LEDinside对话许东：LED生物光学应用的遐思

当前的LED在大部分应用领域都已经陷入了内卷困境中不能自拔，然而，LED的生物光学应用风景独好。无论是利用LED光对人类影响的节律照明和美容照明，还是对植物和动物的农业照明，都是当下LED应用领域外延的关注焦点。然而对光源研究所所长许东来讲，这并不意外，许东认为生物光学才是固态光源真正的技术应用。LEDinside有幸采访到许东先生，请他分享近20年来专注生物光学应用积累下来的真知灼见。

LEDinside：许所您好，您在渔业论坛上有通过“子非鱼”为引，介绍生物光学的本质，您觉得“生物”两个字除了包括鱼类，还有哪些生物会通过生物光学技术改变其生长条件或环境？

许东：其实生物的概念范围较大，我们广义来讲的话，凡是有生命的东西都可以概括到生物范畴，主要看研究的目的性，如果你的目的是想对某种生物进行光照控制，那么生物光学技术都适用，只是光谱不同而已。我们讲生物光学的话，我们主要对标以下几方面：一个是植物种植，光合作用；另外一个是家禽畜养殖，比如鸡、牛、猪的养殖，都要用到光的作用来辅助；还有就是人的健康问题，我们把它归类为人的康养问题，对视觉、皮肤、以及对一些创伤性的理疗的技术应用。还有一个比较重要的方面，那就是细菌与病毒的防护，也属于生物光学的范畴。

LEDinside：从水产养殖的角度看，您觉得目前的生物光学技术是否得到了充分的产业化利用呢？

许东：我个人认为没有，目前仍然是在海洋捕捞上面应用生物光学技术，使用场景较为单一。

我们做的一些研究包括海水淡化养殖，例如大鲮鲆、螃蟹、虾等，还有淡水养殖，淡水养殖的生物光学应用与集鱼灯的应用种类不同，光源应用总量也不同。目前来看，全球集鱼灯的使用量最大，近海捕捞一条捕鱼船可能有几百盏灯，每盏灯800W-1,000W，远洋捕捞集鱼灯的使用规模还要更大，部分企业已经开展远洋捕捞集鱼灯业务，促进海洋捕捞增产增收。对比来看，国内淡水养殖与生物光学结合的产业化利用还未受到重视。

从技术角度出发，光的诱导性在海洋捕捞里的作用，是通过光照把鱼聚集靠近船只附近进行捕捞。在淡水养殖场景，作用是让鱼多吃食物。为什么用灯去结合淡水养殖？实际上我们要知道鱼在傍晚和早晨的时候进食量最大，这时候我们通过光不同的光谱，提高它对食物的辨识度，然后达到的目的是提高“肉料比”，就是投放每一公斤的食物质量，能够产生多少肉蛋白质。假设水的浑浊或者光线不足都会造成不利影响，但给了光以后，鱼类对食物的辨识度会更高，那么沉到底下的或者零散的食物可能被吃得更多。因为鱼有一个特色，一直在喂它一直会长大，鱼是一个消化力极强的动物。因此，光对淡水养殖具有十分重要的影响。

除此之外，还有一个用光比较多的是藻类的养殖。藻类养殖在全球来说还是做了很长时间，因为藻类应用广泛，一部分喂鱼虾，另一部分提取各种元素用于制药。

LEDinside：中国是否已经在生物光学与渔业生产相关领域达到世界的领先水平呢？

许东：就LED集鱼灯技术水平来看，中国与其他国家差别不是很大。国外LED产品在性能上会更精细一些，因为客户出得起更昂贵的价格。全球集鱼灯应用区域主要集中在东南亚，北美、欧洲集鱼灯应用很少，他们很多都是在一些娱乐性的，比如休闲、垂钓等方面，不太用集鱼灯的方法来增加捕捞效率。

从更新换代角度来看，LED光源取代渔业生产应用的金卤灯是必然的。首先是能耗减少，LED集鱼灯比传统卤素灯能源消耗方面更高效，使用寿命更长；其次是LED光源对人体危害小，不会产生有害光质；还有一些政策的强制要求，比如联合国主导下多国签署的环保条约《水俣条约》，到2023年强制要求禁止在海洋区域使用金卤灯，防止渔民乱扔废弃灯具污染海洋环境。习惯上，集鱼用的金卤灯坏了以后，渔民通常都是直接丢弃到大海里，里面所含的汞就会流入大海，LED就不会有问题。

LEDinside：中国在整个世界来看的话，LED渔业应用市场规模能有多大？

许东：根据统计数据，中国2022年渔业灯具市场规模约40万盏，每盏功率不低于500W，市场体量大概8-10亿人民币。后疫情时代，人们对于蛋白的需求有所增加，我相信每年10%-15%的增长量是有的。数据统计口径与被统计对象并没有包括一些企业的自发行为，可能仍然是针对有参与协会组织的企业的调查数据，我个人认为实际上市场规模要更大，在15-18亿人民币左右。

“世界渔业看中国，中国渔业看广东”！世界渔业看中国。无论是产量、技术规模、体量，捕捞还是进出口，中国是最大的鱼蛋白质需求的供应国。全球技术方面的话，我相信中国也是最高，因为我们量大，应用的很多，试错的机会要比别人多得多。但我始终认为过度捕捞跟过度使用化肥对土壤破坏是一个道理。人类过度捕捞就把生态破坏了，最后对我们自身，包括我们每一个人都会产生深刻影响。

中国渔业看广东。广东的渔业装备，包括这几年兴起的“海洋牧场”、还有雷州半岛附近的水产养殖、滩涂养殖等，因为天然优秀的养殖条件，所以广东的体量规模相当大。

LEDinside：您觉得什么是健康照明？是否有官方标准来帮助消费者明确健康照明产品？

许东：你提了一个非常好的问题，其实“健康照明”的提法我认为是个伪命题。我有几个疑问：第一，既然有健康照明，那么你要告诉我哪些是不健康的照明？第二，这些做健康照明的，如果他认为他现在做的东西叫健康照明，而这些企业原来就是做普通照明，那么换句话说，叫不健康照明。你如何去面对？第三，既然你之前销售的是不健康照明，或者亚健康照明，或者说用其他东西解释，那么谁来承担对社会的责任？这些年产业由量到质的变化过程中，一些企业的宣传没有技术逻辑、没有严谨的技术概念、更没有科学概念，可能会误导整个产业。

所以“健康照明”牵扯到法律、人文、文明和对技术的理解，这是一个非常重要的问题。如果业界此刻不去理会技术的底层逻辑，而单独去强调一个“健康照明”的噱头，我认为是一种极不负责的态度。这也是我在最近几个论坛上以及一些行业会议里反复强调的东西。我觉得提出一个技术概念，引导一个新的消费观，没有错，但是技术逻辑在哪里？我们做技术、做产业技术，如果只顾当前的利益，却否定过去，这是对社会不负责。如果它上升到法理层面，那向谁去索赔上千亿的“不健康”照明产品？

我现在的想法是，生物光照可以很好地诠释光对人体健康的影响，光对人的影响，我们会用一个新的概念去替代“健康”概念。“健康照明”不应该给人感觉照明一定要带来健康，其实是两码事。它是光谱促进某些生物反应或者对生物的刺激，来达到一个保护和养护的作用。如果我们讲通过光照就能解决健康问题，那么我们岂不是可以把医院关掉？我们现在讲的“健康照明”，有一个内在逻辑，大部分叫“类太阳光谱”，就是光谱更多的像太阳光谱。那么请问，太阳光谱真的对健康更有好处吗？谁得出结论？没有。事实上我们所有的包括国内外的研究是光谱的某几段，对生物、人体，包括我们的细胞、血液里的一些成分会起到一种叫应激或者响应作用。

比如这几年比较火的“美肤”概念产品，业内一般叫“医美”概念，这是不准确的。因为只要谈到“医疗”，也就是可以达到治疗效果的时候，一定要上升到医疗体系，那是要拿医学认证的。假如从事的医疗设备制造的企业要承担医学对人类和对社会承担的责任，全部要承担。但实际上美容灯，它只是个保健的产品，它只是起到局部的作用。所以我把那个概念改成叫“美肤”、“美肤概念”的产品，“美肤”概念限定于我们控制精准的剂量。很遗憾的是，我看到这么多做“美肤”概念产品，这么多做所谓“健康照明”产品，没有一家企业提出“剂量”的概念。

另外，早几年疫情期间连教室都要挂上紫外线的灯消毒，我当时就提出来，这是一个企业、产业的巨大的认知错误，企业已经把学生的安全置之度外，事实上这种光照模式已经造成一些个案，让很多学生受到UV光照辐射的伤害。“健康”概念不应该乱用、误用，希望媒体、专业技术评估体系能够认真的、负责任的、用文明和科学的态度去看待我们的营销概念，不能把概念用错、做错。

LEDinside：市面上出现很多大路灯、台灯以护眼为主要卖点。是否属于“健康”的范畴？

许东：市面上护眼台灯主要宣传三项指标：低蓝光，高显色性，类太阳光谱。但我只想问，用光度学的哪个指标可以告诉我它对眼睛的健康有作用？作用在哪里？流明、显色性是人为规定的概念，并不是一个真实的物理量，是人对观察光的一致性进行评估的一个指标，跟健康是没有关系的。

其实我们不应该强调灯具护眼，中国的青少年承受太多的学习压力，使我们的教育进入到过度教育的方式上，我们应该提倡：避开过度的读书时间，减少过度用眼。真正的护眼是要把孩子或者儿童释放到大自然，让他们在户外接触阳光，而不是说有哪个台灯可以更多地时间看书、更多的学习。无论如何去保护，我们眼睛的柱状细胞，锥状细胞，它是有寿命限制的，过多的光照会侵害人眼视觉细胞，过度用光会使得视觉细胞产生游离的氧化离子就会越多，视觉细胞损伤或老化会越快。真正的“健康照明”是如何去控制儿童的阅读量，特别在灯下的阅读量，才会解决根本问题。

LEDinside：还有一种灯具备助眠功能，或者说是符合人体节律的照明产品，您怎么看？

许东：我觉得生活习惯和心理状态是影响睡眠质量、节律的首要因素。其次蓝光光谱与褪黑素的产生确实存在联系，但是对人类的影响并没有想象中那么大。这部分确实需要光度学指标的支持，但是更多的是需要生物光学的指标来构成一个对健康或者对人的养护概念的表达。我目前正在参与该领域项目研究，具体细节不便多透露。

LEDinside：我们从植物的角度看，荷兰的设施农业盈利模式位于全球领先水平，中国是否可以借鉴荷兰的管理模式提升农业种植效益呢？植物工厂的发展前景您如何看待？

许东：首先有几个概念要搞清楚：第一，农业是第一产业；第二，全球农业都是受政府干预的一个产业，几乎可以说，对于农业生产国、输出国，或者主要以农业为经济体量的国家，政府对农业的干预度都比较高。第三，农业是地域性很强的产业，不是能照搬照抄那么简单的，需要因地制宜。我们借鉴荷兰经验已经近20年，引进的整套技术，包括种子、水培管理全部引进，但是在中国没有达到它的效果。这里面有很多的因素，我想强调一点，就是任何一个国家的农业技术不可能照搬到中国，换句话说，中国的农业也不可能照搬到国外。

另外，谈到植物工厂，我们先不谈它的造价问题，是否符合碳排放标准是个问题。植物工厂的这种耗电是否有可能会达到碳排放为零，否则的话它都是碳的净排放，也就是说植物工厂建得越多，碳的排放会越多，就不能符合未来人类生态发展的要求。当能源和碳排放指标不作为一个产业考量的时候，例如在一些清洁能源特别丰富的地区，植物工厂可能才有机会。否则我认为植物工厂可能被其他方式的垂直农场迭代，或者以新的形式去发展。

LEDinside：我们可能看到植物生长灯的功率范围很大，甚至到1500W这样的一个功率数值，请问它真的会解决植物生长的不同的场景应用吗？

许东：这种超大功率的植物灯应用于一个非常特殊的植物——医用大麻或工业大麻，并不是所有植物都需要这么高功率才能促进生长，好的农产品品质才是植物用光的主要诉求。我们在讲农业用灯的时候，始终强调碳排放、能耗，这才是最重要的。此外，有些厂家追求高功率，比如集鱼灯厂商，这是对捕鱼知识缺失的表现，并不是光越强对鱼的诱导性越强。事实上，植物灯与畜牧家禽用灯功率都是较小，光照的光谱与剂量才是重点。

LEDinside：那接下来我们谈谈畜牧业，目前对于光可以增加产奶量，调节动物情绪起到一定作用，是否还有其他方面可以有待拓展呢？

许东：我认为LED技术对农业的贡献在未来会起到一个举足轻重的作用。在畜牧家禽养殖方面，我们更多提的是它的“肉料比”，就是我投入的饲料转化成的动物蛋白量和肉质，要强调目的指标。我觉得讲提高奶的产量，是一个综合的过程，当它在干奶期（约60天）的时候，把牛的体质养好，它自然进入怀孕产奶期的时候，就会产很多奶。在实际应用过程中，确实看到应用了光照以后，每头牛它可能增加四五百克的奶产量，这确实是一个不小的量。但是我觉得本质的问题，是通过光照让动物体质变好或者对于饲料的充分吸收而不是光照去直接影响产奶量。

谈到今后会怎么去发展的话，我觉得它的发展是必然的。因为你在用了光以后，它的品质在提升、售价在提升、利润在增加的时候，所有企业都会跟风。市场会自发引导新技术或者新商业模式的升级换代。现在不用并不等于产业不发展，而且我的研究结论是它必须要存在。未来十年到二十年的气候，不可能恢复到我们小时候看到的那个蓝天白云，或者说达到那么好的一个气候条件，这种条件的决定，人工的干预、人工光照的可调节性、精准性的环境可控的农业必须要得到发展。

LEDinside：目前来看，在生物光学应用领域，中国技术发展水平，或者说产业规模在全球来看也是世界领先的吗？

许东：如果从生物光学来讲的话，我觉得中国的应用体量毫无疑问是全球第一。中国的生物光学应用领域，植物灯、动物养殖灯、集鱼灯的应用体量是全球第一。这些年来，通过企业自身的发展和技术迭代，中国产品的品质也不比国外差，就算有差距也是差在技术参数评估的那个百分比，而不是产业应用评估的百分比。有没有差？确实有，在芯片的制程、在一些精细的工艺上，包括一些材料的发现和发明上，中国的整个技术投入和研发的体系比人家差，也就是说你看到LED新的效能提高、或者LED生产品质提高的发布，并不是由我们先发布，这是事实。但是难道一定要达到那么高水准的东西才能推广应用？确实不是，从产业发展来看，一个技术达到一定程度以后，往往是一种最有性价比的产品得到最广泛的应用。在生物光学方面，除非有很特殊的客户要求，否则我敢说95%以上的客户都会选择中国生产的相关产品，因为性价比高，应用效果也不差。

但我们依然需要高品质、高性能参数的器件，因为那是研究拓展的明灯，是指引未来发展的方向。另外，我特别要强调一点，我们需要追求的是LED效率提升带来的性价比，而不是降低LED成本，特别是人力成本和研发成本，过度强调降低成本实际上是以损害从业群体的权益为代价的。

许东：我在这块做了十几年的研究，下面这几个点比较期待：第一，要形成指标性技术的发展，而不是一个技术发展，就是要提出发展的目的，要达到什么样的指标，再把你的技术提出来，而非盲目的自行发展。每款产品需要把指标列出来，它承担了什么，改善了什么。第二，生物光学发展要重视实验技术分析，企业应该认认真真做光谱实验，首先要自己种得出来、生长良好、品质优先，然而能做到的企业却寥寥无几。第三，产学研结合，要注重细胞层级的光学响应分析，要从微观方面去分析光照效果，因为生物光照最本质的是光量子与细胞的能量交换，不是表型的能量交换。第四，生物光照要形成一个生态型的技术发展，要从物理级层面的计算逐步转为生物级别的光谱技术。

（转载自LEDinside  文：LEDinside Leah）