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Was ist blaues Licht?

Was ist blaues Licht?


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Was ist das "blaue Licht", das oft in Bezug auf die menschliche Melatoninproduktion, Schlaf-Wach-Zyklen usw. diskutiert wird? Eine Google-Suche scheint es als Licht einer bestimmten Wellenlänge zu definieren, was darauf hindeutet, dass es wörtlich "Licht mit blauer Farbe" bedeutet, aber viele Artikel scheinen blaues Licht dem Licht zuzuschreiben, das von Computern / Fernsehern usw. Bildschirme, die nicht von Natur aus eine blaue Farbe haben.

Was genau ist blaues Licht? Stellen Sie zum Beispiel den "Blau" einer farbigen Glühbirne so ein, als würden Sie den "B"-Schieberegler in einem "RGB"-Farbwähler anheben und absenken (erhöhen Sie "B" am Morgen und senken Sie "B" am Abend), zumindest einen hypothetischen positiven Einfluss auf den menschlichen circadianen Rhythmus haben?


Blaues Licht bedeutet Wellenlängen, die dem menschlichen Auge als blau erscheinen, wenn sie allein präsentiert werden. Dieses Licht ist wichtig für die Regulierung des Schlaf-/Wachzyklus, da dies die Wellenlänge ist, auf die Zellen, die an dieser Regulierung beteiligt sind, reagieren.

"Weißes Licht" ist Licht, das das gesamte sichtbare Spektrum abdeckt; Sonnenlicht zum Beispiel ist ziemlich weiß. Dieses Licht enthält jedoch viel blaues Licht sowie alle anderen Farben - es gibt keine tatsächliche Wellenlänge für "Weiß", es ist eine Sammlung aller anderen Wellenlängen.

Ebenso strahlen Fernseher und andere Bildschirme rotes, grünes und blaues Licht aus. Aufgrund unserer Zusammensetzung von Photorezeptoren reicht dies aus, um jede sichtbare Farbe nachzuahmen. Wenn man sich auf das blaue Licht von Fernsehgeräten bezieht, beziehen sich die Leute auf diese blaue Komponente. Wenn Sie den Blaukanal irgendwie deaktivieren, erhalten Sie ein sehr seltsames Bild, aktivieren aber auch weniger Zellen, die Tageslicht aufgrund von blauem Licht erkennen.

Der Grund, warum Bildschirme so problematisch sind, ist, dass die Leute sie direkt anstarren und viel Licht aufnehmen. Andere helle, weißliche Lichtquellen hätten den gleichen Effekt.


Blaues Licht ist möglicherweise nicht so schlecht für den Schlaf wie vermutet, argumentiert eine neue Studie

In den letzten Jahren hat allgemeiner wissenschaftlicher Konsens vorgeschlagen, dass das blaue Lichtspektrum unserer modernen Geräte unseren zirkadianen Rhythmus erheblich stören kann. Um dies auszugleichen, sind viele Geräte jetzt mit Nachtmodi ausgestattet, die Gelb- oder Sepia-Bildschirmfilter bieten, die die problematischsten blauen Lichtspektren ausblenden. Jetzt stellt eine neue Studie der University of Manchester in Frage, dass der allgemeine Konsens, dass die wahrgenommene Farbe auch die zirkadianen Uhren beeinflussen kann, und neue Tierstudien zeigen könnten, dass die nächtliche Exposition gegenüber gelbem Licht unsere Körperuhren verwirren könnte.

Neben den Stäbchen und Zapfen in unseren Augen haben wir eine kleine Menge an lichtempfindlichen Zellen. Diese Zellen sind so konzipiert, dass sie uns nicht beim Sehen helfen, sondern Licht als Teil unseres zirkadianen Managementsystems wahrnehmen. Wenn diese spezifischen Netzhautzellen Licht wahrnehmen, produzieren sie ein Molekül namens Melanopsin, das bestimmten Teilen unseres Gehirns direkt sagt, dass sie wach und aufmerksam bleiben sollen. Melanopsin unterdrückt nicht nur Melatonin, sondern hilft auch, den zirkadianen Rhythmus unseres Körpers zu regulieren und einzustellen.

Die beliebte Blaulicht-Hypothese entstand aus der Forschung, dass Melanopsin am empfindlichsten auf eine Lichtwellenlänge von etwa 480 Nanometern reagiert. Dies ist ein blaues Lichtspektrum, und es ist in der Regel das auffälligste Spektrum, das von den LED-Bildschirmen angezeigt wird, die in vielen unserer modernen digitalen Geräte verwendet werden, von Smartphones bis hin zu Laptops.

„Es besteht großes Interesse daran, den Einfluss von Licht auf die Uhr zu verändern, indem die von Melanopsin erkannten Helligkeitssignale angepasst werden, aber aktuelle Ansätze tun dies normalerweise durch Ändern des Verhältnisses von kurz- und langwelligem Licht, was zu einem kleinen Helligkeitsunterschied auf Kosten von wahrnehmbare Farbveränderungen“, erklärt Tim Brown, korrespondierender Autor der neuen Studie. „Wir argumentieren, dass dies nicht der beste Ansatz ist, da die Farbänderungen allen Vorteilen entgegenwirken können, die sich aus der Reduzierung der von Melanopsin detektierten Helligkeitssignale ergeben.“

Um den besonderen Einfluss von Farbe auf zirkadiane Systeme zu untersuchen, führten die Forscher eine Reihe von Experimenten an Mäusen mit veränderter spektraler Empfindlichkeit der Zapfen durch. Unter Verwendung polychromatischer Beleuchtung stellte die Studie fest, dass gelbes Licht einen größeren Einfluss auf das zirkadiane Verhalten der Tiere hatte als blaues Licht.

Die Forscher gehen weiter davon aus, dass diese angeborene zirkadiane Beziehung zur Farbe mit den organischen Veränderungen der Lichtzusammensetzung während der Dämmerung in einem beliebigen 24-Stunden-Zeitraum in Verbindung gebracht werden kann. Der Vorschlag ist, dass die Verschiebung zu blauem Licht, die mit dem Sonnenuntergang einhergeht, einen grundlegenden Einfluss auf unsere zirkadiane Uhr hat.

„Wir zeigen, dass die verbreitete Ansicht, dass blaues Licht die stärkste Wirkung auf die Uhr hat, in die Irre geführt wird.

Dies ist sicherlich nicht die erste Forschung, die untersucht, wie die chromatischen Eigenschaften von Licht den zirkadianen Rhythmus beeinflussen. Es ist jedoch der erste, der explizit darauf hindeutet, dass die wahrgenommene Lichtfarbe für zirkadiane Systeme genauso einflussreich sein kann wie Lichtspektren, die Melanopsin modulieren.

Die Forschung scheint implizit kritisch gegenüber den „Nachtmodi“ von digitalen Geräten zu sein, die den Bildschirmen am Abend einen warmen Gelbton verleihen. Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass diese neue Studie nur an Mäusen durchgeführt wurde, und obwohl die Forscher zuversichtlich sind, dass es Hinweise darauf gibt, dass sich die nachgewiesene Wirkung auf den Menschen ausdehnen könnte, gibt es keine Hinweise darauf, dass die wahrgenommene Lichtfarbe einen signifikanten Einfluss auf den Menschen hat zirkadiane Systeme. Tatsächlich wurden einige Untersuchungen durchgeführt, die aufzeigen, dass Interventionen wie das Tragen einer bernsteinfarbenen Brille für ein oder zwei Stunden vor dem Zubettgehen die Schlafqualität einer Person verbessern können.

Während klare blaue Wellenlängen des Lichts zirkadiane Regulationsmechanismen im menschlichen Gehirn aktivieren, ist noch nicht klar, ob ein Gelbfilter auf dem Bildschirm eines Geräts das menschliche zirkadiane System merklich beeinflusst. Sie müssen den Nachtmodus also noch nicht unbedingt auf Ihrem Laptop ausschalten.


Was ist die Erklärung für diesen mysteriösen Blues?

Bei Vögeln gibt es keinen prinzipiellen Mechanismus. Verschiedene Vögel folgen einer Vielzahl von Mechanismen, vom mikroskopischen Perlendesign bis zur Aufrechterhaltung einer einheitlichen Kristallstruktur. Die Bluejay-Feder besteht aus dem Perlendesign, das von Natur aus ziemlich unordentlich ist. Diese Perlen streuen das Licht so, dass nur blaues Licht entweichen kann, während Pfauenfedern mikroskopisch kleine Lamellen aufweisen, die die Interferenz verursachen. Auch wenn Sie blaue Augen haben, basiert dieses Blau auch auf der Struktur &ndash keine Pigmente!

Bluejay-Feder & Pfauenfeder (Photo Credit: Thomas Bresson / Wikimedia Commons & Flickr)

Wie funktioniert es?

Bevor wir uns ansehen, wie Schmetterlinge es tun, müssen wir ein wenig Physik verstehen. Nun, dieses Erscheinen der Farbe Blau ist auf die mikroskopische Struktur der Schuppen und ein Konzept zurückzuführen, das als Lichtinterferenz bezeichnet wird.

Lichtinterferenzen treten auf, wenn zwei Lichtstrahlen kollidieren. Dadurch entsteht entweder ein Lichtstrahl mit höherer Intensität (Konstruktive Interferenz CI) oder gar kein Licht (Destruktive Interferenz DI). Licht ist im Grunde eine Welle, und als solche hat es Wellenberge und -täler. Wenn die beiden Strahlen kollidieren und sich die Kämme oder Tröge überlappen, findet CI statt und die Wellen werden als &lsquoin-Phase&rsquo bezeichnet. Wenn jedoch ein Kamm ein Tal überlappt, dann findet DI statt und die Wellen werden als &lsquor.außer Phase&rsquo bezeichnet.

Wenn wir also in die Struktur der Skala hineinzoomen, können wir gratartige Strukturen beobachten, die parallel zueinander sind. Wenn Licht auf die Kämme und ihre Zweige trifft, wird ein Teil des Lichts von der oberen Schicht reflektiert, während der Rest in den Zweig eindringt. Ein Teil des Lichts, das durch den Zweig geht, wird von der unteren Schicht desselben Zweigs reflektiert. Dadurch erhalten wir zwei Lichtstrahlen gleicher Wellenlänge und Intensität. Bei den meisten Farben sind die reflektierten Lichtstrahlen „außer Phase&rsquo, sodass wir diese Farben nicht sehen. Bei der Farbe Blau sind die beiden Lichtstrahlen, die vom Grat reflektiert werden, jedoch perfekt &lsquoin-Phase&rsquo, d. h. sie heben sich nicht gegenseitig auf, sodass wir die blaue Farbe sehen können. Die durchtretenden Lichtstrahlen werden auch im richtigen Winkel gebeugt, was die blaue Farbe verursacht.

Darstellung von Bergkämmen und wie sie funktionieren (Blue Morpho Butterfly)

Der einzige Schmetterling, von dem bekannt ist, dass er ein blaues Pigment produziert, heißt &lsquoOlivewing&rsquo-Schmetterling. Bisher war wenig über diese einzigartige Kreatur und ihre Herstellung des Pigments bekannt (Florida Museum of National History).

Können sie ihre blaue Farbe verlieren?

Was ist, wenn wir den Brechungsindex der Flügel ändern, d. h. den Winkel ändern, in dem sich das Licht biegt, während es durch die gewonnenen Rippen hindurchgeht, die die Strahlen „außer Phase&rdquo bringen? Wenn das passiert, können wir die blaue Farbe sehen. Die Frage ist, wie können wir den Brechungsindex ändern? Indem Sie den Raum in den Rippen einfach mit einem anderen Material anstelle von Luft füllen! Jedes Material hat seinen eigenen Brechungsindex, da sie das Licht in verschiedenen Winkeln biegen, was bedeutet, dass sogar Wasser den Winkel ändern kann. Wenn das der Fall ist, verlieren diese Schmetterlinge ihre Farbe, sobald es regnet, oder? Die Antwort ist &ldquoNein&rdquo. Dank Evolution bestehen die Flügel aus einem Material, das von Natur aus wasserabweisend ist! Die Federn sind mit einer hydrophoben Beschichtung überzogen, die ihnen hilft, trocken zu bleiben.


Blaulicht-Photorezeptoren in höheren Pflanzen

In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Identifizierung und Charakterisierung pflanzlicher Photorezeptoren erzielt, die im blauen/UV-A-Bereich des Spektrums aktiv sind. Zu diesen Photorezeptoren gehören Cryptochrom 1 und Cryptochrom 2, die in Struktur und Chromophorzusammensetzung den prokaryotischen DNA-Photolyasen ähnlich sind. Sie haben jedoch eine C-terminale Verlängerung, die in Photolyasen nicht vorhanden ist, und es fehlt ihnen an Photolyase-Aktivität. Sie sind an der Regulierung der Zellverlängerung und an vielen anderen Prozessen beteiligt, einschließlich der Schnittstelle zu zirkadianen Rhythmen und der Aktivierung der Gentranskription. Tierische Cryptochrome, die eine Photorezeptor-Rolle in zirkadianen Rhythmen spielen, wurden ebenfalls charakterisiert. Phototropin, das Proteinprodukt des NPH1-Gens in Arabidopsis, dient wahrscheinlich als Photorezeptor für den Phototropismus und scheint keine andere Rolle zu spielen. Als Plasmamembranprotein dient es als Photorezeptor, Kinase und Substrat für die lichtaktivierte Phosphorylierung. Das Carotinoid Zeaxanthin kann als Chromophor für einen Photorezeptor dienen, der an der durch Blaulicht aktivierten Stomataöffnung beteiligt ist. Die Eigenschaften dieser Photorezeptoren und einige der nachgeschalteten Ereignisse, die sie bekanntermaßen aktivieren, werden diskutiert.


Die tägliche Einwirkung von blauem Licht kann das Altern beschleunigen, auch wenn es Ihre Augen nicht erreicht

Längerer Kontakt mit blauem Licht, wie es von Ihrem Telefon, Computer und Haushaltsgeräten ausgeht, kann Ihre Lebensdauer beeinträchtigen, auch wenn es nicht in Ihren Augen leuchtet.

Neue Forschungen der Oregon State University deuten darauf hin, dass die von Leuchtdioden erzeugten blauen Wellenlängen Zellen im Gehirn sowie die Netzhaut schädigen.

Die heute veröffentlichte Studie in Altern und Krankheitsmechanismen, beteiligte sich an einem weit verbreiteten Organismus, Drosophila melanogaster, der gewöhnlichen Fruchtfliege, einem wichtigen Modellorganismus wegen der Zell- und Entwicklungsmechanismen, die er mit anderen Tieren und Menschen teilt.

Jaga Giebultowicz, eine Forscherin am OSU College of Science, die sich mit biologischen Uhren beschäftigt, leitete eine Forschungskooperation, die untersuchte, wie Fliegen auf die tägliche 12-stündige Exposition gegenüber blauem LED-Licht reagierten – ähnlich der vorherrschenden blauen Wellenlänge in Geräten wie Telefonen und Tablets – - und stellte fest, dass das Licht die Alterung beschleunigte.

Fliegen, die täglichen Zyklen von 12 Stunden im Licht und 12 Stunden in der Dunkelheit ausgesetzt waren, hatten eine kürzere Lebensdauer im Vergleich zu Fliegen, die in völliger Dunkelheit gehalten wurden oder die im Licht mit herausgefilterten blauen Wellenlängen gehalten wurden. Die Fliegen, die blauem Licht ausgesetzt waren, zeigten Schäden an ihren Netzhautzellen und Gehirnneuronen und hatten eine eingeschränkte Fortbewegung – die Fähigkeit der Fliegen, die Wände ihrer Gehege zu erklimmen, ein übliches Verhalten, war verringert.

Einige der Fliegen in dem Experiment waren Mutanten, die keine Augen entwickelten, und selbst diese augenlosen Fliegen zeigten Hirnschäden und Beeinträchtigungen der Fortbewegung, was darauf hindeutet, dass Fliegen das Licht nicht sehen mussten, um davon Schaden zu nehmen.

„Dass das Licht das Altern der Fliegen beschleunigt, war für uns zunächst sehr überraschend“, sagt Giebultowicz, Professor für integrative Biologie. „Wir hatten die Expression einiger Gene in alten Fliegen gemessen und festgestellt, dass schützende Stressreaktionsgene exprimiert werden, wenn Fliegen im Licht gehalten werden. Wir vermuteten, dass Licht diese Gene reguliert Licht, das für sie schädlich ist, und wir haben uns das Lichtspektrum angeschaut. Es war sehr klar, dass Licht ohne Blau zwar ihre Lebensdauer leicht verkürzte, aber nur blaues Licht allein ihre Lebensdauer sehr dramatisch verkürzte."

Natürliches Licht, so Giebultowicz, ist entscheidend für den zirkadianen Rhythmus des Körpers – den 24-Stunden-Zyklus physiologischer Prozesse wie Gehirnwellenaktivität, Hormonproduktion und Zellregeneration, die wichtige Faktoren für das Ernährungs- und Schlafverhalten sind.

„Aber es gibt Hinweise darauf, dass eine erhöhte Exposition gegenüber künstlichem Licht ein Risikofaktor für Schlaf und zirkadiane Störungen ist“, sagte sie. „Und mit der weit verbreiteten Verwendung von LED-Beleuchtung und Gerätedisplays werden Menschen immer mehr Licht im blauen Spektrum ausgesetzt, da häufig verwendete LEDs einen hohen Anteil an blauem Licht emittieren. Aber diese Technologie, LED-Beleuchtung, selbst in den meisten Industrieländern, wurde nicht lange genug verwendet, um seine Auswirkungen auf die gesamte menschliche Lebensspanne zu kennen."

Giebultowicz sagt, dass die Fliegen blaues Licht meiden, wenn sie die Wahl haben.

"Wir werden testen, ob die gleichen Signale, die sie dazu bringen, blauem Licht zu entkommen, an der Langlebigkeit beteiligt sind", sagte sie.

Eileen Chow, wissenschaftliche Mitarbeiterin der Fakultät im Labor von Giebultowicz und Co-Erstautorin der Studie, stellt fest, dass Fortschritte in Technologie und Medizin zusammenarbeiten könnten, um die schädlichen Auswirkungen von Licht zu bekämpfen, wenn sich diese Forschung letztendlich für den Menschen erweisen sollte.

"Die Lebensdauer des Menschen hat sich im letzten Jahrhundert dramatisch erhöht, da wir Wege zur Behandlung von Krankheiten gefunden haben und gleichzeitig immer mehr Zeit mit künstlichem Licht verbringen", sagte sie. "Da die Wissenschaft nach Wegen sucht, Menschen zu helfen, gesünder zu werden, während sie länger leben, könnte die Gestaltung eines gesünderen Lichtspektrums eine Möglichkeit sein, nicht nur im Hinblick auf einen besseren Schlaf, sondern auch im Hinblick auf die allgemeine Gesundheit."

Inzwischen gibt es einiges zur Selbsthilfe, ohne stundenlang im Dunkeln zu sitzen, sagen die Forscher. Brillen mit bernsteinfarbenen Gläsern filtern das blaue Licht heraus und schützen Ihre Netzhaut. Und Telefone, Laptops und andere Geräte können so eingestellt werden, dass sie blaue Emissionen blockieren.

„In Zukunft könnte es Telefone geben, die ihr Display automatisch an die Nutzungsdauer anpassen, die das Telefon wahrnimmt“, sagte Hauptautor Trevor Nash, ein Absolvent des OSU Honors College 2019, der zu Beginn der Forschung im ersten Jahr studiert hatte. "Diese Art von Telefon mag schwierig zu machen sein, aber es würde wahrscheinlich einen großen Einfluss auf die Gesundheit haben."


Unterschied zwischen GFP und EGFP

Definition

GFP: Ein Wildtyp-Protein, das unter blauem oder UV-Licht grün fluoresziert und natürlich in Quallen vorkommt, Aequorea Victoria

EGFP: Eine Variante des Wildtyp-GFP mit stärkerer Emission in Bezug auf GFP

Steht für

GFP: Grünes Fluoreszenzprotein

EGFP: Verstärktes grünes Fluoreszenzprotein

Herkunft

GFP: Wildtyp

EGFP: Mutant

64. Aminosäure

GFP: Phenylalanin

EGFP: Leucin

65. Aminosäure

GFP: Serin

EGFP: Threonin

Helligkeit der Farbe

GFP: Hellgrün

EGFP: Helleres Grün

Erregungsspitzen

GFP: Zwei Peaks (395 nm und 490 nm)

EGFP: Einzelpeak (490 nm)

Falteffizienz bei 37 °C

Abschluss

GFP ist das Wildtyp-Protein, das eine hellgrüne Fluoreszenz zeigt, wenn es blauem oder UV-Licht ausgesetzt wird. EGFP ist eine Variante von GFP, die im Vergleich zu GFP eine stärkere Fluoreszenz aufweist. Somit besteht der Hauptunterschied zwischen GFP und EGFP in der Intensität der grünen Fluoreszenz, die jedes Protein emittiert.

Referenz:

1. Arpino, James A.J., et al. „Die Kristallstruktur des verstärkten grün fluoreszierenden Proteins mit einer Auflösung von 1,35 Å zeigt alternative Konformationen für Glu222.“ PLOS Medizin, Public Library of Science, journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0047132.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. “Gfp und Fluorophor” Von Raymond Keller (Raymond Keller (Vortrag)), unter der Schirmherrschaft von Crystal Protein. – Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia
2. “Fgams ppat egfp puncta” Von Zhao A, Tsechansky M, Swaminathan J, Cook L, Ellington AD, et al. (2013) Transient transfizierte Purin-Biosyntheseenzyme bilden Stresskörper. PLoS ONE 8(2): e56203. doi:10.1371/journal.pone.0056203 (CC BY 3.0) über Commons Wikimedia

Über den Autor: Lakna

Lakna, Absolventin der Molekularbiologie und Biochemie, ist Molekularbiologin und hat ein breites und starkes Interesse an der Entdeckung naturbezogener Dinge


Was ist blaues Licht? - Biologie

Wo sind Sie blauem Licht ausgesetzt?

Die größte Quelle für blaues Licht ist Sonnenlicht. Darüber hinaus gibt es viele weitere Quellen:

  • Fluoreszierendes Licht
  • Kompaktleuchtstofflampen (CFL)
  • LED-Licht
  • Flachbild-LED-Fernseher
  • Computermonitore, Smartphones und Tablet-Bildschirme

Die Blaulicht-Exposition, die Sie von Bildschirmen erhalten, ist im Vergleich zur Sonneneinstrahlung gering. Dennoch gibt es Bedenken hinsichtlich der langfristigen Auswirkungen der Bildschirmbelichtung aufgrund der Nähe der Bildschirme und der langen Betrachtungszeit. Laut einer kürzlich vom NEI finanzierten Studie absorbieren Kinderaugen mehr blaues Licht als Erwachsene von den Bildschirmen digitaler Geräte.

Blaues Licht wird für eine gute Gesundheit benötigt:

  • Es steigert die Wachsamkeit, unterstützt das Gedächtnis und die kognitive Funktion und hebt die Stimmung.
  • Es reguliert den zirkadianen Rhythmus – den natürlichen Wach- und Schlafzyklus des Körpers. Die Exposition gegenüber blauem Licht während der Tagesstunden hilft, einen gesunden zirkadianen Rhythmus aufrechtzuerhalten. Zu viel blaues Licht spät in der Nacht (durch Smartphones, Tablets und Computer) kann den Wach- und Schlafzyklus stören, was zu Schlafstörungen und Tagesmüdigkeit führt.
  • Eine unzureichende Sonneneinstrahlung bei Kindern kann das Wachstum und die Entwicklung der Augen und des Sehvermögens beeinträchtigen. Frühe Studien zeigen, dass ein Mangel an Blaulichtexposition zur jüngsten Zunahme von Myopie/Kurzsichtigkeit beitragen könnte.

Wie wirkt blaues Licht auf die Augen?

Fast das gesamte sichtbare blaue Licht durchdringt Hornhaut und Linse und erreicht die Netzhaut. Dieses Licht kann das Sehvermögen beeinträchtigen und die Augen vorzeitig altern lassen. Frühe Forschungen zeigen, dass zu viel blaues Licht zu Folgendem führen kann:

Teile des Auges

Digitale Augenbelastung: Blaues Licht von Computerbildschirmen und digitalen Geräten kann den Kontrast verringern und zu einer digitalen Überanstrengung der Augen führen. Müdigkeit, trockene Augen, schlechte Beleuchtung oder das Sitzen vor dem Computer können zu einer Überanstrengung der Augen führen. Zu den Symptomen einer Überanstrengung der Augen gehören wunde oder gereizte Augen und Schwierigkeiten beim Fokussieren.

Netzhautschäden: Studien deuten darauf hin, dass eine fortgesetzte Exposition gegenüber blauem Licht im Laufe der Zeit zu geschädigten Netzhautzellen führen kann. Dies kann zu Sehstörungen wie altersbedingter Makuladegeneration führen.

Was können Sie tun, um Ihre Augen vor blauem Licht zu schützen?

Wenn die ständige Belastung durch blaues Licht von Smartphones, Tablets und Computerbildschirmen ein Problem darstellt, gibt es mehrere Möglichkeiten, die Belastung durch blaues Licht zu verringern:

Bildschirmzeit: Versuchen Sie, die Zeit, die Sie vor diesen Bildschirmen verbringen, zu verringern und/oder machen Sie häufige Pausen, um Ihren Augen eine Pause zu gönnen.

Filter: Bildschirmfilter sind für Smartphones, Tablets und Computerbildschirme verfügbar. Sie verringern die Menge an blauem Licht, die von diesen Geräten abgegeben wird und die Netzhaut in unseren Augen erreichen könnte.

Computerbrille: Computerbrillen mit gelb getönten Gläsern, die blaues Licht blockieren, können dazu beitragen, die digitale Augenbelastung des Computers zu verringern, indem der Kontrast erhöht wird.

Entspiegelte Gläser: Entspiegelte Linsen reduzieren Blendung und erhöhen den Kontrast und blockieren auch blaues Licht von der Sonne und digitalen Geräten.

Intraokularlinse (IOL): Nach einer Kataraktoperation wird die getrübte Linse durch eine Intraokularlinse (IOL) ersetzt. Die Linse schützt das Auge auf natürliche Weise vor fast allem ultraviolettem Licht und etwas blauem Licht. Es gibt Arten von IOL, die das Auge und die Netzhaut vor blauem Licht schützen können.

Sprechen Sie mit einem Augenoptiker über Möglichkeiten, Ihre Familie und Ihre Augen vor blauem Licht zu schützen.


Leichte Filtration

Die meisten Lichtquellen emittieren einen breiten Wellenlängenbereich, der das gesamte sichtbare Lichtspektrum abdeckt. In vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, Licht mit einem eingeschränkten Wellenlängenspektrum zu erzeugen. Dies kann leicht durch die Verwendung spezieller Filter erreicht werden, die einige Wellenlängen durchlassen und unerwünschte Wellenlängen selektiv absorbieren oder reflektieren.

Farbfilter werden normalerweise aus transparenten Stücken aus gefärbtem Glas, Kunststoff oder lackierter Gelatine (z. B. Wratten-Filter) hergestellt, die behandelt wurden, um die gewünschten Wellenlängen selektiv zu übertragen, während andere eingeschränkt werden. Die beiden heute am häufigsten verwendeten Filtertypen sind Absorption Filter, die unerwünschte Wellenlängen absorbieren und Interferenz Filter, die ausgewählte Wellenlängen durch interne destruktive Interferenz und Reflexion entfernen. Bei jedem Filter wird unabhängig von der Filterkonstruktion ein kleiner Teil des einfallenden Lichts von der Oberfläche reflektiert und ein kleiner Teil des Lichts wird auch absorbiert. Diese Artefakte sind jedoch in der Regel sehr gering und beeinträchtigen die Primärfunktion des Filters nicht.

Absorptionsfilter - Diese Filter sind in der Regel aus gefärbtem Glas, lackierter Gelatine oder synthetischen Polymeren (Kunststoffen) aufgebaut und haben ein breites Anwendungsspektrum. Sie werden zum Erstellen von Spezialeffekten in einer Reihe von Fotoanwendungen verwendet und sind in der Kinoindustrie weit verbreitet. Darüber hinaus finden sich Absorptionsfilter häufig in Schildern und Verkehrssignalen sowie als Richtungssignale in Automobilen, Booten und Flugzeugen. Das Diagramm unten (Abbildung 1) zeigt einen Magenta-Filter, der für die Anpassung an ein Kameraobjektiv ausgelegt ist. Wir haben auch ein gebaut interaktives Java-Tutorial das beschreibt, wie lackierte Gelatine- und Glasfilter funktionieren.

In Abbildung 1 sind die drei einfallenden Wellen rot, grün und blau gefärbt, sollen jedoch alle Farben darstellen, die weißes Licht umfassen. Der Filter lässt selektiv die roten und blauen Anteile des einfallenden weißen Lichtspektrums durch, absorbiert jedoch die meisten grünen Wellenlängen. Wie in unserem Abschnitt über besprochen Grundfarben, die Farbe Magenta wird durch Subtrahieren von Grün von weißem Licht erhalten. Die lichtmodulierenden Eigenschaften eines typischen Farbfilters sind in Abbildung 2 dargestellt. In diesem Fall untersuchen wir a Farbkorrektur Filter, der dem einfallenden Licht einen Faktor von 50 Farbkompensationseinheiten (cc) hinzufügt. Die Details der Farbkorrekturfilter werden in der Farbkorrektur Abschnitt unten.

In Abbildung 2 oben ist die Absorption gegen die sichtbaren Wellenlängen aufgetragen, die durch den Magentafilter geleitet werden. Die Spitzenintensität des absorbierten Lichts liegt bei etwa 550 Nanometern, genau in der Mitte des grünen Bereichs der sichtbaren Wellenlängen. Der Filter absorbiert auch etwas Licht im blauen und roten Bereich, was darauf hindeutet, dass dieser Filter nicht perfekt ist und ein kleiner Teil aller Wellenlängen nicht durchgelassen wird. Ein perfekter Filter hätte einen sehr scharfen Peak im grünen Bereich, der bei nicht-grünen Wellenlängen auf Null absinkt, aber dies ist mit realen sichtbaren Absorptionsfiltern, die zu vernünftigen Preisen hergestellt werden können, fast unmöglich zu erreichen. Diese Art der unerwünschten Absorption wird oft als . bezeichnet Sekundärabsorption und ist bei den meisten Filtern üblich.

Absorptionsfilter

Erfahren Sie, wie Gelatine- und Glasabsorptionsfilter verwendet werden, um ein bestimmtes Wellenlängenband durchzulassen.

Interferenzfilter - Diese Filter unterscheiden sich von Absorptionsfiltern dadurch, dass sie unerwünschte Wellenlängen reflektieren und destruktiv stören, anstatt sie zu absorbieren. Der Begriff dichroitisch entsteht dadurch, dass der Filter bei Beleuchtung mit Durchlicht eine Farbe und bei Auflicht eine andere Farbe erscheint. Im Fall des unten in Fig. 3 dargestellten dichroitischen Magentafilters wird grünes Licht von der Vorderseite des Filters reflektiert und magentafarbenes Licht wird von der anderen Seite des Filters durchgelassen.

Dichroitische Filter werden unter Verwendung von mehrschichtigen Dünnfilmbeschichtungen hergestellt, die durch Vakuumabscheidung auf optischem Glas abgeschieden werden. Diese Filter haben vier grundlegende Designtypen: Kurzwellenpass, Langwellenpass, Bandpass und Kerbfilter. Dichroitische Filter sind im Vergleich zu Gel- und Glas-Absorptionsfiltern weitaus genauer und effizienter in ihrer Fähigkeit, unerwünschte Wellenlängen zu blockieren. Dichroitische Filter mit kurzem und langem Wellenlängenpass wirken wie die Namen andeuten und erlauben nur die Übertragung von schmalen Bändern mit kurzen oder langen Wellenlängen, wobei die unerwünschten Wellenlängen reflektiert werden. Dichroitische Bandpassfilter sind die gebräuchlichsten und wurden entwickelt, um ausgewählte Wellenlängen im sichtbaren Bereich zu übertragen. Das Diagramm unten (Abbildung 4) zeigt das Transmissionsspektrum eines typischen dichroitischen Bandpassfilters.

In diesem Diagramm haben wir die Wellenlängen, die vom Filter durchgelassen werden, gegen den Prozentsatz der Durchlässigkeit aufgetragen. Beachten Sie, dass das Wellenlängenmaximum bei 550 Nanometern liegt – genau in der Mitte des grünen Bereichs. Dieser Filter ist viel effektiver als der oben diskutierte magentafarbene Filter aus Glas oder lackiertem Gel, da praktisch keine unerwünschten Wellenlängen durchgelassen werden und eine sekundäre Transmission fast nicht vorhanden ist. Die letzte Art von dichroitischen Filtern sind als Kerbwellenlängenfilter bekannt, die durch "Auskerben" oder Eliminieren unerwünschter Wellenlängen arbeiten. Kerbfilter sind effektiv das Gegenteil von dichroitischen Bandpassfiltern. Um das im Diagramm dargestellte Beispiel zu verwenden, würde ein Kerbfilter die roten und blauen Farbwellenlängen passieren lassen, die mit dem Bandpassfilter blockiert werden.

Dichroitische Filter werden üblicherweise für eine Reihe von Anwendungen verwendet, einschließlich spezieller Filter für die optische Mikroskopie und Fotografie. Hochwertige Farbvergrößerer verwenden dichroitische Filter (anstelle von Absorptionsfiltern), um die Farbe des Lichts, das durch das Farbnegativ oder die Transparenz hindurchgeht, fein abzustimmen. Dies ermöglicht dem Fotografen ein hohes Maß an Farbkorrekturkontrolle über fotografische Abzüge.

Farbkorrektur - Fotografen und Mikroskopiker müssen häufig geringfügige Korrekturen in der Farbe der Beleuchtung in fotografischen Vergrößerungsgeräten und Mikroskopstrahlengängen vornehmen, um eine genaue Farbwiedergabe zu gewährleisten. Dies geschieht normalerweise mit Kodak Farbkompensation (abgekürzt CC) Filter, die im Strahlengang des Vergrößerers oder Mikroskops platziert werden können. Obwohl wir uns hier auf die Kodak-Filter beziehen, gibt es eine Vielzahl von Herstellern, die diese Filter aus gefärbten Gelen oder dichroitischem Glas herstellen. Diese Filter sind mit einer Zahl gekennzeichnet, die der Lichtabsorptionsfähigkeit des Filters entspricht, typischerweise im etwas willkürlichen Bereich von 05, 10, 20, 30, 40 und 50, wie in der Tabelle unten für Cyan-Filter dargestellt.

Filter
Bezeichnung
Hell
Gesendet
Ungefähre
Übertragung
Spitzenfilter
Dichte
05 (CC05C)8.9
Einheiten
89%0.05
10 (CC10C)7.9
Einheiten
79%0.10
20 (CC20C)6.3
Einheiten
63%0.20
30 (CC30C)5
Einheiten
50%0.30
40 (CC40C)4
Einheiten
40%0.40
50 (CC50C)3.2
Einheiten
32%0.50
Tabelle 1

Mit steigender Zahl wird mehr Licht absorbiert, da die Filter immer dunkler werden. Im obigen Beispiel wird ein Cyan-Filterbereich von 05 bis 50 angezeigt, wobei die Hintergrundfarbe für die Tabelle der ungefähren Filterfarbe entspricht. Der 30-Cyan-Filter (auch als CC50C (Cyan)-Filter bezeichnet) reduziert die Intensität der Komplementärfarbe um 50 % oder einen Belichtungsschritt (Blende). Die CC-Filter sind als Wratten-Filter (Größe 2" × 2" oder 3" × 3") in 6 verschiedenen Farben erhältlich: Blau, Gelb, Grün, Magenta, Cyan und Rot und in verschiedenen Dichten (wie in den Tabellen 1 und dargestellt). 2). Der einfachste Weg, sich an ihre Verwendung zu erinnern, besteht darin, das "Farbkompensationsdreieck" zu konsultieren, das in Abbildung 5 unten gezeigt wird.

Folgen Sie einfach den Pfeilen vom Scheitelpunkt zur gegenüberliegenden Seite oder von der Seite zum gegenüberliegenden Scheitelpunkt. Die richtige CC-Filterfarbe können Sie auch Tabelle 2 entnehmen. Beispielsweise wird ein Grünstich durch die Verwendung eines CC-Magenta-Filters entfernt. Die geeignete Dichte des gewählten CC-Filters muss durch Testaufnahmen ermittelt werden. Siehe John Dellys "Fotografie durch das Mikroskop" für Farbabbildungen von Farbstichen.

Farbe zu sein
reduziert
Farbe
ausgleichend
Filter
erforderlich
BlauGelbCCY
CyanrotCCR
GrünMagentaCCM
GelbBlauCCB
rotCyanCCC
MagentaGrünCCG
Tabelle 2

Bei Experimenten mit Mikrophotographie (Fotografie durch das Mikroskop) fügen wir oft Farbkompensationsfilter in den Strahlengang ein. Dies geschieht am einfachsten, indem Sie den Filter mit einer Schere zu einem Kreis formen und direkt hinter dem Diffusionsfilter in den Lichtweg einführen. Alternativ verkauft Kodak kleine Metallrahmen, die Wratten-Filter halten, die auf dem Lichtport des Mikroskops direkt über der Leuchtfeldblende platziert werden können. Dies ermöglicht eine globale Farbkorrektur in den resultierenden Mikrophotographien.

Beitragende Autoren

Mortimer Abramowitz - Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Melville, New York, 11747.

Michael W. Davidson - National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.


Die Lichtintensität variiert je nach Lampenquelle und es gibt spezifische Leuchten, Lampen und Glühbirnen mit hoher und niedriger Lichtintensität. Beispielsweise emittieren Entladungslampen hoher Intensität eine hohe Lichtintensität, während Leuchtstofflampen als „kühle“ oder Lichtquelle geringer Intensität gelten.

Unterschiedliche Lichtintensitäten haben spezifische Anwendungen im Gartenbau. Junge Pflanzen benötigen beispielsweise kühlere Lichtintensitäten als vegetative und blühende Pflanzen. Darüber hinaus erfordert der Indoor-Anbau im Allgemeinen eine höhere Lichtintensität, da im Gegensatz zu einem Gewächshaus keine natürliche Lichtquelle einfällt und die Intensität der Lampe(n) dies kompensieren muss.

Unterdessen ist eine geringere Lichtintensität wünschenswerter, wenn künstliche Beleuchtung nicht die primäre Lichtquelle ist.


Was verleiht dem Morpho-Schmetterling sein herrliches Blau?

Es gibt mehr als 140.000 Schmetterlings- und Mottenarten auf der Welt, die auf allen Kontinenten außer der Antarktis flattern. Ihre Flügel enthalten unzählige Muster und Farben, die wichtige Werkzeuge für die Tarnung, das Finden von Partnern und das Abschrecken von Raubtieren bieten.

Ein Professor aus der Bay Area versucht, mehr darüber zu erfahren, wie sich diese Farben entwickeln und entwickeln &ndash indem er sehr, sehr klein wird.

Nipam Patel, Professor an der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie an der University of California, Berkeley, untersucht die Tausenden von winzigen Zellen, die als Schuppen bekannt sind, auf Schmetterlingsflügeln.

Aus der Ferne wirken die Schuppenreihen und -reihen wie lebendige Muster, die die Flügel eines Schmetterlings schmücken. Aber aus der Nähe betrachtet ist jede Skala wie ein Farbtupfer in einem pointillistischen Gemälde oder eine Kachel in einem Mosaik, sie stellen eine individuelle Farbeinheit dar.

Lepidoptera, der Name des Ordens, der Schmetterlinge und Motten umfasst, bedeutet "schuppige Flügel" - wie hier am Flügel von Morpho peleides. (Nipam Patel / UC Berkeley)

„Jede Skala ist eine einzelne Zelle, und was die Zellen angeht, sind sie riesig, viel größer als die typischen Zellen in unserem Körper“, sagt Patel, der auch in Berkeleys Abteilung für integrative Biologie arbeitet. „Eine menschliche Blutzelle ist etwa 10 Mikrometer groß – eine ziemlich typische Größe für eine Zelle in unserem Körper. Eine Schmetterlingsschuppe ist riesig, etwa 50 Mikrometer breit und 200-250 Mikrometer lang.“

Morpho peleides scale image (15kx) taken with a scanning electron microscope. (Ryan Null / UC Berkeley)

Some butterfly scales are colored by pigments. But others rely on something called &ldquostructural color&rdquo -&ndash the production of color by nano-sized elaborate shapes that reflect and bend light. Structural color is why we perceive the Morpho butterfly, a dazzling type of blue butterfly found in South America, Mexico and Central America, as bright blue, along with peacock feathers, iridescent beetles and blue eyes.

"Blue is one the rarest colors made as a pigment," notes Ryan Null, a graduate student in Patel's lab. "Most animals can't produce blue pigments."

Varying species of Morpho butterflies. (Jenny Oh/KQED)

One area of ongoing research in the lab centers on structural color in butterflies as it relates to evolutionary developmental biology. The researchers are working to understand how nanostructures in butterflies&rsquo wings are built during the third stage of a their life cycle, known as pupal development. Patel and Null wanted to observe how structural color takes shape on the wings.

Because this normally occurs inside a Morpho's opaque pupa and isn't visible, they remove wings from pupae, grow them in a Petri dish, then study the process. Like developing a photograph or brushing paint on a blank canvas, colors and patterns slowly appear on the ghostly white wings over time &ndash as shown in short time-lapse movies they've filmed of several different butterfly species.

http://www.youtube.com/watch?v=ZJEw79Eafck
Ridges on the scales&rsquo surface are a key component that affects how the wing refracts light. (Video courtesy of Nipam Patel / UC Berkeley)

The scientists, who use high-powered microscopes to study their subjects, hope that by focusing on the very tiny, their research could be applied in innovative ways in the future.

"What's cool about this work is that in contrast to the way people currently mimic naturally occurring structural colors -- by using industrial processes deposit layers of heavy metals by electricity that's expensive and energy-intensive -- butterflies and moths have evolved a way to create these stunning colors with a string of sugar molecules," says Null.

"They appear to be the basic components of all animal cells. The genetic program controlling the creation of the nanostructures is elegant, robust and done in a way that is not hazardous to the life of the animal. If we can figure out how the butterflies do what they do, we have the potential to apply what we learn to a vast array of problems like creating cars that have their "paint" grown from the surface of their sheet metal, vivid cosmetics that are inherently safe for use with minimal testing, and even making solar cells more efficient."

Morpho rhetenor from Nipam Patel's specimen collection. (Jenny Oh/KQED)


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