JP2001506890A - 少なくとも１つの表面層を有する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 支持体（３）上に位置する内側（１５）および殺菌消毒可能なおよび／または酸化力を有する外側（２）を有する半導体材料（４）からなる少なくとも１つの表面層（１）と、ＵＶ光源（６）とを備える装置が提案される。この装置の支持体（３）は、光を伝導し、ＵＶ光源（６）からのＵＶ光（１３）はこの光伝導性の支持体（３）を介して半導体材料（４）の内側（１５）に直接投入される。この光伝導性の支持体（３）と、その上に位置する半導体材料（４）の表面層（１）とを、殺菌消毒すべき設備の表面に用いることができ、あるいは、それらで設備の部分を形成することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも１つの表面層を有する装置 本発明は、外側が殺菌消毒可能なおよび／または酸化力を有する少なくとも１ つの表面層を有する装置に関する。本発明はさらに、表面層の外側を殺菌消毒お よび／または酸化するための方法に関する。 衛生は、現代生活の多領域において重要な役割を果たす。これらは特に、健康 の分野を含む。たとえば、病院あるいは医師の手術室では、特定の区域または手 術台のような設備の各々はできるだけ細菌のないように保つ必要があり、完全に 無菌にできればなお良い。また、ヒトが消費する目的の食料品を扱うときも、衛 生に関してかなりの注意を払う必要がある。これはたとえば、食料品の販売カウ ンタや、精肉店またはレストランなどの、食料品を加工する会社の作業台につい て言えることであり、またそれだけでなく、飲料ラインを含む乳製品工場にも当 てはまる。他にも相当な数のものについて当てはまるが、それらに加えて、微生 物学および生物工学の分野における研究、診断および管理についても言及してお くべきである。 これらの分野すべてにおいて、特定の表面をできるだけ、さらには完全に、無 菌に保つことが望ましく、また必要でさえある。同じことが、容器、パイプライ ンおよびバルブの内面にも当てはまる。 これを実行するために、開放された表面を殺菌性の薬剤で機械的に洗浄するこ とにより、それらを清潔に保つことは知られている。適当であれば、器具を高温 で滅菌することができる。特定の場合には、ＵＶ光による照射が採用されること もある。しかしながら、これは常に完全に効果的なわけではなく、さらに、ヒト に危険または負担を負わせることに関してかなりの問題を生じることが多いので 、大規模なＵＶ殺菌消毒作業は、仕事が行なわれていないとき、たとえば夜間に 時々実行されるのみである。 既知の洗浄方法の欠点は、洗浄作業が行なわれた直後から再び細菌が成長し始 めるということである。殺菌作用は、洗浄スタッフの配慮と洗浄の間隔に依存す る。したがって、高度な滅菌状態を保つことは非常に困難であり、かつ経費も高 く嵩む。さらに困難なことは、細菌の中には殺菌剤に対してある抵抗力を獲得す るものもあり、よっていくら奮励努力しても、滅菌は実際には不可能である。特 定の状況下では、この問題に気づかないことも多い。 これ以上に困難な問題は、蒸気の補助によってしか濯ぎまたは滅菌ができない 、内部表面の洗浄である。定期的に濯ぎ洗いをするうちに、洗浄作業が及ばない 死角あるいは「冷たい」領域が出てくる。この結果、細菌のコロニーが形成され 、続いて起こる細菌の形成を促すことにもなり得る。さらに、洗浄のためには作 業を中断しなければならない。同じことが外表面にも当てはまる。毒性の理由か ら、ホルムアルデヒドまたはエチレンオキシドを用いた大規模な殺菌消毒法（た とえば検疫所など）は、かなり問題である。というのも、これらの気体は、物体 内に浸透して、そこから比較的長い期間にわたって放出されるからである。結果 として、このように気体が放出されるとき、器具または部屋の利用可能性が制限 されるので、それらの予備を多めに用意しておく必要がある。 本発明は、外側が比較的容易に殺菌消毒でき、信頼性が比較的高く、かつ／ま たは酸化作用を有する、少なくとも１つの表面層を有する装置を提供するという 目的に基づく。 本発明のさらなる目的は、ＵＶ光を直接照射することができない内面の殺菌消 毒を可能にする、装置を提供することである。本発明の別の目的は、表面層の外 側を殺菌消毒および／または洗浄するための方法を提供することである。 本発明による装置は、支持体上に位置する内側ならびに殺菌消毒可能なおよび ／または酸化力を有する外側を有する半導体材料からなる少なくとも１つの表面 層と、ＵＶ光源とを有する。 そして、この装置は、支持体が光を伝導し、ＵＶ光源からのＵＶ光は、光を伝 導する支持体を介して半導体材料の内側に直接投入されるということを特徴とす る。 光導波路は全反射によって光を先へ導くように光学部品を配置したものであり 、光導波路の内部において内側から外向きに屈折率が減少していることが、特に 重要な役割を果たしている。優れた光導波路として、吸収、散乱および放射によ って起こる光の損失ができる限り少なく保たれることが望ましい。ここで驚くべ きことに、低く、これまでは望ましくなかった、光導波路に沿って外方向へ放出 さ れる放射が、適用される半導体の内側を活性化させるのに十分であり、よって殺 菌消毒および／または酸化を行うのに十分であることがわかった。 かくして、清潔にすることまたは殺菌消毒が必要な物体または作業面に、光伝 導支持体と、半導体材料から作られた表面層とを設けることが可能である。しか しながら、殺菌消毒されるかまたは清潔にされるべき物体自体が光伝導支持体と して設計され、そこに半導体材料から作られた表面層を適用することもできる。 後の説明を簡単にするために、これ以降の文章では、表面上の細菌の数が減少 しただけの場合でも常に「殺菌消毒」ということにする。多くの場合、完全な滅 菌が可能であるが、これは常に必要なわけではない。 表面層を殺菌消毒するために、ＵＶ光源が始動してＵＶ光を放出する。しかし ながら、このＵＶ光は外側からは見えず、半導体材料の内側または裏側に向けら れる。したがって、外側が照射されているときに影をもたらし得る道具類または 他の備品で表面を覆うことが十分に可能である。もはや、必要な殺菌消毒をなし 逐げるためにＵＶ光を外側に放出する必要はない。これにかかわる生物学的、物 理学的、および化学的過程は未だ完全に明らかにはされていないが、ＵＶ光が半 導体材料を励起すなわち光活性化すると推定される。光活性化とは、半導体たと えばｎ−ＴｉＯ₂中に光が吸収され、電子が価電子帯から伝導帯に持ち上げられ ることを意味する。この結果、ラジカル種の形成または機構を介して細菌を殺す 酸化還元電位が生じる。これらの過程は非特異的であり、酸化的分解反応も加え て起こる。半導体は変化しないので、触媒とみなされる。よって、内側から照射 された表面は単純な方法で殺菌消毒される。この性質の殺菌消毒は通常の使用中 でも実行できるので、たとえ作業中でも、完全なまたは少なくとも実質的な滅菌 を維持することができる。 光伝導支持体はＵＶ光源と内側との間に配置される。これにより、表面層に対 するＵＶ光源の配置をより自由に選択することが可能になる。スペースが空いて いないことにより、光源を表面層の後側または内側に配置することができない場 合もある。ここで光伝導支持体を用いると、ＵＶ光を他の場所から半導体材料の 内側へ導くこともできる。 光伝導支持体はパネルとして、たとえば手術台のテーブル上面として好ましく 構成され得る。この場合、パネル状の支持体は片側を、また必要であれば両側を 、半導体材料で被覆することが好ましい。 一方、光伝導支持体を管の形態で設計することもでき、よって、所定の長さに 切断した棒材を利用して、接続継手を含むパイプラインを作ることができる。管 の形態で設計された支持体の場合、管の内面を半導体材料で被覆することが好ま しいが、管の外面を半導体材料で被覆することも可能である。 さらに、光伝導性支持体は容器として設計されてもよく、その内面は半導体材 料で被覆される。一方、容器の内面を光伝導支持体とともに何らかの望ましい材 料で作り、それから半導体材料を与えることもできる。殺菌消毒可能な内面を有 する容器は、たとえば貯蔵タンクである。 光伝導支持体は硬質であり得るが、変形可能な、弾性の、可撓性を有する材料 を光伝導支持体として用いることもできる。好ましくは外表面に半導体材料が塗 布された可撓性のあるホース状の支持体は、医療で用いられるカテーテルを提供 する。さらに、繊維、織布または不織布を、可撓性のある光伝導支持体の材料と して用いてもよい。 支持体の材料は、好ましくは石英または光伝導性ポリマー材料とすることがで きる。適当な光伝導性ポリマー材料は、たとえばフルオロポリマー類またはポリ メタクリル酸メチルである。 光伝導性ポリマー材料は非常に柔軟な設計が可能であり、同時に機械負荷に対 して比較的鈍感である。したがって、表面層と同一平面上にない複数の表面を設 けることもできる。さらに、ＵＶ光を透過させる多数のポリマーがある。 半導体材料は、薄い層の形態で光伝導支持体の材料に適用されるのが好ましい 。ＵＶ光が照射されると、光伝導支持体の材料により、光は内側から通り抜け、 半導体材料に突き当たる。このように、支持体の材料は、半導体を保持するだけ でなく光を伝導する役割も有する。表面層はしたがって、比較的薄く作られ得る 。 支持体の材料は、少なくとも半導体材料の向かい側（反対側）に位置する側で は、半導体材料に向かって反射するのが好ましい。この性質を有する構成は、Ｕ Ｖ光をその側面から支持体材料中へ導くのに有利に利用できる。この性質の放射 は常に特有の放射角を有し、すなわち、概していえば、当該放射は放射錐体を形 成するので、ＵＶ光の一部は半導体材料の内側に直接入射し、一方、ＵＶ光の他 の一部は支持体材料の「底」に入射する。しかしながら、そこからＵＶ光は半導 体材料へ向けて反射されるので、相対的に大きな幅または長さにわたって、側面 または端部に配置されたＵＶ光源から光を供給できる。 半導体材料は、支持体材料上の薄層として形成されるのが好ましい。したがっ て、半導体材料は支持体材料の全表面を覆うことが好ましい。これにより、ＵＶ 光が外方向に透過する危険性はなくなる。したがって、近くに人がいるかいない かにかかわらず殺菌消毒を実行することができる。 この場合、半導体材料は分子数個のオーダの厚さを有するのが特に好ましい。 この場合、半導体材料の層の「底」の分子、すなわちＵＶ光が直接作用する分子 が励起すると、半導体層の頂部の分子がこれに対応して非常に素早く活性化され 、ついで、これが微生物または細菌の不活性化をもたらす。 これに加えて、またはこれに代えて、半導体材料を、表面層上に存在する液体 中に含ませてもよい。たとえば、半導体材料を「清浄化材」として加えることも 可能である。表面の殺菌消毒はまた、たとえば拭いたりスプレーしたりすること により液体を塗布し、さらにその後もしくはそれと同時にＵＶ光源を作動させる ことによって、なし逐げられる。 半導体材料は、二酸化チタンまたは炭化珪素によって形成されるのが好ましい 。これらの材料は安価で入手可能である。これらは、この性質を有する表面層に 設けられるとき、表面の殺菌消毒に有用であることがわかっている。 ＵＶ光の波長は２８０〜４００ｎｍの範囲、特に３２０〜３８０ｎｍの範囲に あるのが好ましい。 通常、ＵＶ光の殺菌消毒作用はおよそ２５４ｎｍの波長でのみ起こる。しかし ながら、この波長は、皮膚細胞に突然変異を生じさせ、かつ特に目に有害である ので、人間には危険である。しかし、ここで採用される２８０〜４００ｎｍの範 囲、特に３２０〜３８０ｎｍ（ＵＶＡ）の範囲の波長は危険ではない。この波長 のＵＶ光は、美容および治療の目的にさえ用いられる。特に３５０ｎｍまたはそ れより長い範囲の波長が選択され、この性質の波長を用いると、ＵＶ光が見えず 、特に失明のおそれがないという利点がある。 好ましい構成では、蛍光染料が、半導体材料および／またはＵＶ光源および／ または光伝導支持体に配置されて設けられる。この蛍光染料は、たとえばポリマ ー中に埋込まれる。このポリマーは、透明の支持体材料かまたは他の光導波路で あってもよい。 蛍光染料を組入れることにより、ＵＶ光源が作動しているか否かを視覚的に監 視することが可能になる。さらに、この構成には、本発明による波長のＵＶ光が 成形可能なポリマーによって伝導され得るという利点がある。これまで殺菌消毒 に用いられてきた約２５４ｎｍのＵＶ光は、石英の伝導体によってしか伝導でき なかった。 さらに、蛍光染料は、まるで光変換器のように作用する。比較的広いスペクト ルのＵＶ光源から射出されるＵＶ光は、当該染料によって画定される比較的狭い 波長範囲の光へと変換される。この方法で、ＵＶ光源のエネルギはさらに有効に 利用され得る。 ＵＶ光源に加えて、半導体材料を電気的に励起する励起装置を用いることも可 能である。電気的励起は、自由原子価を生成させること、つまり電子を価電子帯 から伝導帯へと運ぶこともでき、この作用で、上述の酸化還元電位によって細菌 を再び不活性化できる。 本発明を、添付の図面と関連する好ましい実施例を参照しながら以下に説明す る。 図１は、本発明による装置の概略断面図である。 半導体材料４から作られる表面層１の内側１５は光伝導支持体の上に位置する 。そして、表面層の外側は、殺菌消毒可能なおよび／または酸化力を有する表面 を形成する。外側が殺菌消毒可能なおよび／または酸化力を有する表面層、およ び該表面層の内側を上に載せた光伝導支持体を、設備（より詳細には図示せず） の部分、たとえば作業台もしくは手術台、容器の内壁、または管の内壁もしくは 外壁などに適用することができる。しかしながら、設備それ自体の部分、たとえ ば手術台、パイプラインまたはカテーテルを、上に半導体材料を載せた光伝導支 持体として設計することもまた可能である。光伝導性、ＵＶ透過性の支持体材料 は、たとえば光伝導性ポリマー材料で形成されてもよい。この性質のポリマーは 、遡 及的に（後から）表面に適用（塗布）することもできるという利点を有する。 たとえば、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）または炭化珪素は半導体材料４に適して おり、これは特に薄層として適用され、層の厚さは分子数個のオーダであるのが 好ましい。 外側２に対向するその側面５を、簡明のため、下側と呼ぶこともあり、支持体 材料３は反射するように設計される。すなわち、下側５は、外側２の方向から入 射する光を、外側２へと反射する。 これらの反射特性は特にＵＶ光と関連して重要である。この目的で、装置は２ ８０〜４００ｎｍ、特に３２０〜３８０ｎｍの範囲にある波長のＵＶ光を射出す るＵＶ光源６を有する。ＵＶ光源には反射体（反射鏡）７が設けられ、これはＵ Ｖ光源６から射出されるＵＶ光を、透明でかつ光伝導性の支持体材料３へ向ける 。矢印１３からわかるように、光の一部は半導体材料の層４の内側に直接入射す る。ＵＶ光の他の部分は支持体材料３の下側５から半導体材料の層へ向けて反射 される。 ＵＶ光源６を示した位置にスペースの余地がない場合は、ＵＶ光は、支持体材 料内に導入するための適当な場所に到達するまで、好適な光ファイバによって導 いてもよい。 さらに、蛍光染料は、その態様を図示していないが、半導体材料の層４とＵＶ 光源６との間に、たとえば支持体材料３または別の光導波路中に配置される。こ の蛍光染料は「光変換器」として働く。光が比較的広いスペクトル範囲のＵＶ光 を含むとしても、蛍光染料は、光源６のＵＶ光によって励起される。しかし、蛍 光染料は、その後、比較的狭いスペクトル範囲のＵＶ光か、場合によっては単一 波長のみのＵＶ光を放射する。当該波長または狭いスペクトル範囲が半導体材料 に好適に適合すれば、光源６からのエネルギを優れた水準で利用することが可能 になる。 支持体材料３に半導体材料の薄層４が適用されるにすぎない場合でも、この層 はＵＶ光が外方向へ透過するのを防ぐのに十分であり、また少なくとも、観察者 が不快な感覚を経験したり、何らかの形で不便であったり、危険にさらされたり することがないよう満足できる程度までＵＶ光の透過を減じるのに十分である。 層４は分子数個分の厚さしかない。光源６からのＵＶ光がこのとき層４の内側に 突き当たると、半導体たとえばＴｉＯ₂は、その領域で励起される。電子は「内 側へ」移動する、すなわち異なるエネルギ水準まで持上げられると想定される。 その結果、この場所に細菌が存在すると、自由原子価のため、細菌は酸化され、 そのため不活性化される。半導体層４は支持体材料の全表面を覆い、ＵＶ光源６ からのＵＶ光は内側から層４の全体に作用するので、表面の細菌はすべてこれに 対応して酸化され、またそれにより不活性化される。 層４の半導体材料が、裏側から入射するＵＶ光によって励起されることに加え て、電気励起を用いることもまた可能である。このために、電気励起装置１０を 設け、層４に２つの電極１１、１２を介して接続する。電気的励起は、ＵＶ光に よる半導体材料の励起を補助するのに用いることができる。 支持体３の上に位置する表面層１の使用は平面に限定されない。よって、この 構造を設けることができるかあるいはこの構造から形成され得る何らかの設備の 作業面、テーブル、壁、土台または外側のみならず、たとえば、この性質の表面 層をパイプまたは何らかの形状の物体の内壁に適用することもまた可能である。 これはさらに、たとえば腐食を食い止めるために既に行われているように、光伝 導ポリマーを現存のパイプライン内に導入することにより、遡及的に実行するこ とさえできる。層４を支持体材料３に永久的に適用することもできる。これに代 えて、層４を、たとえば半導体材料を細かく砕いた形で含む液体を用いて、清浄 化の目的だけに適用してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．支持体（３）上に位置する内側（１５）および殺菌消毒可能なおよび／また は酸化力を有する外側（２）を有する半導体材料（４）からなる少なくとも１つ の表面層（１）と、ＵＶ光源（６）とを備え、前記支持体（３）は光を伝導させ 、かつ前記ＵＶ光源（６）からのＵＶ光（１３）は、光伝導性の前記支持体（３ ）を介して前記半導体材料（４）の前記内側（１５）に直接投入されることを特 徴とする、装置。 ２．前記支持体（３）は、片側または両側を前記半導体材料（４）で被覆された パネルとして設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ３．前記支持体（３）は、管の形態に設計されており、かつ前記半導体材料（４ ）は、前記管の内面および／または前記管の外面に適用されていることを特徴と する、請求項１に記載の装置。 ４．前記支持体（３）は、前記半導体材料（４）で内面が被覆された容器として 設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。 ５．前記支持体の材料が、石英またはポリメタクリル酸メチル等の光伝導性ポリ マー材料であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。 ６．前記支持体が、塑性変形または弾性変形できるものであることを特徴とする 、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。 ７．前記半導体材料（４）は、厚さが分子数個分のオーダの薄層等の薄層として 形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。 ８．前記半導体材料（４）は、光伝導性の前記支持体（３）上に位置する液体中 に含まれることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。 ９．前記半導体材料（４）が二酸化チタンまたは炭化珪素であることを特徴とす る、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。 １０．蛍光染料が、前記半導体材料（４）および／または前記ＵＶ光源（６）お よび／または光伝導性の前記支持体（３）中に配置されていることを特徴とする 、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。 １１．前記ＵＶ光源（６）に加えて、前記半導体材料（４）を電気的に励起する 励起装置（１０）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれ か１項に記載の装置。 １２．内側（１５）が支持体（３）上に位置する半導体材料（４）からなる表面 層（１）の外側をＵＶ光源（６）を用いて殺菌消毒しかつ／または酸化するため の方法であって、前記ＵＶ光源（６）からのＵＶ光（１３）を、前記支持体（３ ）を介する光の伝導によって前記半導体材料（４）の内側（１５）に直接投入す ることを特徴とする、方法。 １３．前記ＵＶ光の波長が２８０〜４００ｎｍの範囲、または３２０〜３８０ｎ ｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。