JP2008161095A - Apparatus for ultraviolet ray sterilization, and method for ultraviolet ray sterilization - Google Patents

Apparatus for ultraviolet ray sterilization, and method for ultraviolet ray sterilization Download PDF

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章 高橋
Yosuke Kiuchi
陽介 木内
Akio Adachi
昭夫 足立
Toshitaka Ikehara
敏孝 池原
Masatake Akutagawa
正武 芥川
Masayuki Nakano
政之 中野
Mirei Mori
美怜 森
Akiko Hamamoto
晶子 濱本
Noriko Wakikawa
典子 脇川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for ultraviolet ray sterilization with which viruses are inactivated through concentration of near-ultraviolet ray so as to sterilize colored liquid, and sterilization effect on the viruses or the colored liquid is improved even in use having difficulty in uniform irradiation of ultraviolet ray. <P>SOLUTION: The apparatus for ultraviolet ray sterilization of viruses or colored liquid is provided with an LED for radiating ultraviolet ray. The LED is provided with a photogenesis chip having a peak of main emission in a wavelength region of 360-380 nm, and a light-focus lens focusing the light emission of the photogenesis chip so that the LED focuses the light emission of the photogenesis chip with the light-focus lens and emits the focused light. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、LEDの紫外線でもって、ウイルスを不活化し、あるいは有色の液体を殺菌する装置と方法に関し、特に近紫外域と可視光線との境界に発光するLEDを使用する紫外線の殺菌装置と殺菌方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for inactivating a virus or sterilizing a colored liquid with ultraviolet light from an LED, and more particularly, an ultraviolet sterilization apparatus using an LED that emits light at the boundary between the near ultraviolet region and visible light. The present invention relates to a sterilization method.

殺菌は、我々の日常生活のみならず産業上でも必要不可欠である。一般に殺菌方法としては塩素などによる薬剤殺菌、加熱殺菌、紫外線殺菌、オゾン殺菌などが知られているが、薬剤による弊害や環境意識の高まりから、殺菌する対象物が変質しないこと、不要な残留物がないこと、環境に優しいことなどの観点から、より質の高い殺菌技術が求められている。このような背景から、紫外線(UV)を用いた殺菌方法、すなわち紫外線殺菌が広く用いられるようになってきている。   Sterilization is indispensable not only in our daily life but also in industry. In general, chemical sterilization with chlorine, heat sterilization, ultraviolet sterilization, ozone sterilization, etc. are known as sterilization methods. There is a need for a higher quality sterilization technique from the viewpoint of lack of environmental protection and environmental friendliness. From such a background, a sterilization method using ultraviolet rays (UV), that is, ultraviolet sterilization has been widely used.

UVによるウイルスの不活化は、薬剤のように残留するものがなく、安全性において優れている。また、紫外線はウイルスのDNA又はRNAを破壊すると言われ、薬剤殺菌と違い耐性菌を作らないという利点もある。UVによる殺菌機構については、一般に次の説明がされている。細菌をはじめ、生物の細胞内には遺伝情報をつかさどる核酸(DNA又はRNA)が存在し、紫外線が照射されると核酸はその光を吸収し、一部の核酸に障害が起こり遺伝子からの転写制御が滞り新陳代謝に支障をきたし不活化される。   Virus inactivation by UV is excellent in safety because there is no residue like a drug. In addition, ultraviolet rays are said to destroy viral DNA or RNA, and have the advantage of not producing resistant bacteria unlike drug sterilization. The sterilization mechanism by UV is generally explained as follows. Nucleic acids (DNA or RNA) that control genetic information exist in the cells of organisms, including bacteria, and when irradiated with ultraviolet light, the nucleic acids absorb the light, causing damage to some nucleic acids and transcription from the genes. Control is delayed and the metabolism is disturbed and inactivated.

図1は現在、国際的に標準のものとして認められている紫外線殺菌作用の波長特性を示している(非特許文献参照)。図1から明らかな通り、殺菌作用の最大値を示す波長は260nm付近にあり、この波長に近い253.7nmのUV(殺菌線または殺菌放射と呼ばれる)を効率的に放射するランプが殺菌灯(又は殺菌ランプ)として常用されている。しかし、殺菌灯は、殺菌線を透過させる特殊ガラス管で作られており、小型化や軽量化がし難く、また、形状にも制約があり、LEDに比べ消費電力が大きい等の問題がある。また、管内にはアルゴンガスと環境汚染物質である水銀が封入されており、廃棄時に特別な制約があり、煩雑であるなどの問題点がある。   FIG. 1 shows the wavelength characteristics of the ultraviolet germicidal action that is currently recognized as a standard internationally (see non-patent literature). As is clear from FIG. 1, the wavelength showing the maximum value of the bactericidal action is around 260 nm, and a lamp that efficiently radiates 253.7 nm of UV (referred to as bactericidal radiation or bactericidal radiation) close to this wavelength is a germicidal lamp ( Or a sterilizing lamp). However, the germicidal lamp is made of a special glass tube that allows the germicidal wire to pass therethrough, and it is difficult to reduce the size and weight, and there is a problem that the shape is limited and the power consumption is larger than that of the LED. . In addition, argon gas and mercury, which is an environmental pollutant, are enclosed in the tube, and there are special restrictions at the time of disposal and there are problems such as complexity.

この様に問題点のある殺菌灯に代わって、近年、LEDを使用する紫外線殺菌装置の提案がなされている(特許文献1ないし5参照)。特許文献1ないし4は、酸化チタンからなる光触媒をLEDの紫外線で活性化して殺菌作用を発生させることを目的としているものであって、効果的な殺菌のためには光触媒に直接に接触させる必要があるので使用状態に制限を受け、また、光触媒を必須としているため、材料費や光触媒を固着させるための加工が余分に必要であり、また光触媒の性能のばらつきや劣化に左右されるため、殺菌効果が不安定であるなどの問題がある。   In recent years, an ultraviolet sterilizer using LEDs has been proposed in place of the problematic germicidal lamps (see Patent Documents 1 to 5). Patent Documents 1 to 4 are intended to activate a photocatalyst made of titanium oxide with ultraviolet rays of an LED to generate a bactericidal action. For effective sterilization, it is necessary to directly contact the photocatalyst. Because there is a restriction on the usage state, and because a photocatalyst is essential, extra processing is required to fix the material cost and the photocatalyst, and because it depends on the dispersion and deterioration of the performance of the photocatalyst, There are problems such as unstable bactericidal effect.

さらに、特許文献5は、LEDの浄化装置を記載する。この浄化装置は、浄化チャンバと、紫外線光を生成するLEDを備える。LEDは、浄化チャンバの内部を照射するよう配置している。この特許文献は、紫外線照射による殺菌効果の最適範囲が245nmと285nmとの間の紫外線照射であることと、ウイルスが水銀放出の254nmより上の波長に敏感であることを記載する。波長領域を254nmとする短波長の紫外線は、目に見えないばかりでなく、人体に悪い影響を与える。このため、ウイルスを効果的に殺菌できても、安全に使用できない欠点がある。   Furthermore, patent document 5 describes the purification apparatus of LED. The purification device includes a purification chamber and an LED that generates ultraviolet light. The LED is arranged to illuminate the interior of the purification chamber. This patent document describes that the optimal range of bactericidal effects by UV irradiation is UV irradiation between 245 nm and 285 nm and that the virus is sensitive to wavelengths above 254 nm of mercury emission. Short wavelength ultraviolet rays having a wavelength region of 254 nm are not only invisible, but also have a bad influence on the human body. For this reason, even if the virus can be effectively sterilized, there is a drawback that it cannot be used safely.

一方、光触媒を用いない紫外線のみの殺菌においては、図1に示すように、波長が300nm以上になると、殺菌作用が1/100以下と急激に低下して殺菌効果が期待されず、殺菌用としては不要なものとして排除されている。   On the other hand, in the sterilization using only ultraviolet rays without using a photocatalyst, as shown in FIG. 1, when the wavelength is 300 nm or more, the sterilization action is rapidly reduced to 1/100 or less and the sterilization effect is not expected. Are excluded as unnecessary.

さらに、波長を260nm付近とする紫外線は、優れた殺菌効果があるが、この波長の紫外線が優れた殺菌作用を実現するには、殺菌する部分に紫外線を照射する必要がある。紫外線が直接に照射されない陰の部分、あるいは紫外線の照射強度が著しく弱くなる部分では、紫外線による殺菌効果が著しく低下する。   Furthermore, ultraviolet rays having a wavelength of about 260 nm have an excellent sterilizing effect. However, in order to realize an excellent sterilizing action, it is necessary to irradiate ultraviolet rays to the portion to be sterilized. The sterilizing effect due to ultraviolet rays is significantly reduced in shaded areas where ultraviolet rays are not directly irradiated or in areas where the irradiation intensity of ultraviolet rays is significantly weakened.

さらにまた、牛乳などの有色の液体に紫外線を照射して殺菌する装置が開発されている(特許文献6参照)。ただ、有色の液体は、紫外線の透過率が悪く、内部まで紫外線を照射して全体を殺菌できない。とくに、紫外線ランプから放射される波長を254nmとする紫外線は、有色の液体の透過性が悪い。このため、特許文献6に記載されるように、牛乳等を薄膜に流して紫外線を照射する必要があり、構造が複雑になる欠点があった。   Furthermore, an apparatus for sterilizing a colored liquid such as milk by irradiating it with ultraviolet rays has been developed (see Patent Document 6). However, the colored liquid has a poor transmittance of ultraviolet rays, and the whole cannot be sterilized by irradiating the inside with ultraviolet rays. In particular, ultraviolet rays having a wavelength of 254 nm emitted from an ultraviolet lamp have poor permeability for colored liquids. For this reason, as described in Patent Document 6, it is necessary to irradiate ultraviolet rays by flowing milk or the like through a thin film, which has a drawback in that the structure becomes complicated.

特開平9−940号公報JP-A-9-940 特開平9−8361号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-8361 特開平9−38190号公報JP 9-38190 A 特開2004−663号公報JP 2004-663 A 特表2004−508162号公報JP-T-2004-508162 特開平8−57476号公報JP-A-8-57476 [Applications of Germicidal,Erythemal and Infrared Energy 1st.ed.1946]、111頁、著者[Matthew Luckiesh]、出版社[D.Van Nostrand Company,Inc.] 東芝レビュー(11巻9号)昭和31年 論文名「殺菌とその応用」1020頁[Applications of Genetical, Erythemal and Infrared Energy 1st. ed. 1946], 111 pages, author [Matthew Luckies], publisher [D. Van Nostrand Company, Inc. ] TOSHIBA REVIEW (Vol.11, No.9) 1951 Paper title "Sterilization and its application", page 1020

本発明は、近紫外線と可視光線との境界にある紫外線であって、従来の紫外線殺菌からの常識からは殺菌効果がほとんど期待されないとされている特定波長領域の紫外線を使用し、さらに、LEDから放射される特定波長領域の紫外線を均一に放射するのではなくて、その反対に集光レンズで集束して局部的に極めて強い紫外線強度として、紫外線によるウイルスの不活化や有色の液体の優れた殺菌効果、とくに紫外線を集束して紫外線強度を極めて強くする領域に加えて、紫外線強度の極めて弱い領域においても実用的な殺菌効果を実現することに成功したものである。すなわち、従来の紫外線殺菌の常識からは殺菌効果がほとんど期待できない特定波長領域の紫外線を使用し、さらに、均一に紫外線を照射して均一に殺菌しようとする通常の技術思想とは反対に、紫外線を集光レンズで集束して特定の領域には極めて強い紫外線を放射することで、紫外線強度の極めて強い領域のみでなく、紫外線強度の極めて弱い領域においても、従来の紫外線殺菌からは想像もできない優れたウイルスの不活化や有色の液体の殺菌効果を実現するという、従来の技術からは想像もできない優れた特徴を実現するもので、本発明の第1の大切な目的は、従来の常識では殺菌効果が期待されない近紫外線を集光することでウイルスを不活化して有色の液体を殺菌し、さらに紫外線を均一に照射するのが難しい用途においては、紫外線が充分に照射されない部分においても、ウイルスや有色の液体の殺菌効果を飛躍的に向上できる紫外線殺菌装置を提供することにある。   The present invention uses ultraviolet light in a specific wavelength region, which is ultraviolet light at the boundary between near ultraviolet light and visible light, and is expected to have almost no bactericidal effect based on common sense from conventional ultraviolet light sterilization. Rather than uniformly radiating ultraviolet rays of a specific wavelength range emitted from the light, it is focused by a condensing lens to produce extremely strong ultraviolet intensity locally, which inactivates viruses due to ultraviolet rays and excels in colored liquids In addition to the sterilizing effect, particularly in the region where the ultraviolet intensity is focused and the ultraviolet intensity is extremely increased, the practical sterilizing effect has been achieved even in an extremely weak ultraviolet intensity area. In other words, using conventional ultraviolet light in a specific wavelength region where the sterilizing effect can hardly be expected from the common sense of conventional ultraviolet sterilization, and in contrast to the normal technical idea of uniformly irradiating with ultraviolet light, By focusing the light with a condensing lens and emitting extremely strong ultraviolet rays to specific areas, it is impossible to imagine from conventional ultraviolet sterilization not only in areas with extremely high ultraviolet intensity but also in areas with extremely low ultraviolet intensity. It realizes an excellent feature that can not be imagined from the conventional technology of realizing excellent virus inactivation and sterilizing effect of colored liquid, and the first important object of the present invention is the conventional common sense In applications where it is difficult to inactivate the virus by condensing near ultraviolet rays that are not expected to have a bactericidal effect to sterilize colored liquids and to irradiate ultraviolet rays uniformly, Also in the portion outside line it is not sufficiently illuminated to provide an ultraviolet sterilizer that can dramatically improve the bactericidal effects of liquids viruses and colored.

また、本発明の他の大切な目的は、従来では不可能であった、小型、軽量で形状の設計に自由度があり、さらに省エネで、安全性が高く、携帯可能なウイルスや有色の液体の紫外線殺菌装置を提供することにあり、また、光触媒を用いた紫外LEDの欠点である材料面の影響を受けず、かつ低コストの紫外線殺菌装置を提供することにある。   Another important object of the present invention is that it is small, lightweight and has a degree of freedom in designing the shape, which is impossible in the past, and is energy-saving, highly safe, portable viruses and colored liquids. It is to provide an ultraviolet sterilizer that is not affected by the material surface, which is a drawback of an ultraviolet LED using a photocatalyst, and that is low in cost.

本発明の請求項1に記載する紫外線でウイルスを不活化する紫外線殺菌装置は、紫外線を放射するLEDを備える。LEDは、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する発光チップと、この発光チップの発光を集束する集光レンズとを備え、LEDが発光チップの発光を集光レンズで集束して放射する。   The ultraviolet sterilizer which inactivates a virus with the ultraviolet-ray described in Claim 1 of this invention is equipped with LED which radiates | emits an ultraviolet-ray. The LED includes a light-emitting chip having a main light emission peak in a wavelength range of 360 to 380 nm and a condensing lens that focuses light emitted from the light-emitting chip, and the LED focuses and emits light emitted from the light-emitting chip by the condensing lens. .

本発明の請求項2に記載する紫外線を有色の液体に照射して殺菌する紫外線殺菌装置は、紫外線を放射するLEDを備える。このLEDは、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する発光チップと、この発光チップの発光を集束する集光レンズとを備え、LEDが発光チップの発光を集光レンズで集束して放射する。   According to a second aspect of the present invention, an ultraviolet sterilization apparatus for sterilizing a colored liquid by irradiating ultraviolet light includes an LED that emits ultraviolet light. This LED includes a light-emitting chip having a main light emission peak in a wavelength range of 360 to 380 nm and a condensing lens that focuses light emitted from the light-emitting chip, and the LED focuses and emits light emitted from the light-emitting chip by the condensing lens. To do.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDの集光レンズでもって、集束して放射される発光出力の指向特性が、中心線上の放射強度の50%となる角度を、中心線から60度以内とすることができる。さらに、LEDの集光レンズでもって集束して放射される発光出力の指向特性は、中心線上の放射強度の75%となる角度を、中心線から35度以内とすることができる。   In the ultraviolet sterilization apparatus of the present invention, with the LED condensing lens, the angle at which the directional characteristic of the light emission output focused and emitted becomes 50% of the radiation intensity on the center line is within 60 degrees from the center line. be able to. Furthermore, the directivity characteristic of the light emission output focused and radiated by the LED condensing lens can be such that the angle of 75% of the radiation intensity on the center line is within 35 degrees from the center line.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDの集光レンズが、発光チップから放射される発光エネルギーの80%以上を、中心線から60度の範囲に集束して放射することができる。   In the ultraviolet sterilizer of the present invention, the LED condensing lens can radiate 80% or more of the luminescence energy radiated from the light emitting chip in a range of 60 degrees from the center line.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDから1cm離れた中心線上の放射強度を300mW/cm以上、好ましくは、500mW/cm以上とすることができる。 In the ultraviolet sterilizer of the present invention, the radiation intensity on the center line 1 cm away from the LED can be 300 mW / cm 2 or more, preferably 500 mW / cm 2 or more.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDの主発光ピークを、365ないし370nmの波長域とすることができる。   In the ultraviolet sterilizer of the present invention, the main light emission peak of the LED can be in the wavelength range of 365 to 370 nm.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDの主発光ピーク波長における発光スペクトルの半値幅を、5nm以上であって15nm以下とすることができる。   The ultraviolet sterilization apparatus of this invention can make the half value width of the emission spectrum in the main light emission peak wavelength of LED into 5 nm or more and 15 nm or less.

本発明の紫外線殺菌装置は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるLEDを使用することができる。   The ultraviolet sterilizer of the present invention can use an LED made of a gallium nitride compound semiconductor light emitting element.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDの発光のすべて又は一部が殺菌作用を奏する光源として、LEDの近傍における光触媒もしくは波長変換材料の有無に関わらず、殺菌対象物に直接照射することができる。   The ultraviolet sterilizer of the present invention can directly irradiate an object to be sterilized as a light source in which all or part of the light emitted from the LED has a sterilizing action, regardless of the presence or absence of a photocatalyst or a wavelength conversion material in the vicinity of the LED.

本発明の紫外線殺菌装置は、LEDを、棒状、筒状、箱状、平面状、球状もしくは任意の形状の取り付け部材の表面及び/又は裏面に並べて取り付けて、LEDの発光を、取り付け部材の形状に応じて周囲に発散されるようにすることができる。   The ultraviolet sterilizer according to the present invention is configured such that LEDs are mounted side by side on the front and / or back surface of a mounting member having a rod shape, a cylindrical shape, a box shape, a planar shape, a spherical shape, or an arbitrary shape, and the light emission of the LED is changed to the shape of the mounting member. Can be diverged around.

本発明の紫外線殺菌装置は、水に対する密閉性と防水性を備え、かつ紫外線を透過する透明性のある容器またはカプセルにLEDを内蔵することができる。   The ultraviolet sterilization apparatus of the present invention has a sealing property and water resistance against water, and can incorporate an LED in a transparent container or capsule that transmits ultraviolet rays.

本発明の請求項14に記載する紫外線殺菌方法は、有色の液体に紫外線を放射する紫外線殺菌方法であって、有色の液体にリボフラビンを添加し、リボフラビンの添加された有色の液体に、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有するLEDから放射される紫外線を照射する。   The ultraviolet sterilization method according to claim 14 of the present invention is an ultraviolet sterilization method for radiating ultraviolet rays to a colored liquid, wherein riboflavin is added to the colored liquid, and the colored liquid to which riboflavin is added is 360 to Irradiate ultraviolet rays emitted from an LED having a main emission peak in a wavelength region of 380 nm.

本発明の紫外線殺菌方法は、有色の液体を牛乳とすることができる。また、本発明の紫外線殺菌方法は、リボフラビンの添加量を、好ましくは0.5重量%以上とすることができる。   In the ultraviolet sterilization method of the present invention, a colored liquid can be used as milk. In the ultraviolet sterilization method of the present invention, the amount of riboflavin added can be preferably 0.5% by weight or more.

本発明のウイルスや有色の液体の紫外線殺菌装置は、殺菌効果が極めて低いと考えられている波長領域にある360ないし380nmの紫外線を使用し、さらに、この紫外線の照射強度が極めて弱くなる部分においても、ウイルスや有色の液体の殺菌効果を飛躍的に向上できる。ちなみに、主発光ピークを365nm、半値幅を10nm、放射強度が50%となる角度が中心線に対して50度となる指向特性のLEDを使用し、LEDから2cm離れた紫外線の直接照射部分であって紫外線強度を250mW/cmとする直接照射部分のインフルエンザウイルスとヘルペスウイルスの不活化率を図6に示す。図6から明らかなように、インフルエンザウイルスの直接照射部分の不活化率は、5分後、10分後、20分後、30分後において、順番に約85%、100%、100%、100%となり、わずか10分後に不活化率を100%と極めて優れた殺菌効果が実現される。また、ヘルペスウイルスの直接照射部分の不活化率は、10分後、20分後、30分後において、順番に約30%、65%、90%と極めて優れた殺菌効果が実現される。 The ultraviolet sterilizer for viruses and colored liquids according to the present invention uses 360 to 380 nm ultraviolet light in a wavelength region where the sterilizing effect is considered to be extremely low, and further, in the part where the irradiation intensity of the ultraviolet light becomes extremely weak. However, the bactericidal effect of viruses and colored liquids can be dramatically improved. By the way, the main emission peak is 365 nm, the full width at half maximum is 10 nm, and an LED having a directivity characteristic in which the angle at which the radiant intensity is 50% is 50 degrees with respect to the center line is used. FIG. 6 shows the inactivation rate of the influenza virus and herpes virus in the directly irradiated part where the ultraviolet intensity is 250 mW / cm 2 . As is clear from FIG. 6, the inactivation rate of the directly irradiated portion of influenza virus was about 85%, 100%, 100%, 100 in order after 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes. %, And after only 10 minutes, an extremely excellent sterilizing effect is realized with an inactivation rate of 100%. Moreover, the inactivation rate of the directly irradiated part of herpesvirus is about 30%, 65%, and 90% in order after 10 minutes, 20 minutes, and 30 minutes, respectively, and an extremely excellent bactericidal effect is realized.

また、直接照射部分のみでなく間接照射部分においても、インフルエンザウイルスの不活化率は優れた状態となる。間接照射部分は、LEDの中心線に対して80度の方向にあって、直接照射部分から5cm離れた部分であって、紫外線強度が直接照射部分の1/100以下となる部分である。間接照射部分の10分後におけるインフルエンザウイルスの不活化率は約70%となって、優れた不活化率を示す。このことは、紫外線照射強度が1/100以下とほとんど照射されない間接照射部分においても、インフルエンザウイルスは直接照射部分と同じように不活化されることを意味している。間接照射部分は、図1の殺菌効果を示す特性からは、殺菌力から極めて弱い波長領域の紫外線を使用し、さらに紫外線強度を直接照射部分の1/100以下と極めて弱くしながら、直接照射部分に匹敵する殺菌効果を実現する。   Moreover, the inactivation rate of influenza virus will be in an excellent state not only in the direct irradiation part but also in the indirect irradiation part. The indirect irradiation portion is a portion that is in the direction of 80 degrees with respect to the center line of the LED and is 5 cm away from the direct irradiation portion, and the ultraviolet intensity is 1/100 or less of the direct irradiation portion. The inactivation rate of the influenza virus after 10 minutes of the indirect irradiation portion is about 70%, indicating an excellent inactivation rate. This means that the influenza virus is inactivated in the same way as the directly irradiated portion even in the indirectly irradiated portion where the ultraviolet irradiation intensity is almost 1/100 or less. The indirect irradiation portion uses the ultraviolet ray in the wavelength region that is extremely weak from the sterilizing power due to the characteristics showing the bactericidal effect in FIG. 1, and further directly reduces the ultraviolet intensity to 1/100 or less of the direct irradiation portion. The bactericidal effect comparable to is realized.

ちなみに、図1に示す殺菌特性からすると、365nmの紫外線は、260nmの紫外線に比較して、殺菌効果が1/5000と著しく低下する。さらに、間接照射部分の紫外線強度は直接照射部分の1/100以下に低下する。このことからすると、理論的には、間接照射部分の殺菌効果はほとんど期待できない。にもかかわらず、本発明の紫外線殺菌装置は、殺菌効果の少ない365nmの紫外線を照射し、さらに紫外線強度を1/100以下と極めて弱くしても、インフルエンザウイルスを充分に不活化できる効果がある。このことから、365nm紫外線を集光レンズで集束して照射する装置は、殺菌線量が極めて弱い間接照射部分においても効果的にウイルスを不活化できる。すなわち、本発明の紫外線殺菌装置は、紫外線を直接に照射しない部分においても飛躍的に向上されたウイルスの不活化が期待される。このように、紫外線を照射しない部分に極めて優れた殺菌効果を実現するのは、本発明の紫外線殺菌装置が、LEDから放射される360ないし380nmを主発光ピークとする紫外線を、集束して局部的に強い紫外線を照射すことで、空気がウイルスを不活化する環境となり、この空気が流動して、紫外線の照射されない部分においてもウイルスを不活化するからである。すなわち、集束して強くなった紫外線を局部的に照射することで、空気を、ウイルスを不活化させる状態に変化し、この空気が紫外線の直接照射されない部分のウイルスを不活化する。このため、本発明の紫外線殺菌装置は、紫外線を照射しない部分においても、ウイルスを効果的に不活化できるという、従来の装置では実現できない極めて優れた特徴を実現する。このことは、ウイルスの紫外線殺菌装置にとって極めて大切な特性である。それは、紫外線殺菌装置は、殺菌しようとする全面に均一に紫外線を照射することが、現実にはほとんど不可能な用途が多々あるからである。   Incidentally, from the sterilization characteristics shown in FIG. 1, the sterilization effect of 365 nm ultraviolet light is significantly reduced to 1/5000 compared to 260 nm ultraviolet light. Furthermore, the ultraviolet intensity of the indirectly irradiated portion is reduced to 1/100 or less of the directly irradiated portion. From this, theoretically, the sterilizing effect of the indirectly irradiated portion can hardly be expected. Nevertheless, the ultraviolet sterilization apparatus of the present invention has the effect of sufficiently inactivating the influenza virus even when irradiating 365 nm ultraviolet light with little sterilizing effect and further reducing the ultraviolet intensity to 1/100 or less. . For this reason, the apparatus that focuses and irradiates the 365 nm ultraviolet rays with the condenser lens can effectively inactivate the virus even in the indirect irradiation portion where the sterilization dose is extremely weak. That is, the ultraviolet sterilization apparatus of the present invention is expected to greatly improve the inactivation of the virus even in the portion where the ultraviolet rays are not directly irradiated. In this way, the extremely sterilizing effect is realized in the portion not irradiated with ultraviolet rays because the ultraviolet sterilizing device of the present invention focuses the ultraviolet rays having a main emission peak of 360 to 380 nm emitted from the LED, and localizes them. This is because, by irradiating with an extremely strong ultraviolet ray, the air becomes an environment inactivating the virus, and the air flows to inactivate the virus even in a portion not irradiated with the ultraviolet ray. That is, by locally irradiating the focused and strengthened ultraviolet light, the air is changed to a state in which the virus is inactivated, and this air inactivates the virus that is not directly irradiated with the ultraviolet light. For this reason, the ultraviolet sterilization apparatus of this invention implement | achieves the very outstanding characteristic which cannot be implement | achieved by the conventional apparatus that a virus can be inactivated effectively also in the part which does not irradiate an ultraviolet-ray. This is an extremely important characteristic for a virus ultraviolet sterilizer. This is because the ultraviolet sterilization apparatus has many applications in which it is practically impossible to uniformly irradiate the entire surface to be sterilized with ultraviolet rays.

有色の液体は、紫外線の直接照射部分においては、30分の紫外線照射で約40%の大腸菌が死滅し、間接照射部分においても、30分の照射で約30%の大腸菌が死滅する。紫外線の波長を短くしてUVCの紫外線を、同一の条件で照射した牛乳は、大腸菌が死滅しない。さらに、牛乳にリボフラビンを添加すると、30分の紫外線照射で大腸菌の死滅率は約80%と著しく増加する。リボフラビンはビタミンB2であるから、これを牛乳に添加して一緒に食べることができる。   In the colored liquid, about 40% of Escherichia coli is killed by 30 minutes of ultraviolet irradiation in the directly irradiated portion of ultraviolet light, and about 30% of Escherichia coli is killed in 30 minutes of irradiation in the indirect irradiated portion. E. coli is not killed in milk irradiated with UVC ultraviolet rays under the same conditions by shortening the wavelength of the ultraviolet rays. Furthermore, when riboflavin is added to milk, the death rate of E. coli is remarkably increased to about 80% after 30 minutes of UV irradiation. Riboflavin is vitamin B2, so it can be added to milk and eaten together.

また、本発明の紫外線殺菌装置は、小型、軽量、省エネの殺菌装置となるので、従来の殺菌灯では設置が困難な狭隘な場所、大電力の供給が難しい場所に設置でき、また普段でも人が携帯して便利に使用できる。また光触媒を必須としないので、経済的であり、触媒性能の低下の心配がなく、長期間殺菌効果を維持できる。   In addition, since the ultraviolet sterilizer of the present invention is a small, light and energy-saving sterilizer, it can be installed in a narrow place where it is difficult to install with a conventional germicidal lamp, a place where it is difficult to supply a large amount of power, and it is usually a human being. Can be used conveniently. Further, since a photocatalyst is not essential, it is economical, there is no fear of a decrease in catalyst performance, and the bactericidal effect can be maintained for a long time.

さらに、本発明の紫外線殺菌装置は、主発光ピーク波長を360nmないし380nmとする紫外線LEDを使用してウイルスを不活化するので、LEDの発光を淡い紫色として目で見ることができる。人の目に見える可視光線の最短波長が380nmであるからである。このため、本発明の紫外線殺菌装置は、どの部分に紫外線を照射して殺菌しているかを目で確認できる特徴がある。また、紫外線で殺菌している状態にあるかどうかも簡単に判別できる。このため、あらゆる使用状態において均一にむらなく、あるいは必要な部分をより効果的に殺菌できる特徴がある。   Furthermore, since the ultraviolet sterilizer of the present invention inactivates the virus using an ultraviolet LED having a main emission peak wavelength of 360 nm to 380 nm, the emission of the LED can be seen with a light purple color. This is because the shortest wavelength of visible light visible to the human eye is 380 nm. For this reason, the ultraviolet sterilizer of this invention has the characteristics which can confirm visually which part is irradiated and sterilized. It is also possible to easily determine whether or not it is sterilized with ultraviolet rays. For this reason, there is a feature that even in any use state, the required portions can be sterilized more effectively or evenly.

さらに、主発光ピークを360ないし380nmとする紫外線であって、従来は殺菌効果がないとされていた、紫外線としては可視光線に近い波長領域に発光するLEDを使用するので、人の目に与える悪影響を防止しながら効果的に殺菌できるという理想的な特徴を実現する。従来の殺菌灯は、見えない紫外線を使用するにもかかわらず、人がエリア内に居る場合には消灯して紫外線照射を停止する必要であったが、本発明の紫外線殺菌装置は、目で殺菌状態を確認しながら、人が居る場合もオン・オフの必要がなく、24時間連続点灯して殺菌効果を発揮することができる。また、壁などの人の目に付く場所でも、特別な遮蔽材を設けることなく設置することができる。   Furthermore, since it uses ultraviolet light having a main light emission peak of 360 to 380 nm and has been known to have no bactericidal effect in the past, it emits light in a wavelength region close to visible light. The ideal feature is that it can be effectively sterilized while preventing adverse effects. Although the conventional germicidal lamp uses invisible ultraviolet rays, it is necessary to turn off the ultraviolet irradiation and stop the ultraviolet irradiation when a person is in the area. While checking the sterilization state, it is not necessary to turn on / off even when a person is present, and the sterilization effect can be exhibited by continuously lighting for 24 hours. Moreover, it can be installed without providing a special shielding material even in a place such as a wall that is visible to the human eye.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための紫外線殺菌装置と殺菌方法を例示するものであって、本発明は紫外線殺菌装置と殺菌方法を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below exemplify the ultraviolet sterilization apparatus and the sterilization method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the ultraviolet sterilization apparatus and the sterilization method as follows. . Further, this specification does not limit the members shown in the claims to the members of the embodiments.

図2に示す、ウイルスと有色の液体を殺菌する紫外線殺菌装置は、殺菌作用を奏する光源としてLED1を備える。このLED1は、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する紫外線を放射する発光チップを備える。より好ましくは、発光チップが放射する紫外線の主発光ピークは365ないし370nmとさらに狭い波長域とする。主発光ピークをこれ等の波長領域とするLED1は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子で実現する。本発明は、主発光ピークを極めて限られた波長領域とするLED1を備える。このLED1は、主発光ピークの波長領域を、可視光線と近紫外線の境界領域とする。可視光線が380nm以上、近紫外線が300nm以上の波長領域にあるからである。さらに、LED1は、好ましくは、発光スペクトルの半値幅を5nm以上とし、かつ15nm以下とする。半値幅は、LED1の発光スペクトルを特定する。   The ultraviolet sterilizer which sterilizes a virus and a colored liquid shown in FIG. 2 includes an LED 1 as a light source that exhibits a sterilizing action. The LED 1 includes a light emitting chip that emits ultraviolet light having a main light emission peak in a wavelength range of 360 to 380 nm. More preferably, the main emission peak of ultraviolet rays emitted from the light emitting chip is in a narrower wavelength range of 365 to 370 nm. The LED 1 having the main emission peak in these wavelength regions is realized by a gallium nitride compound semiconductor light emitting element. The present invention includes an LED 1 whose main emission peak has a very limited wavelength region. The LED 1 uses the wavelength region of the main emission peak as a boundary region between visible light and near ultraviolet light. This is because visible light is in a wavelength region of 380 nm or more and near ultraviolet light is in a wavelength region of 300 nm or more. Further, the LED 1 preferably has a half width of the emission spectrum of 5 nm or more and 15 nm or less. The full width at half maximum specifies the emission spectrum of the LED 1.

半値幅が15nm以上のLEDは、狭い波長領域のみの紫外線を放射できなくなって、殺菌効果の少ない波長域に分散する。反対に半値幅が5nmよりも狭いLEDは、可視光線の強度が低下して放射される紫外線を目で見ることができなくなる。したがって、LEDから放射される紫外線を目で確認しながら、効果的に殺菌できるように、LEDの半値幅は前述の範囲に特定される。   An LED having a half-value width of 15 nm or more cannot radiate ultraviolet rays only in a narrow wavelength region and is dispersed in a wavelength region having a small sterilizing effect. On the other hand, an LED whose half width is narrower than 5 nm cannot see the ultraviolet rays emitted with the intensity of visible light being reduced. Therefore, the half-value width of the LED is specified in the aforementioned range so that the ultraviolet rays emitted from the LED can be effectively sterilized while visually checking.

また、LED1は、発光チップの発光を集束する集光レンズを備える。このLED1は、発光チップの発光を集光レンズで集束して外部に放射する。したがって、LED1から外部に放射される発光は、局部的に集束されて放射強度が著しく強くなる。とくに、集光レンズで発光を集束するLED1は、中心線の放射強度が強く、中心線からずれるにしたがって放射強度は低下する。   The LED 1 also includes a condenser lens that focuses the light emitted from the light emitting chip. The LED 1 converges the light emitted from the light emitting chip with a condenser lens and radiates the light to the outside. Therefore, the light emitted from the LED 1 to the outside is locally focused and the radiation intensity is significantly increased. In particular, the LED 1 that focuses the light emitted by the condenser lens has a strong radiant intensity at the center line, and the radiant intensity decreases as it deviates from the center line.

集光レンズで発光チップの光を集束して放射するLEDの指向特性を、図3と図4に示す。図3のLEDは、中心線に対して約8度の範囲内に紫外線を照射する。中心線に対して8度の方向に放射される放射強度は、中心線上の50%となる。図4のLEDは、中心線に対して約47度の範囲内に紫外線を照射する。中心線に対して47度の方向に放射される放射強度は、中心線上の50%となる。LEDは、中心線の方向により強く紫外線を照射する指向特性、いいかえると指向特性をシャープにして、紫外線をより狭い領域に集束して、照射部の紫外線強度を強くできる。したがって、本発明の紫外線殺菌装置に使用するLEDは、好ましくは、中心線上の放射強度の50%の放射強度となる角度を、中心線から60度以内とする。また、LEDは、好ましくは、中心線上の放射強度の75%に低下する角度を、中心線から35度以内とする。さらに、LEDは、好ましくは、発光チップから放射される発光エネルギーの80%以上を、中心線から60度の範囲に集束して放射する。   FIG. 3 and FIG. 4 show the directivity characteristics of the LED that converges and emits the light from the light emitting chip with the condenser lens. The LED of FIG. 3 irradiates ultraviolet rays within a range of about 8 degrees with respect to the center line. The radiant intensity emitted in the direction of 8 degrees with respect to the center line is 50% on the center line. The LED of FIG. 4 emits ultraviolet rays within a range of about 47 degrees with respect to the center line. The intensity of radiation emitted in the direction of 47 degrees with respect to the center line is 50% on the center line. The LED can sharpen the directivity characteristic of irradiating ultraviolet rays more strongly in the direction of the center line, in other words, sharpen the directivity characteristics, and focus the ultraviolet rays in a narrower region, thereby increasing the ultraviolet intensity of the irradiation part. Therefore, the LED used in the ultraviolet sterilizer of the present invention preferably has an angle that is 50% of the radiation intensity on the center line within 60 degrees from the center line. In addition, the LED preferably has an angle of dropping to 75% of the radiation intensity on the center line within 35 degrees from the center line. Further, the LED preferably emits 80% or more of the emission energy emitted from the light emitting chip while being focused in a range of 60 degrees from the center line.

さらにまた、LEDの出力と指向特性は、LEDの先端から1cm離れた中心線上の放射強度を、たとえば300mW/cm以上、好ましくは500mW/cm以上とするようにして、強い紫外線を集束して放射させて、空気を殺菌効果の強い状態に変化させる。 Furthermore, the output and directivity characteristics of the LED focus strong ultraviolet rays so that the radiation intensity on the center line 1 cm away from the tip of the LED is, for example, 300 mW / cm 2 or more, preferably 500 mW / cm 2 or more. To change the air into a strong sterilizing effect.

また、LEDは、放射する殺菌作用のある紫外線を直接に殺菌対象物のウイルスや、牛乳などの有色の液体に向かって照射することなく、反射させて間接的に殺菌対象物に向かって照射することもできる。また、LEDから放射される紫外線の一部で光触媒を照射し、光触媒との相乗効果で殺菌することもできる。さらに、紫外線の一部で蛍光体等の波長変換材料を照射し、波長変換材料で紫外線を波長変換することもできる。本発明の紫外線殺菌装置は、LEDから放射される紫外線で光触媒を活性化する効果も強く、光触媒を併用すると紫外線と活性酸素の相乗効果を利用できる。ただ、光触媒を併用すると、触媒性能のばらつきや劣化、さらには材料費、加工費が増大する。したがって、光触媒や波長変換材料を使用することなく、LEDから放射される特定波長の紫外線をできる限り効率よくウイルスや有色の液体に照射して、効果的な殺菌が実現できる。   Further, the LED irradiates the sterilization target indirectly by reflecting it without irradiating the sterilizing ultraviolet light directly irradiating the sterilization target virus or colored liquid such as milk. You can also. Further, the photocatalyst can be irradiated with a part of the ultraviolet rays emitted from the LED, and sterilized by a synergistic effect with the photocatalyst. Furthermore, a wavelength conversion material such as a phosphor can be irradiated with a part of the ultraviolet rays, and the wavelength of the ultraviolet rays can be converted with the wavelength conversion material. The ultraviolet sterilization apparatus of the present invention has a strong effect of activating a photocatalyst with ultraviolet rays emitted from LEDs, and when a photocatalyst is used in combination, a synergistic effect of ultraviolet rays and active oxygen can be used. However, when a photocatalyst is used in combination, the dispersion and deterioration of the catalyst performance, as well as material costs and processing costs increase. Therefore, effective sterilization can be realized by irradiating a virus or colored liquid with ultraviolet rays having a specific wavelength emitted from the LED as efficiently as possible without using a photocatalyst or a wavelength conversion material.

さらに、紫外線殺菌装置は、複数のLEDを、平面状、棒状、筒状、箱状、球状もしくは任意の形状の取り付け部材の表面及び/又は裏面に並べて取り付けることにより、LEDから放射される紫外線を、取り付け部材の形状に応じて周囲に放射して、ウイルスや有色の液体に特定の照射パターンで照射することができる。   Furthermore, the ultraviolet sterilizer arranges a plurality of LEDs side by side on the surface and / or the back surface of a planar, rod-shaped, cylindrical, box-shaped, spherical or arbitrary-shaped mounting member, thereby radiating ultraviolet rays emitted from the LEDs. Depending on the shape of the mounting member, it can be emitted to the surroundings to irradiate a virus or colored liquid with a specific irradiation pattern.

また、紫外線殺菌装置は、水に対する密閉性と防水性を備え、かつLEDから放射される紫外線を透過させる透明性のある容器、またはカプセルにLEDを内蔵することができる。この紫外線殺菌装置は、水滴が付着し、あるいは空気中の水分が結露する用途に便利に使用できる。この構造の紫外線殺菌装置は、水密構造の容器にLEDと一緒に、電池等の電源装置を内蔵させて、さらに便利に使用できる。また、紫外線殺菌装置は、複数のLEDを、発光素子の発光面を外側とする姿勢で、基板側を内側にして集めて組み立てることにより、LEDから放射される紫外線を四方八方に発散する構造として、小型でかつ広範囲に殺菌効果を実現できる。   Moreover, the ultraviolet sterilizer has a hermeticity and waterproofness against water, and can incorporate the LED in a transparent container or capsule that transmits ultraviolet rays emitted from the LED. This ultraviolet sterilizer can be conveniently used for applications where water droplets adhere or moisture in the air is condensed. The ultraviolet sterilization apparatus having this structure can be used more conveniently by incorporating a power supply device such as a battery together with an LED in a watertight container. In addition, the ultraviolet sterilizer has a structure in which a plurality of LEDs are gathered and assembled with the light emitting surface of the light emitting element on the outside and the substrate side facing inward to radiate ultraviolet rays emitted from the LEDs in all directions. It is small and can realize a bactericidal effect over a wide range.

(紫外線殺菌装置の作製)
図5に示すように、紫外線殺菌装置は、平面状の基盤2に、2列のLED1を10cmの間隔に離して配置する。LED1は真下に向く姿勢で、基盤2の下面に固定される。LED1(日亜化学工業株式会社製)は、主発光ピーク波長を365nm、発光スペクトルの半値幅を10nm、光出力を100mW、指向特性を図4に示すものである。2個のLED1は直列に接続して電源3(菊水電子工業株式会社製PAS40−9)に接続される。電源3は、出力を安定化している直流安定化電源である。この電源3は、LED1の光出力を100mWとする定格電流の500mAで通電する定電流モードで使用する。図に示すように、LED1の下端から2cm離した真下の直接照射部分と、2個のLED1の中間の間接照射部分とに殺菌対象物4を配置する。直接照射部分における紫外線の放射強度は250mW/cmである。間接照射部分における紫外線の放射強度は、図4に示すLEDの指向特性から紫外線がほとんど放射されない方向に配置されて、直接照射部分の1/100以下である。
(Production of UV sterilizer)
As shown in FIG. 5, the ultraviolet sterilizer disposes two rows of LEDs 1 at a distance of 10 cm on a planar substrate 2. The LED 1 is fixed to the lower surface of the base 2 in a posture facing downward. LED1 (manufactured by Nichia Corporation) has a main emission peak wavelength of 365 nm, an emission spectrum half width of 10 nm, an optical output of 100 mW, and directivity shown in FIG. Two LEDs 1 are connected in series and connected to a power source 3 (PAS40-9 manufactured by Kikusui Electronics Corporation). The power source 3 is a DC stabilized power source that stabilizes the output. This power supply 3 is used in a constant current mode in which a current of 500 mA is applied at a rated current where the light output of the LED 1 is 100 mW. As shown in the figure, the sterilization object 4 is arranged in a direct irradiation part directly under 2 cm from the lower end of the LED 1 and an indirect irradiation part in the middle of the two LEDs 1. The ultraviolet radiation intensity at the directly irradiated portion is 250 mW / cm 2 . The radiant intensity of the ultraviolet rays in the indirect irradiation portion is arranged in a direction in which almost no ultraviolet rays are radiated from the directivity characteristics of the LED shown in FIG.

以上の紫外線殺菌装置が、ウイルスの不活化と有色の液体の殺菌に優れた効果を有することは、以下の試験で確認される。
(本実験の指標ウイルス)
対象物のウイルスとして、インフルエンザウイルスとヘルペスウイルスを使用する。
(ウイルス液の作成法)
ヘルペスウイルスはベロ細胞、インフルエンザウイルスはMDCK細胞にそれぞれ感染させて増幅させて、細胞培養の上清液から増幅してサンプルのウイルス液を96ウェルプレートに入れる。
It is confirmed by the following test that the above ultraviolet sterilizer has excellent effects on virus inactivation and colored liquid sterilization.
(Indicator virus of this experiment)
Influenza virus and herpes virus are used as target viruses.
(How to make virus solution)
Herpes virus is infected with Vero cells and influenza virus is infected with MDCK cells, amplified, and amplified from the cell culture supernatant, and the sample virus solution is placed in a 96-well plate.

(紫外線殺菌装置から紫外線を照射)
ウイルス液を、滅菌済ウェルプレート(BectonDickinson Labware)に150μリットル入れ、直接照射部分と間接照射部分とに配置して、5分、10分、20分、30分間紫外線を照射する。紫外線は、ポリスチレンのフタを透過して照射される。統計的な有意差を示すために、各条件とも日を変えて3回ずつ実験を行う。
(I radiate ultraviolet rays from an ultraviolet sterilizer)
150 μL of the virus solution is placed in a sterilized well plate (Becton Dickinson Labware), placed in the direct irradiation portion and the indirect irradiation portion, and irradiated with ultraviolet rays for 5, 10, 20, and 30 minutes. Ultraviolet rays are irradiated through a polystyrene lid. In order to show a statistically significant difference, experiments are performed three times at different conditions for each condition.

(紫外線殺菌装置で紫外線を照射した後のウイルス活性の測定)
紫外線照射後のヘルペスウイルス活性の測定は、以下の工程による。
(1)3日間培養したベロ細胞を6ウェルプレートに用意する。
(2)この6ウェルプレートのベロ細胞に、LED照射を行ったウイルス液を200μリットル/ウェルで添加する。一方、紫外線を照射しないウイルス液を同様に6ウェルプレートのベロ細胞に200μリットル/ウェルで添加して、これをコントロールとする。
(3)37℃で1時間放置する。このとき、15分に1回の割合で、ウイルス液がまんべんなくいきわたるように傾ける。
(4)ウイルス液を取り除いた後、重層用培地(0.5%メチルセルロース、2mMグルタミン、2.2g/L重層、1%FBS、1μg/mlファンギゾン、2×MEM)を2mlずつ各ウェルに加えて、37℃で3日間放置する。
(5)各ウェルにクリスタルバイオレット液(10%ホルマリン、0.5%クリスタルバイオレット)を0.5mlずつ加えて30分間室温で放置した後に、液を除いてプラークの数を測定して感染価(PFU/ml)を求める。
(Measurement of virus activity after UV irradiation with UV sterilizer)
The measurement of herpes virus activity after ultraviolet irradiation is according to the following steps.
(1) Vero cells cultured for 3 days are prepared in a 6-well plate.
(2) To the Vero cells of this 6-well plate, the virus solution that has been subjected to LED irradiation is added at 200 μl / well. On the other hand, a virus solution not irradiated with ultraviolet rays is similarly added to Vero cells in a 6-well plate at 200 μl / well, and this is used as a control.
(3) Leave at 37 ° C. for 1 hour. At this time, tilt the virus solution evenly every 15 minutes.
(4) After removing the virus solution, 2 ml of a medium for stratification (0.5% methylcellulose, 2 mM glutamine, 2.2 g / L stratification, 1% FBS, 1 μg / ml fungizone, 2 × MEM) was added to each well. Leave at ℃ for 3 days.
(5) After adding 0.5 ml of crystal violet solution (10% formalin, 0.5% crystal violet) to each well and allowing to stand at room temperature for 30 minutes, the solution was removed and the number of plaques was measured to determine the infectivity titer (PFU / ml).

不活化率は、コントロール(紫外線を照射しないサンプル)に対する感染価率で表す。たとえば、コントロールのプラーク数が1×10PFU/mlであって、紫外線を照射した後の感染価が0.5×10PFU/mlとすれば、ウイルスの不活化率は50%となる。 The inactivation rate is expressed as an infectivity titer rate relative to a control (a sample not irradiated with ultraviolet rays). For example, if the number of plaques in the control is 1 × 10 8 PFU / ml and the infectivity titer after irradiation with ultraviolet rays is 0.5 × 10 8 PFU / ml, the virus inactivation rate is 50%. .

紫外線照射後のインフルエンザウイルス活性の測定は、以下の工程による。
(1)6ウェルプレートに3日間培養したMDCK細胞を用意する。
(2)MDCK細胞を、10%TPB−MEM(10%TPB、2mMグルタミン、2.2g/L重層、1μg/mlファンギゾン、0.1mg/mlストレプトマイシン、2×MEM)で洗う。
(3)この6ウェルプレートのMDCK細胞に、LED照射を行ったウイルス液を200μリットル/ウェルで添加する。一方、紫外線を照射しないウイルス液を同様に6ウェルプレートのMDCK細胞に200μリットル/ウェルで添加して、これをコントロールとする。
(3)37℃で1時間放置する。このとき、15分に1回の割合で、ウイルス液がまんべんなくいきわたるように傾ける。
(4)ウイルス液を取り除いた後、再び10%TPB−MEMで細胞を洗い、その後、トリプシンを含む重層用培地(0.5%メチルセルロース、2mMグルタミン、2.2g/L重層、10%TPB、1μg/mlファンギゾン、2×MEM、1μg/mlトリプシン)を2mlずつ各ウェルに加えて、37℃で3日間放置する。
(5)各ウェルにクリスタルバイオレット液(10%ホルマリン、0.5%クリスタルバイオレット)を0.5mlずつ加えて30分間室温で放置した後に、液を除いてプラークの数を測定して感染価(PFU/ml)を求める。
The measurement of influenza virus activity after ultraviolet irradiation is based on the following steps.
(1) Prepare MDCK cells cultured in a 6-well plate for 3 days.
(2) MDCK cells are washed with 10% TPB-MEM (10% TPB, 2 mM glutamine, 2.2 g / L overlay, 1 μg / ml fungizone, 0.1 mg / ml streptomycin, 2 × MEM).
(3) The virus solution that has been subjected to LED irradiation is added to the MDCK cells of this 6-well plate at 200 μl / well. On the other hand, a virus solution not irradiated with ultraviolet rays is similarly added to MDCK cells of a 6-well plate at 200 μl / well, and this is used as a control.
(3) Leave at 37 ° C. for 1 hour. At this time, tilt the virus solution evenly every 15 minutes.
(4) After removing the virus solution, the cells were washed again with 10% TPB-MEM, and then the medium for stratification containing trypsin (0.5% methylcellulose, 2 mM glutamine, 2.2 g / L stratification, 10% TPB, 1 μg / ml) 2 ml of fungizone, 2 × MEM, 1 μg / ml trypsin) is added to each well and left at 37 ° C. for 3 days.
(5) After adding 0.5 ml of crystal violet solution (10% formalin, 0.5% crystal violet) to each well and allowing to stand at room temperature for 30 minutes, the solution was removed and the number of plaques was measured to determine the infectivity titer (PFU / ml).

不活化率は、コントロールに対する感染価率で表す。たとえば、コントロールのプラークが1×10PFU/mlであって、紫外線を照射した後の感染価が0.8×10PFU/mlとすれば、不活化率は80%となる。 The inactivation rate is expressed as an infectivity value rate relative to the control. For example, if the control plaque is 1 × 10 8 PFU / ml and the infectivity after irradiation with ultraviolet rays is 0.8 × 10 8 PFU / ml, the inactivation rate is 80%.

以上の方法によるヘルペスウイルスとインフルエンザウイルスの紫外線による不活化率は、図6に示すようになる。この図からインフルエンザウイルスは、わずか10分の紫外線照射で不活化率を100%にできる。また、ヘルペスウイルスは、20分の照射で65%、30分の照射で90%と極めて効果的に不活化できる。   The inactivation rate of herpes virus and influenza virus by ultraviolet rays by the above method is as shown in FIG. From this figure, the inactivation rate of influenza virus can be made 100% with only 10 minutes of UV irradiation. In addition, herpes virus can be inactivated very effectively at 65% by irradiation for 20 minutes and 90% by irradiation for 30 minutes.

有色の液体である牛乳の殺菌率は以下の工程で測定する。
(培養液の作成法)
殺菌対象物として使用する細菌の培養には、LB培地を用いる。液体培地と寒天培地(LBプレート)の作成方法を次に述べる。
・LB 培地の組成;
tryptone …………………… 1% (10g/l)
yeast extract …… 0.5% ( 5g/l)
NaCl ……………………………… 1% (10g/l)
寒天培地の場合は、これに、agarを、1.5%、(W/V)になるように加える。
The sterilization rate of milk, which is a colored liquid, is measured by the following process.
(Creation method of culture solution)
LB medium is used for culture of bacteria used as a sterilization target. A method for preparing a liquid medium and an agar medium (LB plate) will be described below.
-Composition of LB medium;
trytone …………………… 1% (10 g / l)
yeast extract …… 0.5% (5 g / l)
NaCl ……………………………… 1% (10 g / l)
In the case of an agar medium, agar is added to this so that it may become 1.5% (W / V).

LB培地は、脱イオン水に溶解後、オートクレーブにて滅菌(121℃、20分)する。寒天培地は、スターラーバーを入れておき、オートクレーブ後、スターラーで均一に攪拌し、65℃程度に冷めたら、10cmのディスポーザブルプラスチックシャーレ(栄研器材株式会社)に適量を分注し、水平な所に置いて固化させる。   The LB medium is dissolved in deionized water and then sterilized by autoclaving (121 ° C., 20 minutes). For the agar medium, add a stirrer bar, stir uniformly with a stirrer after autoclaving, and cool to about 65 ° C. Dispense an appropriate amount into a 10 cm disposable plastic petri dish (Eiken Equipment Co., Ltd.) Set to solidify.

(本実験の指標菌)
殺菌対象物の指標菌として、非病原性大腸菌DH5α株を使用する。実験で作製した殺菌装置の大腸菌に対する殺菌効果の検討を行うために、大腸菌はLB培地5mlを用いて、37℃の振盪培養器で16時間培養したものを使用する。
(Indicator bacteria in this experiment)
A non-pathogenic Escherichia coli DH5α strain is used as an indicator bacterium for sterilization. In order to examine the bactericidal effect of the sterilizer produced in the experiment on Escherichia coli, the Escherichia coli is cultured for 16 hours in a 37 ° C. shaking incubator using 5 ml of LB medium.

(菌数の調整法)
実験では、菌数の測定に、平板培養法を用いる。これは、寒天培地上に一定量の菌液を塗抹し培養して生成したコロニー数を数えるというものである。コロニーとは同一の細菌から成る集団のことで、1個の菌体は肉眼では見えないが、コロニーは肉眼で確認できる。菌数の調整には、まず分光光度計でおよその菌数を測定し、その後、段階希釈を行う。
(Method for adjusting the number of bacteria)
In the experiment, a plate culture method is used to measure the number of bacteria. This is to count the number of colonies produced by smearing and culturing a certain amount of bacterial solution on an agar medium. A colony is a group of the same bacteria, and one cell cannot be seen with the naked eye, but the colony can be confirmed with the naked eye. To adjust the number of bacteria, first measure the approximate number of bacteria with a spectrophotometer, and then perform serial dilution.

・分光光度計
ある波長の光がある物質の溶液層を通過する間に、その強さがI0(入射光の強さ)からI(透過光の強さ)に変化したとする。このとき、I0に対するIの比(I/I0)を透過度(t;transmittance)と言い、透過度を百分率で表したものを透過率(T;percent transmittance)と言う。光学密度(O.D.;optical density)は、透過度の逆数の常用対数である。
Spectrophotometer Assume that the intensity of light having a certain wavelength changes from I0 (incident light intensity) to I (transmitted light intensity) while passing through a solution layer of a substance. At this time, the ratio of I to I0 (I / I0) is referred to as transmittance (t; transmittance), and the transmittance expressed as a percentage is referred to as transmittance (T; percent transmittance). Optical density (OD) is the common logarithm of the inverse of transmission.

T=(I/I0)×100、A=−logt=log(I/I0)=O.D.
大腸菌の数を測定するためには波長600nmの光を用いて計測する。その結果をOD600と書く。
実験には、菌液を試料として、PBS[phosphate-buffeved saline(リン酸緩衝液)以下PBSという]を対照にOD600を計測する。菌液に希釈液(PBS)を混合し、OD600の値が1.0となるように調整する。OD600=1.0に調整した菌液を原液とし、これを牛乳(成分無調整)により10倍まで段階希釈する。試料原液100μlを牛乳900μlに混合し、10倍希釈液とし、さらに10倍希釈液100μlを牛乳に混合し100倍希釈液とする。同様に順次希釈し6段階まで調整した。
T = (I / I0) × 100, A = −logt = log (I / I0) = O. D.
In order to measure the number of E. coli, measurement is performed using light having a wavelength of 600 nm. The result is written as OD 600 .
In the experiment, OD 600 is measured using a bacterial solution as a sample and PBS [phosphate-buffeved saline (hereinafter referred to as PBS)] as a control. A dilute solution (PBS) is mixed with the bacterial solution, and the OD 600 value is adjusted to 1.0. The bacterial solution adjusted to OD 600 = 1.0 is used as a stock solution, and this is serially diluted to 10 6 times with milk (no component adjustment). 100 μl of the sample stock solution is mixed with 900 μl of milk to make a 10-fold diluted solution, and further 100 μl of 10-fold diluted solution is mixed with milk to make a 100-fold diluted solution. In the same manner, dilution was carried out sequentially to adjust up to 6 levels.

(紫外線殺菌装置が紫外線を照射する前の菌数の測定)
予備実験により、10倍、10倍に希釈した菌液が紫外線照射前の菌数の測定に適しているので、それぞれを100μlずつLBプレートに滴下し、コンラージ棒でまんべんなく塗抹し、37℃、16時間培養する。その後、LB寒天培地上に出現したコロニー数の測定を行う。コロニー数を数えるには、シャーレの裏側から全てのコロニーを肉眼で数える。菌数は、各希釈倍数のプレートのコロニー数にその希釈倍数を乗じ、平均して求める。
(Measurement of the number of bacteria before the UV sterilizer irradiates UV rays)
As a result of preliminary experiments, the bacterial solution diluted 10 5 times and 10 6 times is suitable for the measurement of the number of bacteria before UV irradiation, so 100 μl of each was dropped onto the LB plate and smeared evenly with a congeal rod, 37 ° C. Incubate for 16 hours. Thereafter, the number of colonies appearing on the LB agar medium is measured. To count the number of colonies, count all colonies with the naked eye from the back of the petri dish. The number of bacteria is obtained by multiplying the number of colonies in each dilution factor by the dilution factor and averaging.

(紫外線殺菌装置から紫外線を照射)
前述した調整法にて調整した菌液を、滅菌済ウェルプレート(BectonDickinson Labware)に150μl入れ、直接照射部分と間接照射部分とに配置して、30分間紫外線を照射する。紫外線は、ポリスチレンのフタを透過して照射される。統計的な有意差を示すために、各条件とも日を変えて3回ずつ実験を行う。
(I radiate ultraviolet rays from an ultraviolet sterilizer)
150 μl of the bacterial solution prepared by the above-described adjustment method is placed in a sterilized well plate (Becton Dickinson Labware), placed in a direct irradiation part and an indirect irradiation part, and irradiated with ultraviolet rays for 30 minutes. Ultraviolet rays are irradiated through a polystyrene lid. In order to show a statistically significant difference, experiments are performed three times at different conditions for each condition.

(紫外線殺菌装置で紫外線を照射した後の菌数の測定)
紫外線照射後の菌数の測定は、紫外線照射後の菌液を取り出しPBSにより10倍、100倍に希釈する。そして、希釈なし(原液)、10倍希釈、100倍希釈した菌液をそれぞれ100μlずつLBプレートに滴下しコンラージ棒でまんべんなく塗抹する。これを37℃、16時間培養した後、LB寒天培地上に出現したコロニー数の測定を行い、各条件下における紫外線照射後の残存している菌数を算定する。
(Measurement of the number of bacteria after irradiating ultraviolet rays with an ultraviolet sterilizer)
For the measurement of the number of bacteria after ultraviolet irradiation, the bacterial solution after ultraviolet irradiation is taken out and diluted 10-fold or 100-fold with PBS. Then, 100 μl each of the undiluted (stock solution), 10-fold diluted, and 100-fold diluted bacterial solutions is dropped onto the LB plate and smeared evenly with a large stick. After culturing this at 37 ° C. for 16 hours, the number of colonies appearing on the LB agar medium is measured, and the number of remaining bacteria after ultraviolet irradiation under each condition is calculated.

LED1による紫外線照射における殺菌効果を評価するために、紫外線照射後の菌数を紫外線照射前の菌数で割り、菌の生存率P、菌の致死率Q(殺菌率)を以下の式で計算する。
P=(N/N0)×100、Q=100―P
P:菌の生存率、Q:菌の致死率、
N0:紫外線照射前の菌数、N:紫外線照射後の菌の生存数
In order to evaluate the bactericidal effect of ultraviolet irradiation by LED1, the number of bacteria after ultraviolet irradiation is divided by the number of bacteria before ultraviolet irradiation, and the survival rate P of bacteria and the lethality rate Q (bactericidal rate) of bacteria are calculated by the following formulas: To do.
P = (N / N0) × 100, Q = 100−P
P: Bacterial survival rate, Q: Bacterial lethality rate,
N0: Number of bacteria before UV irradiation, N: Number of surviving bacteria after UV irradiation

(紫外線照射時間と殺菌率の関係)
紫外線照射時間を30分とすると、図7に示すように、大腸菌の直接照射部分の殺菌率は約40%、間接照射部分の殺菌率は約30%となる。
(Relationship between UV irradiation time and sterilization rate)
When the ultraviolet irradiation time is 30 minutes, as shown in FIG. 7, the sterilization rate of the directly irradiated portion of E. coli is about 40%, and the sterilization rate of the indirect irradiated portion is about 30%.

紫外線照射前の菌数は、約4000個(SD+−800)である。実験後の紫外線照射器の放熱板の温度は約36℃、また、実験終了時の菌液の温度は約35℃である。30分間の紫外線照射で、直接照射部分と間接照射部分のいずれも殺菌率は30〜40%となる。   The number of bacteria before ultraviolet irradiation is about 4000 (SD + -800). The temperature of the heat radiation plate of the ultraviolet irradiator after the experiment is about 36 ° C., and the temperature of the bacterial solution at the end of the experiment is about 35 ° C. By irradiating with ultraviolet rays for 30 minutes, the sterilization rate is 30 to 40% in both the direct irradiation portion and the indirect irradiation portion.

直接照射部分は、紫外線の照射時間を30分として約40%の大腸菌が死滅し、間接照射部分においても、約30%の大腸菌が死滅する。紫外線の波長を短くしてUVCの紫外線を、同一の条件で照射した牛乳は、大腸菌が死滅しなかった。   About 40% of Escherichia coli is killed in the directly irradiated portion with an ultraviolet irradiation time of 30 minutes, and about 30% of Escherichia coli is killed in the indirectly irradiated portion. E. coli was not killed by milk irradiated with UVC ultraviolet rays under the same conditions while shortening the wavelength of the ultraviolet rays.

牛乳に、1重量%のリボフラビンを添加する以外、同様の実験をすると、大腸菌の死滅率は、40%から80%まで増加する。リボフラビンの添加量が0.3重量%よりも少なくなると、添加の効果は期待されない。また、リボフラビンの添加量が2重量%よりも多くなっても、添加の効果は少なくなる。したがって、リボフラビンの添加量は、好ましくは0.1重量%ないし2重量%、さらに好ましくは0.3重量%ないし1重量%とする。   Similar experiments, except that 1% by weight riboflavin is added to milk, the kill rate of E. coli increases from 40% to 80%. When the amount of riboflavin added is less than 0.3% by weight, the effect of addition is not expected. Moreover, even if the addition amount of riboflavin is more than 2% by weight, the effect of addition is reduced. Therefore, the amount of riboflavin added is preferably 0.1 to 2% by weight, more preferably 0.3 to 1% by weight.

紫外線殺菌作用の波長特性を示すグラフである。It is a graph which shows the wavelength characteristic of an ultraviolet sterilization effect | action. 本発明の一実施例にかかる紫外線殺菌装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ultraviolet sterilizer concerning one Example of this invention. LEDの指向特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the directional characteristic of LED. LEDの指向特性の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the directional characteristic of LED. 本発明の実施例に使用する紫外線殺菌装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the ultraviolet sterilizer used for the Example of this invention. 本発明の実施例におけるインフルエンザウイルスとヘルペスウイルスの直接照射部分の不活化率を示すグラフである。It is a graph which shows the inactivation rate of the direct irradiation part of the influenza virus and herpes virus in the Example of this invention. 本発明の実施例における牛乳の殺菌率を示すグラフである。It is a graph which shows the disinfection rate of the milk in the Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…LED
2…基盤
3…電源
4…殺菌対象物
1 ... LED
2 ... Base 3 ... Power supply 4 ... Sterilization target

Claims (16)

紫外線でウイルスを不活化するウイルスの紫外線殺菌装置であって、紫外線を放射するLEDを備え、このLEDは、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する発光チップと、この発光チップの紫外線を含む発光を集束する集光レンズとを備え、LEDが発光チップの発光を集光レンズで集束して放射するようにしてなる紫外線殺菌装置。   An ultraviolet sterilizer for viruses that inactivates viruses with ultraviolet rays, comprising an LED that emits ultraviolet rays, the LED having a light emitting chip having a main light emission peak in a wavelength range of 360 to 380 nm, and the ultraviolet light of the light emitting chip. And a condensing lens for focusing the emitted light, and the LED sterilizes the light emitted from the light emitting chip by the condensing lens and emits it. 紫外線を有色の液体に照射して殺菌する有色の液体の紫外線殺菌装置であって、紫外線を放射するLEDを備え、このLEDは、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する発光チップと、この発光チップの発光を集束する集光レンズとを備え、LEDが発光チップの発光を集光レンズで集束して放射するようにしてなる紫外線殺菌装置。   An ultraviolet sterilization apparatus for colored liquids that sterilizes by irradiating colored liquid with ultraviolet rays, and includes an LED that emits ultraviolet rays, and the LED has a light emitting chip having a main light emission peak in a wavelength range of 360 to 380 nm; An ultraviolet sterilizer comprising a condensing lens for converging the light emitted from the light emitting chip, and the LED condensing the light emitted from the light emitting chip by the condensing lens for emission. LEDの集光レンズでもって集束して放射される発光出力の指向特性が、中心線上の放射強度の50%となる角度を、中心線から60度以内としている請求項1又は2に記載される紫外線殺菌装置。   The directional characteristic of the light emission output focused and radiated by the condensing lens of the LED is such that an angle at which 50% of the radiation intensity on the center line is within 60 degrees from the center line. UV sterilizer. LEDの集光レンズでもって集束して放射される発光出力の指向特性が、中心線上の放射強度の75%となる角度を、中心線から35度以内としている請求項1又は2に記載される紫外線殺菌装置。   The directional characteristic of the light emission output focused and radiated by the condensing lens of the LED is an angle at which 75% of the radiation intensity on the center line is within 35 degrees from the center line. UV sterilizer. LEDの集光レンズが、発光チップから放射される発光エネルギーの80%以上を、中心線から60度の範囲に集束して放射する請求項1又は2に記載される紫外線殺菌装置。   The ultraviolet sterilizer according to claim 1 or 2, wherein the condensing lens of the LED focuses and emits 80% or more of the emission energy emitted from the light emitting chip in a range of 60 degrees from the center line. LEDから1cm離れた中心線上の放射強度が300mW/cm以上である請求項1又は2に記載される紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilizer according to claim 1 or 2, wherein the radiation intensity on the center line 1 cm away from the LED is 300 mW / cm 2 or more. LEDから1cm離れた中心線上の放射強度が500mW/cm以上である請求項1又は2に記載される紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilizer according to claim 1 or 2, wherein the radiation intensity on the center line 1 cm away from the LED is 500 mW / cm 2 or more. LEDの主発光ピークが365ないし370nmの波長域にあることを特徴とする請求項1又は2に記載される紫外線殺菌装置。   The ultraviolet sterilizer according to claim 1 or 2, wherein the main light emission peak of the LED is in a wavelength range of 365 to 370 nm. LEDの主発光ピーク波長における発光スペクトルの半値幅が5nm以上であって15nm以下である請求項1ないし4のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。   The ultraviolet sterilizer according to any one of claims 1 to 4, wherein the full width at half maximum of the emission spectrum at the main emission peak wavelength of the LED is 5 nm or more and 15 nm or less. LEDが窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなることを特徴とする請求項1、2、又は8のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。   9. The ultraviolet sterilizer according to claim 1, wherein the LED comprises a gallium nitride compound semiconductor light emitting element. LEDの発光のすべて又は一部が殺菌作用を奏する光源として、LEDの近傍における光触媒もしくは波長変換材料の有無に関わらず、殺菌対象物に直接照射されることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。   11. The sterilization target is directly irradiated regardless of the presence or absence of a photocatalyst or a wavelength conversion material in the vicinity of the LED as a light source in which all or part of the light emission of the LED exerts a sterilizing action. The ultraviolet sterilizer described in any one. LEDを、棒状、筒状、箱状、平面状、球状もしくは任意の形状の取り付け部材の表面及び/又は裏面に並べて取り付けることにより、LEDの発光が、取り付け部材の形状に応じて周囲に発散されるようにしたことを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。   When LEDs are mounted side by side on the front and / or back of a mounting member having a rod shape, tube shape, box shape, flat shape, spherical shape or any shape, the light emission of the LED is emitted to the surroundings according to the shape of the mounting member. The ultraviolet sterilizer according to any one of claims 1 to 11, wherein the ultraviolet sterilizer is configured as described above. 水に対する密閉性と防水性を備え、かつ紫外線を透過する透明性のある容器またはカプセルにLEDを内蔵したことを特徴とする、請求項1ないし12のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。   13. The ultraviolet sterilizer according to claim 1, wherein the LED is incorporated in a transparent container or capsule that has water-tightness and waterproofness and transmits ultraviolet rays. 有色の液体に紫外線を照射して殺菌する紫外線殺菌方法であって、
有色の液体にリボフラビンを添加し、リボフラビンの添加された有色の液体に、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有するLEDから放射される紫外線を照射することを特徴とする有色の液体の紫外線殺菌方法。
An ultraviolet sterilization method for sterilizing a colored liquid by irradiating with ultraviolet rays,
An ultraviolet ray of a colored liquid, characterized in that riboflavin is added to a colored liquid, and the colored liquid to which riboflavin is added is irradiated with ultraviolet rays emitted from an LED having a main emission peak in a wavelength range of 360 to 380 nm. Sterilization method.
有色の液体が牛乳である請求項14に記載される紫外線殺菌方法。   The ultraviolet sterilization method according to claim 14, wherein the colored liquid is milk. 有色の液体に、0.5重量%以上のリボフラビンを添加する請求項14に記載される有色の液体の紫外線殺菌方法。   The method for ultraviolet sterilization of a colored liquid according to claim 14, wherein 0.5% by weight or more of riboflavin is added to the colored liquid.
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