)，幾乎可以說，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國、輸出國，或者主要以農(nóng)業(yè)為經(jīng)濟(jì)體量的國家，政府對農(nóng)業(yè)的干預(yù)度都比較高。第三，農(nóng)業(yè)是地域性很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)，不是能照搬照抄那么簡單的，需要因地制宜。我們借鑒荷蘭經(jīng)驗已經(jīng)近20年，引進(jìn)的整套技術(shù)，包括種子、水培管理全部引進(jìn)，但是在中國沒有達(dá)到它的效果。這里面有很多的因素，我想強(qiáng)調(diào)一點，就是任何一個國家的農(nóng)業(yè)技術(shù)不可能照搬到中國，換句話說，中國的農(nóng)業(yè)也不可能照搬到國外。

另外，談到植物工廠，我們先不談它的造價問題，是否符合碳排放標(biāo)準(zhǔn)是個問題。植物工廠的這種耗電是否有可能會達(dá)到碳排放為零，否則的話它都是碳的凈排放，也就是說植物工廠建得越多，碳的排放會越多，就不能符合未來人類生態(tài)發(fā)展的要求。當(dāng)能源和碳排放指標(biāo)不作為一個產(chǎn)業(yè)考量的時候，例如在一些清潔能源特別豐富的地區(qū)，植物工廠可能才有機(jī)會。否則我認(rèn)為植物工廠可能被其他方式的垂直農(nóng)場迭代，或者以新的形式去發(fā)展。

LEDinside：我們可能看到植物生長燈的功率范圍很大，甚至到1500W這樣的一個功率數(shù)值，請問它真的會解決植物生長的不同的場景應(yīng)用嗎？

許東：這種超大功率的植物燈應(yīng)用于一個非常特殊的植物——醫(yī)用大麻或工業(yè)大麻，并不是所有植物都需要這么高功率才能促進(jìn)生長，好的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)才是植物用光的主要訴求。我們在講農(nóng)業(yè)用燈的時候，始終強(qiáng)調(diào)碳排放、能耗，這才是最重要的。此外，有些廠家追求高功率，比如集魚燈廠商，這是對捕魚知識缺失的表現(xiàn)，并不是光越強(qiáng)對魚的誘導(dǎo)性越強(qiáng)。事實上，植物燈與畜牧家禽用燈功率都是較小，光照的光譜與劑量才是重點。

LEDinside：那接下來我們談?wù)勑竽翗I(yè)，目前對于光可以增加產(chǎn)奶量，調(diào)節(jié)動物情緒起到一定作用，是否還有其他方面可以有待拓展呢？

許東：我認(rèn)為LED技術(shù)對農(nóng)業(yè)的貢獻(xiàn)在未來會起到一個舉足輕重的作用。在畜牧家禽養(yǎng)殖方面，我們更多提的是它的“肉料比”，就是我投入的飼料轉(zhuǎn)化成的動物蛋白量和肉質(zhì)，要強(qiáng)調(diào)目的指標(biāo)。我覺得講提高奶的產(chǎn)量，是一個綜合的過程，當(dāng)它在干奶期（約60天）的時候，把牛的體質(zhì)養(yǎng)好，它自然進(jìn)入懷孕產(chǎn)奶期的時候，就會產(chǎn)很多奶。在實際應(yīng)用過程中，確實看到應(yīng)用了光照以后，每頭牛它可能增加四五百克的奶產(chǎn)量，這確實是一個不小的量。但是我覺得本質(zhì)的問題，是通過光照讓動物體質(zhì)變好或者對于飼料的充分吸收而不是光照去直接影響產(chǎn)奶量。

談到今后會怎么去發(fā)展的話，我覺得它的發(fā)展是必然的。因為你在用了光以后，它的品質(zhì)在提升、售價在提升、利潤在增加的時候，所有企業(yè)都會跟風(fēng)。市場會自發(fā)引導(dǎo)新技術(shù)或者新商業(yè)模式的升級換代?，F(xiàn)在不用并不等于產(chǎn)業(yè)不發(fā)展，而且我的研究結(jié)論是它必須要存在。未來十年到二十年的氣候，不可能恢復(fù)到我們小時候看到的那個藍(lán)天白云，或者說達(dá)到那么好的一個氣候條件，這種條件的決定，人工的干預(yù)、人工光照的可調(diào)節(jié)性、精準(zhǔn)性的環(huán)境可控的農(nóng)業(yè)必須要得到發(fā)展。

LEDinside：目前來看，在生物光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，中國技術(shù)發(fā)展水平，或者說產(chǎn)業(yè)規(guī)模在全球來看也是世界領(lǐng)先的嗎？

許東：如果從生物光學(xué)來講的話，我覺得中國的應(yīng)用體量毫無疑問是全球第一。中國的生物光學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，植物燈、動物養(yǎng)殖燈、集魚燈的應(yīng)用體量是全球第一。這些年來，通過企業(yè)自身的發(fā)展和技術(shù)迭代，中國產(chǎn)品的品質(zhì)也不比國外差，就算有差距也是差在技術(shù)參數(shù)評估的那個百分比，而不是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用評估的百分比。有沒有差？確實有，在芯片的制程、在一些精細(xì)的工藝上，包括一些材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明上，中國的整個技術(shù)投入和研發(fā)的體系比人家差，也就是說你看到LED新的效能提高、或者LED生產(chǎn)品質(zhì)提高的發(fā)布，并不是由我們先發(fā)布，這是事實。但是難道一定要達(dá)到那么高水準(zhǔn)的東西才能推廣應(yīng)用？確實不是，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，一個技術(shù)達(dá)到一定程度以后，往往是一種最有性價比的產(chǎn)品得到最廣泛的應(yīng)用。在生物光學(xué)方面，除非有很特殊的客戶要求，否則我敢說95%以上的客戶都會選擇中國生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品，因為性價比高，應(yīng)用效果也不差。

但我們依然需要高品質(zhì)、高性能參數(shù)的器件，因為那是研究拓展的明燈，是指引未來發(fā)展的方向。另外，我特別要強(qiáng)調(diào)一點，我們需要追求的是LED效率提升帶來的性價比，而不是降低LED成本，特別是人力成本和研發(fā)成本，過度強(qiáng)調(diào)降低成本實際上是以損害從業(yè)群體的權(quán)益為代價的。

許東：我在這塊做了十幾年的研究，下面這幾個點比較期待：第一，要形成指標(biāo)性技術(shù)的發(fā)展，而不是一個技術(shù)發(fā)展，就是要提出發(fā)展的目的，要達(dá)到什么樣的指標(biāo)，再把你的技術(shù)提出來，而非盲目的自行發(fā)展。每款產(chǎn)品需要把指標(biāo)列出來，它承擔(dān)了什么，改善了什么。第二，生物光學(xué)發(fā)展要重視實驗技術(shù)分析，企業(yè)應(yīng)該認(rèn)認(rèn)真真做光譜實驗，首先要自己種得出來、生長良好、品質(zhì)優(yōu)先，然而能做到的企業(yè)卻寥寥無幾。第三，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，要注重細(xì)胞層級的光學(xué)響應(yīng)分析，要從微觀方面去分析光照效果，因為生物光照最本質(zhì)的是光量子與細(xì)胞的能量交換，不是表型的能量交換。第四，生物光照要形成一個生態(tài)型的技術(shù)發(fā)展，要從物理級層面的計算逐步轉(zhuǎn)為生物級別的光譜技術(shù)。

（轉(zhuǎn)載自LEDinside  文：LEDinside Leah）