JP2005194279A - Method for inactivating microbe and apparatus for treating microbe - Google Patents
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Description
本願発明は、微生物の不活化する技術に関し、詳しくはウイルス等の微生物に赤外線レーザー光を照射してウイルス等の不活性化を図りその増殖および活動を停止又は抑制し微生物の汚染による感染等を防止する微生物不活化方法とその装置に関するものである。 The present invention relates to a technique for inactivating microorganisms. Specifically, the microorganisms such as viruses are irradiated with infrared laser light to inactivate the viruses and the like, and the proliferation and activity thereof are stopped or suppressed to prevent infection due to the contamination of the microorganisms. The present invention relates to a method and apparatus for inactivating microorganisms to be prevented.
ウイルスその他の微生物の除去、活動の抑制手段として一般的な手法は熱処理あるいは消毒液の撒布である。一方、血液成分には病原体移入のリスクが常に伴っており、血液 成分におけるウイルス
の存在、主にC型肝炎およびヒト免疫不全ウイルス (HIV)の存在などは大きな問題である。他のウイルス、例えばヒトTリンパ球好性ウイルス 1型(HTLV−1)、B型肝炎(HBV)およびサイトメガロウイルスなども問題となっている。 従来このような場合の対策のひとつとして光化学療法が試みられている。
すなわち、プセウラレン、ポルフィリン、リボフラビンおよびメチレンブルーのジメチルなどの光力学化合物に長波長紫外線(UVA)を照射しこれらの化合物を活性化する手法である。しかしながら、このような光化学手段は化合物の選択、生体適合性の見極め等が難しく必ずしも所期の効果を期待しがたく、また、UVAを血液に照射することから安全性にも問題なしとは言えない。
かくして、生体が微生物、特にウイルスに感染している場合にはこれまでのところウイルス自体の除去、不活性化対策には現実的かつ効果的な手段が存在していないと言うことが出来る。
A common technique for removing viruses and other microorganisms and suppressing activity is heat treatment or disinfection. On the other hand, blood components are always accompanied by the risk of pathogen transfer, and the presence of viruses in the blood components, mainly the presence of hepatitis C and human immunodeficiency virus (HIV), is a major problem. Other viruses, such as human T lymphocyte-loving virus type 1 (HTLV-1), hepatitis B (HBV) and cytomegalovirus are also problematic. Conventionally, photochemotherapy has been tried as one of the countermeasures in such a case.
That is, it is a method of activating these compounds by irradiating photodynamic compounds such as pseuralene, porphyrin, riboflavin and methylene blue dimethyl with long wavelength ultraviolet rays (UVA). However, such photochemical means are difficult to select compounds, determine biocompatibility, etc., and it is difficult to expect the desired effect, and it can be said that there is no problem in safety because UVA is irradiated to blood. Absent.
Thus, when the living body is infected with microorganisms, particularly viruses, it can be said that there is no realistic and effective means for removing and inactivating the virus itself so far.
一方、本願発明者らは、動脈硬化等に関して赤外線レーザー利用による治療技術の開発過程において、所定条件下でのレーザー照射が血液等の生体組織を損傷することなく治癒効果を発現する事実を確認し、この知見に基づいて本願発明を完成するにいたった。
なお、本願発明に関連して次のような技術が以下の文献において開示されている。
On the other hand, the inventors of the present application have confirmed the fact that laser irradiation under a predetermined condition exhibits a healing effect without damaging living tissue such as blood in the development process of treatment technology using infrared laser for arteriosclerosis and the like. Based on this finding, the present invention has been completed.
The following techniques are disclosed in the following documents in relation to the present invention.
なお、本願発明に関連する技術が以下のような文献において開示されている。
本願発明の目的は、生体に感染した微生物を生体に損傷を与えることなく死滅若しくは不活化する技術の提供にある。特に、血液中に存在する微生物の死滅、不活化手段は光化学物質を使用して光照射による等の手段に限られその効果も十全とは言えず血液に対する負荷も少なくない。本願発明は簡易な構成で生体等の担体に負荷を与えず微生物のみを死滅若しくは不活化することができる。 An object of the present invention is to provide a technique for killing or inactivating microorganisms infected with a living body without damaging the living body. In particular, the means for killing and inactivating microorganisms present in blood are limited to means such as photoirradiation using photochemical substances, and the effect is not sufficient, and the load on blood is not small. The present invention has a simple configuration and can kill or inactivate only microorganisms without applying a load to a carrier such as a living body.
本願発明は、担体に寄生する微生物にレーザー光を照射することにより微生物を死滅若しくは不活化する微生物不活化方法を提供することにより、上記従来の課題を解決しようとするものである。 The present invention seeks to solve the above-mentioned conventional problems by providing a microorganism inactivation method that kills or inactivates microorganisms by irradiating them with laser light.
また、上記の微生物不活化方法において、微生物担体は動物の血液となすことがある。 In the above microorganism inactivation method, the microorganism carrier may become animal blood.
さらに、上記の微生物不活化方法において、微生物担体はヒトから採取した血液で構成することがある。 Furthermore, in the above microorganism inactivation method, the microorganism carrier may be composed of blood collected from a human.
さらにまた、上記いずれか記載の微生物不活化方法において、レーザー光の照射はパルス・レーザー光の照射であり、照射対象微生物はウイルスとなすことがある。 Furthermore, in any one of the above-described microorganism inactivation methods, the laser beam irradiation may be pulsed laser beam irradiation, and the target microorganism may become a virus.
そして、上記いずれかの微生物不活化方法において、照射するレーザー光の波長は6−9μmに設定することがある。 In any of the above microorganism inactivation methods, the wavelength of the laser beam to be irradiated may be set to 6-9 μm.
また、上記いずれかの微生物不活化方法において、赤外線レーザー光を波長変換手段、ビームスプリッターを介してその波長を6−9μmに設定するように構成することがある。 Further, in any one of the above microorganism inactivation methods, the wavelength of the infrared laser light may be set to 6-9 μm via the wavelength conversion means and the beam splitter.
本願発明はまた、微生物処理装置であって、赤外線レーザー発振器とこれから出力された赤外線レーザーの波長変換手段と、波長変換されたレーザー光からさらに所定波長のレーザー光を選択するためのビームスプリッターとを具え、前記所定波長のレーザー光を微生物に照射して微生物を死滅又は不活化するようにした微生物処理装置を提供して上記従来の課題を解決しようとするものである。 The present invention is also a microorganism treatment apparatus, comprising: an infrared laser oscillator; wavelength conversion means for an infrared laser output therefrom; and a beam splitter for selecting laser light having a predetermined wavelength from the wavelength-converted laser light. The present invention is intended to solve the above-mentioned conventional problems by providing a microorganism treatment apparatus that irradiates microorganisms with the laser beam having the predetermined wavelength to kill or inactivate the microorganisms.
また、上記の微生物処理装置において、前記波長変換手段は第1および第2の光パラメトリック共振器からなり、ビームスプリッターを介して出力されるレーザー光波長はウイルスの不活化に有効な6−9μmに設定して構成することがある。 Further, in the above microorganism treatment apparatus, the wavelength converting means comprises first and second optical parametric resonators, and the wavelength of the laser light output via the beam splitter is 6-9 μm effective for virus inactivation. May be set and configured.
さらに、上記いずれかの微生物処理装置において、さらに、ビームスプリッターから入射されるレーザー光を伝送する光ファイバーと、この光ファイバーにより伝送される赤外線レーザーのヒト、動物の血管内の血液への照射手段とを具え、ヒト、動物の血液中の微生物に照射してこれを死滅又は不活化するように構成することがある。 Furthermore, in any one of the above-described microorganism treatment apparatuses, an optical fiber that transmits laser light incident from the beam splitter, and a means for irradiating blood in human or animal blood vessels with an infrared laser transmitted by the optical fiber are provided. It may be configured to irradiate or inactivate microorganisms in the blood of humans or animals.
また、上記8いずれかの微生物処理装置において、さらに、ヒト又は動物の血管に連結される血液外部循環経路とこの血液外部循環経路中に形成した赤外線透過部とを具え、赤外線透過部を流通する血液に前記所定波長の赤外線レーザー光を照射して血液中の微生物の死滅又は不活化をなすように構成することがある。 Further, in any one of the above-described microbial treatment apparatuses, the blood treatment apparatus further includes a blood external circulation path connected to a blood vessel of a human or animal and an infrared transmission part formed in the blood external circulation path, and circulates through the infrared transmission part. In some cases, the blood is irradiated with infrared laser light having the predetermined wavelength to kill or inactivate microorganisms in the blood.
本願発明にあっては、次のような効果を奏する。
(1) 生物担体における微生物を生物担体に影響を及ぼすことなく効果的に死滅若しくは不活化できる。特に従来効果的な対策を見出しえなかった血液中の微生物特にウイルスに関して顕著な効果を有する。
(2) 構成が簡素であるため、迅速、容易に微生物の死滅若しくは不活化を実現でき、しかもコストは低廉である。
The present invention has the following effects.
(1) The microorganisms in the biological carrier can be effectively killed or inactivated without affecting the biological carrier. In particular, it has a remarkable effect on microorganisms in blood, especially viruses, for which no effective countermeasures have been found in the past.
(2) Since the structure is simple, the killing or inactivation of microorganisms can be realized quickly and easily, and the cost is low.
血液中のB型肝炎ウイルス、C型肝炎ウイルスに対する有効な対策としては、現在のところ血液を熱処理する方法のみであるが、本願発明者らはこれらのウイルスに感染した血液をFTIR分光器で測定したところ、波長6〜9μmの赤外部に特異な吸収バンドを生じること見出した。これらの知見から上記のウイルスにより生じた吸収バンドの波長に一致したパルス赤外線を照射したところ、媒質(血液)に影響を与えることなくウイルスが不活化され感染力が抑止された。すなわち、ウイルス中のテンプレート(鋳型)が破壊、あるいはウイルスのカプセルの破壊、そしてウイルスの複製酵素(エンザイム)の破壊が生じることが確認された。 At present, the only effective countermeasure against hepatitis B virus and hepatitis C virus in the blood is a method of heat treating the blood, but the inventors of the present application measure blood infected with these viruses with an FTIR spectrometer. As a result, it was found that a specific absorption band was generated in the infrared region having a wavelength of 6 to 9 μm. From these findings, when irradiated with pulsed infrared rays corresponding to the wavelength of the absorption band produced by the virus, the virus was inactivated and the infectivity was suppressed without affecting the medium (blood). That is, it was confirmed that the template in the virus (template) was destroyed, or the capsule of the virus was destroyed, and the virus replication enzyme (enzyme) was destroyed.
照射する赤外線レーザー光は自由電子レーザーにより所定波長6〜9μmを得られるが、オペレーションコスト、メインテナンスコストの点に問題があるため、コンパクトな固体レーザーであるNd:YAGレーザーをベースとしこれに波長変換手段としての光パラメトリック発振器、所定の波長のレーザー光を分離するビームスプリッターの組み合わせにより前記所定波長範囲の波長可変赤外線レーザー光を出射するシステム構成とするのが望ましい。 Irradiated infrared laser light can be obtained with a free electron laser with a predetermined wavelength of 6 to 9 μm, but there are problems in terms of operation cost and maintenance cost, so the wavelength conversion is based on the compact solid-state laser Nd: YAG laser. It is desirable to adopt a system configuration that emits the wavelength-variable infrared laser light in the predetermined wavelength range by combining an optical parametric oscillator as means and a beam splitter that separates laser light of a predetermined wavelength.
なお、レーザー光の照射態様は連続発振(cw)では、血液加熱を発生させるのみでウイルス等の不活化には寄与しないので、パルス照射による必要がある。 なお、パルスは血液中の白血球、血清等の破壊を防止するため、10ns以下が望ましい。
また、ウイルスのバイブレーションによる吸収バンドを使用するため吸収最大の波長の使用が望ましい。入射レーザー光スペクトル幅は狭い方がより効果的であるが、前記システム構成から考えると100Å程度の設定となる。
Note that, in the continuous oscillation (cw) mode, the laser light is irradiated only by generating blood heating, and does not contribute to inactivation of viruses or the like, so it is necessary to perform pulse irradiation. The pulse is desirably 10 ns or less in order to prevent destruction of white blood cells, serum, etc. in the blood.
In addition, since the absorption band due to virus vibration is used, it is desirable to use the maximum absorption wavelength. The narrower the incident laser beam spectral width, the more effective, but the setting is about 100 mm in view of the system configuration.
図1は、本願発明に係る微生物処理装置5の1実施例の概略構成図である。微生物処理装置は、赤外線レーザー発振器とこれから出力された赤外線レーザーの波長変換手段と、波長変換されたレーザー光からさらに所定波長のレーザー光を選択するためのビームスプリッターとを具えて構成されている。図において、1は赤外線レーザー発振器でありLD励起Nd:YAGレーザー発振器で構成され波長1.064μmのレーザー光を出力する。2は前記赤外線レーザー発振器1から入力される波長1.064μmのレーザー光について第1段波長変換を行う第1光パラメトリック共振器であり、ここでレーザー光は2.13μmに波長変換され、第2光パラメトリック共振器3に出力され第2段波長変換がなされる。
すなわち、第2段波長変換後、レーザー光は波長2.8〜3.3μm+6〜9μmとなる。第1パラメトリック共振器2および第2パラメトリック共振器3により赤外線レーザーの波長変換手段が構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a
That is, after the second-stage wavelength conversion, the laser light has a wavelength of 2.8 to 3.3 μm + 6 to 9 μm. The first
第2段波長変換がなされた赤外線レーザー光はビームスプリッター4において、Aレーザー光(波長6〜9μm)とBレーザー光(波長2.8〜3.3μm)とに分けられ前記Aレーザー光が血液感染したウイルス等の不活化処理に使用されることになる。
Infrared laser light subjected to second-stage wavelength conversion is divided into A laser light (wavelength 6-9 μm) and B laser light (wavelength 2.8-3.3 μm) in the
以下は、前述の処理装置による実験例である。
実験例1
(a)直径2“のZnSe(ジンクセレン赤外線透過材料)ウインドウの間にC型肝炎ウイルスを撒布した媒質を保持させたサンプルを数10種類用意した。
(b)前記サンプルに、6〜9μmの波長範囲でレーザー光の強度を0.1〜10kw/平方センチメートルの範囲でパルス照射した。
(c)その結果、入射光強度が約1kw/平方センチメートル、パルス幅 の条件下では図2のグラフに示すようにレーザー光の波長を7.1〜7.9μmの範囲で同調させるとウイルスが急速に不活化することが確認された。
実験例2
(a)レーザー光の照射条件を前記実験例1と同様にし、輸血用の無菌状態の血液サンプル(ZnSeセルに封入)に照射した。
(b)赤外線レーザー光照射後の上記サンプル血液についてESRおよびNMRによるデータを検証したところ、照射は血液(血清、白血球)の劣化に影響を及ぼさずウイルスの不活化がなされていることが確認された。
The following is an experimental example using the above-described processing apparatus.
Experimental example 1
(A) Several tens of samples were prepared in which a medium in which hepatitis C virus was distributed was held between ZnSe (zinc selenium infrared transmitting material) windows having a diameter of 2 ″.
(B) The sample was pulse-irradiated with a laser beam intensity of 0.1 to 10 kw / square centimeter in a wavelength range of 6 to 9 μm.
(C) As a result, under the conditions of incident light intensity of about 1 kW / square centimeter and pulse width, the virus is rapidly inactivated when the wavelength of the laser light is tuned in the range of 7.1 to 7.9 μm as shown in the graph of FIG. Confirmed to do.
Experimental example 2
(A) The laser light was irradiated under the same conditions as in Experimental Example 1, and the sample was irradiated on a sterile blood sample for transfusion (enclosed in a ZnSe cell).
(B) When ESR and NMR data were verified for the sample blood after irradiation with infrared laser light, it was confirmed that the irradiation did not affect the deterioration of blood (serum, leukocytes) and that virus was inactivated. It was.
図3は、本願発明に係る微生物処理装置の第2実施例を示す図である。図3(a)において、5は図1に示す前記第1実施例に係る微生物処理装置であり、6は前記微生物処理装置5のビームスプリッター4から入射されるレーザー光を伝送する光ファイバー、7はこの光ファイバー6により伝送される赤外線レーザーのヒト、動物の血管内の血液への照射手段である。照射手段7は図3(b)に示すように、光ファイバー6の端部に挿入された中空針8で構成されており、図4に示すようにこの中空針8を血管に穿刺して血管内の血液にレーザー光を照射することにより血液中の微生物を死滅又は不活化するようになっている。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the microorganism treatment apparatus according to the present invention. In FIG. 3A, 5 is the microorganism treatment apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, 6 is an optical fiber for transmitting laser light incident from the
図5は本願発明に係る微生物処理装置の第3実施例を示す図である。
図において、5は図1に示す前記第1実施例に係る微生物処理装置であり、9はヒト又は動物の血管に連結される血液外部循環経路であり、10はこの血液外部循環経路9中に形成した赤外線透過部としてのZnSe(ジンクセレン赤外線透過ガラス)セルである。血液外部循環経路9は、両端に注射針Nを具えた血液チューブ11とこの血液チューブ11に介装された血液ポンプ12とにより構成されている。 図6に示すように、ヒトの一方の注射針Nから吸引され血液チューブ11を流通する血液は赤外線透過部10において微生物処理装置から出力される赤外線レーザーが照射され血液中の微生物は死滅もしくは不活化された後血液ポンプ12を介して他方の注射針Nを通り血管に還流するようになっている。
FIG. 5 is a view showing a third embodiment of the microorganism treatment apparatus according to the present invention.
In the figure, 5 is the microorganism treatment apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1, 9 is a blood external circulation path connected to the blood vessels of humans or animals, and 10 is in this blood
1 赤外線レーザー発振器
2 第1光パラメトリック共振器
3 第2光パラメトリック共振器
4 ビームスプリッター
5 微生物処理装置
6 光ファイバー
7、8 中空針
9 血液外部循環路
10 赤外線透過部
11 血液チューブ
12 血液ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
The microorganism treatment apparatus according to claim 7 or 8, further comprising an external blood circulation path connected to a blood vessel of a human or an animal and an infrared transmission part formed in the blood external circulation path. A microorganism treatment apparatus, wherein the circulating blood is irradiated with infrared laser light having a predetermined wavelength to kill or inactivate microorganisms in the blood.
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