JP2006102004A - Method and apparatus for low-temperature and dry sterilization - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大気中において高エネルギー粒子等を用いて物体や生体表面に生存する細菌の殺菌を行う技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for sterilizing bacteria that live on an object or a living body surface using high-energy particles or the like in the atmosphere.
近年、ＳＡＲＳや鳥インフルエンザ等の病原菌による感染症が突発的に世界的規模で発生し、大きな社会問題となっている。この問題に対する国民の意識は高く、安全でかつ取り扱いが容易な殺菌・消毒技術を確立することが強く求められている。
一方、医療機関や一般家庭等においては、通常、殺菌・洗浄は消毒液を用いて行われているが、現状では、安全性と有効性の両面で完全な消毒液は存在せず、目的に応じた使い分けがされているにすぎない。また、食用の家畜や食品の原料となる家畜の飼育舎における殺菌・消毒の現状は、消毒薬の散布に依存していて甚だ不十分であり、これら家畜の感染予防技術の開発も緊急の課題となっている。
In recent years, infectious diseases caused by pathogenic bacteria such as SARS and avian influenza have suddenly occurred on a global scale, which has become a major social problem. Public awareness of this issue is high, and it is strongly required to establish a safe and easy-to-handle sterilization / disinfection technology.
On the other hand, in medical institutions and general households, sterilization and cleaning are usually performed using a disinfectant. However, at present, there is no complete disinfectant in terms of safety and effectiveness. It is only used properly according to the situation. In addition, the current status of sterilization and disinfection in edible livestock and livestock breeding buildings that are the raw materials for food depends on the dispersal of disinfectants, and development of infection prevention technology for these livestock is an urgent issue. It has become.
また、従来公知の医療用小型低温殺菌装置としては、酸化エチレンガスを用いた殺菌装置、過酸化水素低温ガスプラズマ殺菌装置および放射線を用いた殺菌装置等がある。しかしながら、酸化エチレンガス殺菌装置は、法的規制のある発ガン性物質を用いる点で問題があり、過酸化水素低温ガスプラズマ殺菌装置では、真空装置が必要であり、コストが高くつき、操作が容易ではないという問題があり、放射線を用いた殺菌装置では、高価な放射線発生装置が必要であり、設置場所が限定されるといった問題があった。また、いずれの殺菌装置も医療用器材の殺菌が対象とされ、バッチ式殺菌を採用しているため，殺菌する対象物が限定されるという問題があった。
したがって、本発明の課題は、小型で簡便な装置を用いて、安全かつ確実に殺菌を行うことができる低温殺菌法を提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the pasteurization method which can perform sterilization safely and reliably using a small and simple apparatus.
上記課題を解決するため、本発明は、ガスを励起して、高エネルギー粒子を含む温度非平衡状態のガスを発生させ、前記温度非平衡状態のガスを病原微生物に噴射することによって殺菌を行うことを特徴とする低温乾式殺菌方法を構成したものである。
ここに、温度非平衡状態のガスとは、例えば、病原微生物を死滅させるのに十分高い内部エネルギーを有している粒子が存在している一方、それが有する熱エネルギーが小さく、初期の目的に適したエネルギー状態をもつガスである。
In order to solve the above problems, the present invention performs sterilization by exciting a gas to generate a gas in a temperature non-equilibrium state containing high-energy particles and injecting the gas in the temperature non-equilibrium state to a pathogenic microorganism. This constitutes a low-temperature dry sterilization method.
Here, a gas in a temperature non-equilibrium state means, for example, that there are particles having high enough internal energy to kill pathogenic microorganisms, while the thermal energy that it has is small, A gas with a suitable energy state.
上記課題を解決するため、本発明は、また、ガス供給源と、前記ガス供給源から供給されたガスを励起して、高エネルギー粒子を含む温度非平衡状態のガスを発生させる高エネルギー粒子発生部と、前記高エネルギー粒子発生部で発生した温度非平衡状態のガスを外部の病原微生物に噴射させるガス噴出部と、を備えていることを特徴とする低温乾式殺菌装置を構成したものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention also provides a gas supply source and high-energy particle generation that excites a gas supplied from the gas supply source to generate a gas in a temperature non-equilibrium state including high-energy particles. And a gas jetting unit for injecting gas in a temperature non-equilibrium state generated in the high energy particle generating unit to an external pathogenic microorganism, and constitutes a low-temperature dry sterilizer characterized in that .
上記構成において、好ましくは、前記高エネルギー粒子発生部は、前記ガス供給源からガスの供給を受けるチャンバと、前記チャンバに対し、前記チャンバ内のガスを励起するための電磁界を供給する電磁界発生部と、前記電磁界発生部に電圧を供給する高圧電源と、からなり、前記ガス噴出部は、前記チャンバに接続されたガス噴出管からなっている。 In the above configuration, preferably, the high-energy particle generation unit includes a chamber that receives gas supply from the gas supply source, and an electromagnetic field that supplies an electromagnetic field for exciting the gas in the chamber to the chamber. The generator includes a generator and a high-voltage power supply that supplies a voltage to the electromagnetic field generator, and the gas outlet includes a gas outlet connected to the chamber.
上記構成において、さらに好ましくは、前記高エネルギー粒子発生部は、発生させた前記温度非平衡状態のガスを前記ガス噴出部への導入前に冷却するための冷却手段を備えている。また、前記ガス供給源は、１種類のガスまたは２種類以上の混合ガスを供給するようになっていることが好ましい。 In the above configuration, more preferably, the high energy particle generating unit includes a cooling means for cooling the generated gas in the temperature non-equilibrium state before introducing the gas into the gas ejection unit. The gas supply source preferably supplies one type of gas or two or more types of mixed gas.
さらには、前記高エネルギー粒子発生部は、前記ガス供給源からガスの供給を受けるためのガス供給口に流動変動弁を備えていることが好ましく、また、前記高エネルギー粒子発生部および前記ガス噴出部の少なくとも一方に、発生した温度非平衡状態のガス中に水蒸気を混入させる手段が設けられていることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the high energy particle generation unit includes a flow fluctuation valve at a gas supply port for receiving gas supply from the gas supply source, and the high energy particle generation unit and the gas ejection It is preferable that at least one of the sections is provided with means for mixing water vapor into the generated gas in a temperature non-equilibrium state.
本発明によれば、高エネルギー粒子を含む温度非平衡状態のガスを物体や生体に噴射することによって殺菌を行うので、十分な殺菌機能を生じさせる一方で、物体や生体への損傷を大幅に低減することができる。また、照射対象が金属のような耐熱性のものであれば、噴射するガスの温度を５０℃以上にすることで、殺菌時間を短縮させることが可能となる。 According to the present invention, sterilization is performed by injecting a gas in a temperature non-equilibrium state containing high-energy particles onto an object or a living body, so that a sufficient sterilizing function is produced while damage to the object or the living body is greatly increased. Can be reduced. Further, if the object to be irradiated is heat-resistant such as metal, the sterilization time can be shortened by setting the temperature of the gas to be injected to 50 ° C. or higher.
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による低温乾式殺菌装置の概略構成を示した図である。
図１を参照して、本発明による低温乾式殺菌装置は、ガスボンベ（ガス供給源）８と、ガスボンベ８から供給されたガスを励起して、高エネルギー粒子を含む温度非平衡状態のガスを発生させる高エネルギー粒子発生部１〜３と、高エネルギー粒子発生部１〜３で発生した温度非平衡状態のガスを外部の病原微生物に噴射させるガス噴出部４を備えている。
この実施例では、単一のガスボンベ８が備えられ、１種類のガスが供給されるようになっているが、複数本のガスボンベを備えて、２種類以上の混合ガスを供給する構成とすることもできる。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a low temperature dry sterilizer according to one embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, a low-temperature dry sterilization apparatus according to the present invention generates a gas cylinder (gas supply source) 8 and a gas supplied from the gas cylinder 8 to generate a gas in a temperature non-equilibrium state containing high-energy particles. A high-energy particle generating unit 1 to 3 to be discharged, and a gas ejection unit 4 for injecting gas in a temperature non-equilibrium state generated by the high-energy particle generating unit 1 to 3 to an external pathogenic microorganism.
In this embodiment, a single gas cylinder 8 is provided and one kind of gas is supplied. However, a plurality of gas cylinders are provided to supply two or more kinds of mixed gases. You can also.
高エネルギー粒子発生部１〜３は、この実施例では、マイクロ波プラズマ源からなっている。マイクロ波プラズマ源は、プラズマトーチ３と、マイクロ波電源１と、マイクロ波電源１からプラズマトーチ３に電力を供給する同軸ケーブル２とから構成されている。
図示されないが、プラズマトーチ３は、ガスボンベ８からガスの供給を受けるチャンバと、このチャンバに対し、チャンバ内のガスを励起するための電磁界を供給する電磁界発生部とを有している。また、ガス噴出部は、プラズマトーチ３に備えられたプラズマ噴出管４からなっている。
なお、この実施例では、装置作動時の安全確保のために、マイクロ波プラズマ源におけるマイクロ波電源１を除く部分は、ドラフトチャンバー７内に収容されている。
In this embodiment, the high energy particle generators 1 to 3 are made of a microwave plasma source. The microwave plasma source includes a plasma torch 3, a microwave power source 1, and a coaxial cable 2 that supplies power from the microwave power source 1 to the plasma torch 3.
Although not shown, the plasma torch 3 has a chamber that receives gas supply from the gas cylinder 8 and an electromagnetic field generator that supplies an electromagnetic field for exciting the gas in the chamber to the chamber. Further, the gas ejection part is composed of a plasma ejection tube 4 provided in the plasma torch 3.
In this embodiment, the portion other than the microwave power source 1 in the microwave plasma source is accommodated in the draft chamber 7 in order to ensure safety during operation of the apparatus.
好ましい実施例によれば、プラズマトーチ３は、発生させた温度非平衡状態のガスをプラズマ噴出管４への導入前に冷却するための冷却機構を備えている。また、プラズマトーチ３は、そのチャンバにおけるガス供給口に流動変動弁を備えていることが好ましい。 さらに、プラズマトーチ３のチャンバおよびプラズマ噴出管４の少なくとも一方に、発生した温度非平衡状態のガス中に水蒸気を混入させる手段が設けられていることが好ましい。 According to a preferred embodiment, the plasma torch 3 is provided with a cooling mechanism for cooling the generated gas in a temperature non-equilibrium state before being introduced into the plasma ejection tube 4. Moreover, it is preferable that the plasma torch 3 is equipped with the flow fluctuation valve in the gas supply port in the chamber. Further, it is preferable that at least one of the chamber of the plasma torch 3 and the plasma ejection pipe 4 is provided with means for mixing water vapor into the generated gas in a temperature non-equilibrium state.
こうして、マイクロ波電源１から同軸ケーブル２を通じて、プラズマトーチ３に電力が供給される。また、ガスが、ガスボンベ８からプラズマトーチ３に供給される。そして、プラズマトーチ３で生成されたプラズマが、基板６に固定されたサンプル５に照射され、殺菌が行われる。 In this way, power is supplied from the microwave power source 1 to the plasma torch 3 through the coaxial cable 2. Further, gas is supplied from the gas cylinder 8 to the plasma torch 3. And the plasma produced | generated with the plasma torch 3 is irradiated to the sample 5 fixed to the board | substrate 6, and sterilization is performed.
次に、上述の低温乾式殺菌装置による実際の殺菌作用を調べるべく、試験を行った。試験内容は次のとおりである。
マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚであり、投入電力は３００〜４００Ｗであった。ガスとして、アルゴン、ヘリウムおよび酸素が使用され、最大流量は２０ＳＬＭとされ、また、これらのガスの混合が可能とされた。
Next, a test was conducted in order to examine the actual sterilization effect by the low-temperature dry sterilization apparatus. The contents of the test are as follows.
The frequency of the microwave was 2.45 GHz, and the input power was 300 to 400 W. Argon, helium and oxygen were used as gases, the maximum flow rate was 20 SLM, and mixing of these gases was possible.
サンプル５を設置する基板上の温度が、３２３Ｋ、３３３Ｋ、３５３Ｋ、３８３Ｋとなるように、適宜照射距離が、７０ｍｍから１５０ｍｍの間で調整された。また、アルゴンガスを通したステンレス管を電熱ヒーターで加熱することで、加熱アルゴンガスが供給された。殺菌時間は１０分、２０分、３０分、４０分とされた。
本発明の低温乾式殺菌装置との比較のため、紫外線照射による殺菌を行い、２５４ｎｍを発生する水銀紫外線ランプ（ＵＶランプ）を使用して、サンプルに紫外線が照射された。
The irradiation distance was appropriately adjusted between 70 mm and 150 mm so that the temperature on the substrate on which the sample 5 was placed was 323K, 333K, 353K, and 383K. Moreover, the heated argon gas was supplied by heating the stainless steel tube which let argon gas pass with an electric heater. The sterilization time was 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and 40 minutes.
For comparison with the low-temperature dry sterilization apparatus of the present invention, the sample was sterilized by ultraviolet irradiation, and the sample was irradiated with ultraviolet rays using a mercury ultraviolet lamp (UV lamp) generating 254 nm.
ガス温度は、Ｅ型熱電対で計測された。サンプルとして、バイオインジケーター（３Ｍ製、Ａｔｔｅｓｔ２９０）とＮｏ．１２９１のサンプルが使用された。このサンプルは、自然環境にも存在する枯草菌の芽胞を紙片に塗布したのもからなっている。
殺菌効果の確認が、処理済のサンプル５をバイオインジケーターに挿入して判定を行うことによりなされた。バイオインジケーターによりサンプルが陰性（−）と判定された場合は、細菌数が１０−５減少していることが保証される。一方、陽性（＋）と判定された場合は、１０−５の殺菌効果が得られていないことが示される。
The gas temperature was measured with an E-type thermocouple. As a sample, bioindicator (manufactured by 3M, Attest 290) and No. 1291 samples were used. This sample consists of a piece of paper coated with Bacillus subtilis spores that also exist in the natural environment.
The bactericidal effect was confirmed by inserting the processed sample 5 into a bioindicator and making a determination. If the bioindicator determines that the sample is negative (-), it is guaranteed that the bacterial count has decreased by 10-5 . On the other hand, when it determines with positive (+), it shows that the sterilization effect of 10 < -5 > is not acquired.
枯草菌の芽胞の状態が、キーエンス製リアルサーフェース顕微鏡ＶＥ−７８００を用いて撮影された。図２〜図５は、それぞれ、この実験で得られたサンプル表面に塗布されている枯草菌の芽胞の写真であり、図２は、未処理のもの、図３は、アルゴンプラズマ照射（３５３Ｋ）を実施したもの、図４は、加熱アルゴンガス照射（３５３Ｋ）を実施したもの、図５は、ＵＶ照射を実施したものを示している。芽胞は、未処理で長さ１〜２μｍ程度の繭型であり、その分布は一様でなく、紙の繊維の谷間などに密集している。処理による芽胞の状態の違いは、写真からは判断が困難であったが、処理による密集の度合や芽胞が小さくなる現象が見られた。 The condition of Bacillus subtilis spores was photographed using a KEYENCE real surface microscope VE-7800. 2 to 5 are photographs of Bacillus subtilis spores applied to the sample surface obtained in this experiment, FIG. 2 is an untreated one, and FIG. 3 is argon plasma irradiation (353 K). FIG. 4 shows the result of heating argon gas irradiation (353 K), and FIG. 5 shows the result of UV irradiation. The spore is untreated and has a cocoon shape with a length of about 1 to 2 μm, and its distribution is not uniform and is densely packed in the valleys of paper fibers. The difference in the state of the spore by treatment was difficult to judge from the photograph, but the degree of crowding by the treatment and the phenomenon that the spore became smaller were observed.
図６は、殺菌温度および殺菌処理方法に対する殺菌率の違いを示したグラフである。図６中、殺菌率（％）は、（陰性を示したサンプル数）／（同じ殺菌条件下の総サンプル数）×１００により算出された値である。 FIG. 6 is a graph showing the difference in sterilization rate with respect to the sterilization temperature and the sterilization treatment method. In FIG. 6, the sterilization rate (%) is a value calculated by (number of samples showing negative) / (total number of samples under the same sterilization conditions) × 100.
この実験により、以下のことがわかった。
（１）殺菌温度が上昇するに従い、殺菌率が増大すること。
（２）アルゴンプラズマと加熱アルゴンガスの照射では、アルゴンプラズマの照射の方が明らかに殺菌率が高いこと。
This experiment revealed the following.
(1) The sterilization rate increases as the sterilization temperature increases.
(2) In argon plasma and heated argon gas irradiation, the argon plasma irradiation clearly has a higher sterilization rate.
１ マイクロ波電源
２ 同軸ケーブル
３ プラズマトーチ
４ プラズマ噴出管
５ サンプル
６ 基板
７ ドラフトチャンバー
８ ガスボンベ
1 Microwave power source 2 Coaxial cable 3 Plasma torch 4 Plasma ejection tube 5 Sample 6 Substrate 7 Draft chamber 8 Gas cylinder
Claims (7)
前記ガス供給源から供給されたガスを励起して、高エネルギー粒子を含む温度非平衡状態のガスを発生させる高エネルギー粒子発生部と、
前記高エネルギー粒子発生部で発生した温度非平衡状態のガスを外部の病原微生物に噴射させるガス噴出部と、を備えていることを特徴とする低温乾式殺菌装置。 A gas supply source;
A high energy particle generator that excites the gas supplied from the gas supply source to generate a gas in a temperature non-equilibrium state that includes high energy particles;
A low-temperature dry sterilization apparatus comprising: a gas jetting unit that jets gas in a temperature non-equilibrium state generated by the high energy particle generating unit to an external pathogenic microorganism.
前記ガス供給源からガスの供給を受けるチャンバと、
前記チャンバに対し、前記チャンバ内のガスを励起するための電磁界を供給する電磁界発生部と、
前記電磁界発生部に電圧を供給する高圧電源と、からなり、
前記ガス噴出部は、前記チャンバに接続されたガス噴出管からなっていることを特徴とする請求項２に記載の低温乾式殺菌装置。 The high energy particle generating part is
A chamber for receiving a gas supply from the gas supply source;
An electromagnetic field generator for supplying an electromagnetic field for exciting the gas in the chamber to the chamber;
A high-voltage power supply for supplying a voltage to the electromagnetic field generator,
The low-temperature dry sterilization apparatus according to claim 2, wherein the gas ejection part is composed of a gas ejection pipe connected to the chamber.
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