JP2015036118A

JP2015036118A - 紫外レーザ滅菌システム

Info

Publication number: JP2015036118A
Application number: JP2014098707A
Authority: JP
Inventors: 崔祥辰; Hsiang Chen Chui; 莊頌▲彦▼; Sean Sung Yen Juang; 林幸瑩; Hsing Ying Lin; 黄貞翰; Chen Han Huang; 廖華賢; Hua-Hsien Liao
Original assignee: National Cheng Kung University NCKU
Current assignee: National Cheng Kung University NCKU
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2015-02-23
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: US20150048260A1; US9061083B2; TWI559942B; CN104368020B; CN104368020A; TW201505666A; JP6042369B2

Abstract

【課題】レーザ光の優れたコリメート性とＵＶＣの殺菌消毒効果との組み合わせにより、簡便かつ迅速に、死角が無い殺菌消毒作用を全面的に行う紫外レーザ殺菌システムを提供する。
【解決手段】紫外レーザ滅菌システムは、紫外レーザモジュール１及び走査モジュール２を備える。紫外レーザモジュール１は、波長が２００〜２８０ｎｍの紫外レーザ光１１を放射する。走査モジュール２は、紫外レーザ光１１を受光する複数の反射鏡２１と、反射鏡２１の回動を制御し、紫外レーザ光１１の出射角を調整するコントローラ２２とを有し、ターゲット４上を滅菌する。紫外レーザ光１１の波長は２６６ｎｍである。紫外レーザ光１１は、照射面積が１〜４ｍｍ^２であり、ピークパワーが５ＫＷの光強度を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外レーザ滅菌システムに関し、特に、２６６ｎｍ紫外レーザ光のスキャナを備え、レーザ光の優れたコリメート性とＵＶＣ（ＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＣ）の殺菌消毒効果との組み合わせにより、簡便かつ迅速に、死角が無い殺菌消毒作用を全面的に行うことができる紫外レーザ殺菌システムに関する。

日常生活の環境、例えば、空気、食器、両手などには微生物が至る所に存在するが、臨床医学又は実験室で微生物に対して実験を行う際、実験の進行及びその結果に悪影響を与えないように、使用する器具を無菌状態に保つ必要があった。そのため、滅菌技術により、物質を変質させずに、物理的又は化学的な方法により全ての微生物を消滅させて無菌状態にする必要がある。
この微生物には、全ての細菌繁殖体、芽胞、ウイルス、黴菌などが含まれる。滅菌技術は、雑菌を効果的に殺して、特定の微生物の生長を制御したり抑制したりすることを最終目的とする。

現在の滅菌消毒技術は、その使用方式により接触式及び非接触式の２種類に分けられる。接触式滅菌技術には、アルコール消毒法、塩素消毒法などが含まれる。
アルコール消毒法とは、濃度が７０〜７５％のアルコール又は消毒用綿ガーゼにより消毒するターゲット上を拭き、アルコールを微生物の細胞膜へ浸透させて内部の細胞質に作用させる特性を有し、細胞質が完全に凝固され、その代謝機能を失わせて滅菌消毒効果を得る。そのため、従来の公共交通機関、飲食店、公共スペースなどでは、従来のアルコール消毒法により滅菌消毒を行っていた。この方法は消毒殺菌を迅速に行うことができる上、色素がターゲットに沈着することがないが、消毒し忘れる場所（即ち、死角）が生じたり消毒殺菌が不完全となったりすることがあった。またアルコールは、容易に揮発して濃度が変わり易いため、消毒効果が下がることがある上、アルコール消毒法には大量の時間及び人的コストがかかるという欠点があった。
塩素消毒法は、現代社会においてよく使用される方法の一つである。しかしながら近年の研究報告によると、塩素消毒は、水中の塩素と有機物とが反応して人体に有害な発がん物質を発生させ、塩素化合物が使用過程において使用者に害を与える上、残留塩素により設備器材の表面に腐食、損壊などが発生することがあった。

非接触式滅菌技術には、オゾン殺菌法及びＵＶＣ殺菌法の２種類がある。
オゾンは、二次汚染を発生させずに、高効率かつ迅速に殺菌を行う安全な殺菌剤であり、常温常圧下では水色を呈する気体であり、自然で爽やかな臭いを伴い、細菌芽胞、ウイルス、真菌などを消滅させ、ボツリヌス毒素、フザリウム菌、アオカビ、黒色変種芽胞、自然菌、淋菌などを破壊し、甲乙肝病などの伝染性ウイルスなどを殺すことができるが、オゾン装置の構造は複雑であるため、高コストである欠点があった。
ＵＶＣ殺菌消毒法は、最も安全で最も信頼性が高い滅菌消毒方式であり、迅速かつ安全で、二次汚染が無く害が最も少ない長所を有する。ＵＶＣは、現在広く普及しており、紫外光ランプは医学用途に応用され、伝染性ウイルスの消毒及び殺菌を行うのに最も優れた方法である。しかし紫外光ランプは、照射される面積領域に殺菌及び消毒を行うが、紫外光ランプの照射面積が制限され、紫外光が不均一と成って消毒殺菌が不完全になり易い。紫外光ランプの照射幅及び強度が衰退する問題は、ユーザに重視されず、大部分のユーザは、紫外光ランプが発光している限り、常に消毒殺菌効果があると認識することが一般的であり、紫外光ランプの優劣判定は、一般の蛍光灯と同様の方法、即ち目視によりランプの光度強度のみにより良し悪しを判断するため、消毒殺菌能力を備えないランプを使用し続ける場合、有効かつ徹底的にターゲットの消毒及び殺菌を行うことができなかった。ターゲットの消毒殺菌が完全に完了したと誤認した場合、感染、中毒などの病気を引き起こし、殺菌効果を効果的に得ることはできなかった。特に、紫外光ランプが発散光源に属する場合、紫外光に長期的にさらされて皮膚が老化したり癌などの病気になったりすることを防ぐために、使用者が光照射区域に入ることを防ぐ必要がある。
上述した滅菌消毒技術の様々な欠点に対し、高効率の殺菌を行い、最も簡単な方式により手間、時間などのコストを節減し、消毒殺菌を全面的に行う技術が求められていた。

従来、殺菌消毒機能を有する紫外光ランプ照射技術には、光が不均一で照射量の制御が困難なことから、殺菌効果が好ましくないなどの欠点があり改善が求められていた。

そのため、本発明の目的は、２６６ｎｍの紫外レーザ光のスキャナを備え、レーザ光の優れたコリメート性とＵＶＣの殺菌消毒効果とを組み合わせるとともに、空気中に含まれるオゾン濃度を検出するオゾン検出モジュールを備え、紫外レーザ光のパワーの大きさと、ターゲット上に照射される時間とを調整し、簡便かつ迅速に、死角の無い殺菌消毒を全面的に行う紫外レーザ滅菌システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、紫外レーザモジュール及び走査モジュールを備えた紫外レーザ滅菌システムであって、前記紫外レーザモジュールは、波長が２００〜２８０ｎｍの紫外レーザ光を放射し、前記走査モジュールは、前記紫外レーザ光を受光する複数の反射鏡と、前記反射鏡の回動を制御し、前記紫外レーザ光の出射角を調整するコントローラと、を有し、ターゲット上を滅菌することを特徴とする紫外レーザ滅菌システムが提供される。

前記紫外レーザ光の波長は２６６ｎｍであることが好ましい。

前記紫外レーザ光は、照射面積が１〜４ｍｍ^２であり、ピークパワーが５ＫＷの光強度を有することが好ましい。

前記コントローラと電気的に接続されたオゾン検出モジュールをさらに備え、前記オゾン検出モジュールは、環境中のオゾン濃度を検出して前記コントローラへ信号を送信し、前記コントローラは、前記信号に基づいて前記紫外レーザ光のパワーと、前記ターゲット上に照射される時間とを調整することが好ましい。

本発明の一実施形態に係る紫外レーザ滅菌システムを示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

まず、本発明が理解し易いように、レーザのコリメート性及びＵＶＣ殺菌の基本概念を簡単に説明する。まず、ｌａｓｅｒ（レーザ）は、ＬｉｇｈｔＡｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＥｍｉｓｓｉｏｎｏｆＲａｄｉａｔｉｏｎ（輻射の誘導放出による光増幅）の頭字語から名付けられている。
レーザは、ポンピングシステムにより媒質にエネルギを供給して光を増幅し、光がキャビティ内を数十回から数百回繰り返し往復し、最終的にキャビティを通過してレーザビームが生成される。レーザビームの進む方向が僅かでも平行でない場合、キャビティ内で消失してしまうため、システムの微調整を行うことによりレーザビームを得る。そのためレーザビームは、優れた方向性及びコリメート性を有する。
本発明は、レーザ光の優れたコリメート性を利用し、照射量を正確に制御して単点で速やかに走査する方式を利用し、ターゲットの殺菌及び消毒を完全に行う。また、ＵＶＣは、光波長が２５３．７ｎｍの紫外光線であり、一般に殺菌光と称され、人に害を与える細菌、ウイルス、微生物などに対して非常に大きな殺傷作用を有する。その殺菌原理は、細菌、ウイルスなどの単細胞微生物に対してＵＶＣを照射することにより生命中のＤＮＡ（デオキシリボ核酸）、ＲＮＡ（リボ核酸）などの構造を直接破壊し、微生物を構成する蛋白質が形成されないようにし、直ちに死亡させたり繁殖能力を失わせたりする。一般にターゲットは、ＵＶＣを１〜２秒間照射すると良好な滅菌効果を得ることができる。一般にオゾン消毒法及び塩素消毒法には、数分間以上の時間が必要であるため、ＵＶＣ消毒法は、迅速かつ無害で、簡便な操作、低メンテナンス費用など、多くの長所を備えた消毒殺菌技術である。
続いて、図１を参照する。図１は、本発明の一実施形態に係る紫外レーザ滅菌システムを示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る紫外レーザ滅菌システムは、少なくとも紫外レーザモジュール１及び走査モジュール２から構成される。

紫外レーザモジュール１は、紫外レーザ光１１を放射する。紫外レーザ光１１の波長は、２００〜２８０ｎｍの間である。

走査モジュール２は、紫外レーザ光１１を受光する複数の反射鏡２１と、反射鏡２１の回動を制御して紫外レーザ光１１の出射角度を調整するコントローラ２２とを含み、ターゲット４上の滅菌動作を行う。

紫外レーザ光１１の波長は２６６ｎｍであり、照射面積が１〜４ｍｍ^２であり、５ＫＷのピークパワーの光強度を有する。

また、本発明の一実施形態に係る紫外レーザ滅菌システムは、コントローラ２２と電気的に接続されたオゾン検出モジュール３をさらに備える。オゾン検出モジュール３は、環境中でオゾン濃度の信号をコントローラ２２へ送信する。コントローラ２２は、信号に基づいて紫外レーザ光１１のパワーと、ターゲット４上に照射される時間とを調整する。

上述の紫外レーザ滅菌システムの構造を実際に組み立てる場合、複数の反射鏡２１及びコントローラ２２を含む走査モジュール２と紫外レーザモジュール１とを組み合わせ、空気中のオゾン濃度を検出するオゾン検出モジュール３とを配して、スキャナ構造を有する紫外レーザ滅菌システムを製作する。内蔵した反射鏡２１により紫外レーザ光１１の出射角度を調整し、移動可能な滅菌システムを形成し、殺菌が不完全な問題を改善し、死角が無いように滅菌し、迅速かつ効果的に殺菌消毒を行う。

本発明の一実施形態に係る紫外レーザ滅菌システムは、ターゲット４の滅菌を行う際、スキャナの電源をオンすると、波長２８０〜２００ｎｍの紫外レーザ光１１が紫外レーザモジュール１から放射される。紫外レーザ光１１は、走査モジュール２に内蔵された反射鏡２１により反射された後、スキャナの出口から出射され、ユーザは、放射した紫外レーザ光１１を消毒滅菌するターゲット４に焦点を合わせるだけで消毒滅菌を行うことができる。また、ユーザは、滅菌の必要に応じ、走査モジュール２に内蔵したコントローラ２２により反射鏡２１の回動角度を制御し、紫外レーザ光１１の出射角を調整し、レーザ走査の位置及び出射量を効果的に制御し、迅速かつ完全に死角の無い滅菌を行うことができる。
本実施形態の紫外レーザ滅菌システムは、オゾン検出モジュール３をさらに含む。この設計概念は、酸素原子を利用した酸化作用により形成したオゾンを細菌又はウイルスに浸透させて酵素に変成させ、ＲＮＡ、カビ菌などの物質が分解され、ＤＮＡに傷を与えて滅菌を効果的に行うことができる。オゾン検出モジュール３は、空気中に含まれるオゾン濃度を検出し、検出した濃度を電気信号へ変換した後、コントローラ２２へ送信する。コントローラ２２は、受信した信号の強さに応じて紫外レーザ光１１の出力パワー及びターゲット４上の照射時間とを調整し、ターゲット４の消毒殺菌を効果的かつ全面的に行う。

本発明の紫外レーザ滅菌システムは、以下（１）〜（４）の長所を有する。
（１）レーザ光のコリメート性及び単点の迅速な走査により、レーザ光の光強度を正確に制御し、紫外光ランプの光が不均一で照射量が不安定だった従来の欠点を改善し、殺菌消毒を完全に行う。
（２）紫外レーザ光がＵＶＣの殺菌消毒効果を有するため、人体に害を与える細菌、ウイルス及び微生物などの生命体を効果的に破壊して迅速に殺したり繁殖能力を失わせて消毒滅菌を行う。
（３）内蔵された複数の反射鏡により紫外レーザ光の出射角度を調整し、移動式の滅菌システムを形成し、死角が無いように滅菌を効果的に行う。
（４）オゾン検出モジュールにより空気中に含まれるオゾン濃度を検出し、紫外レーザ光のパワー及びターゲット上の殺菌時間を調整し、滅菌を迅速かつ効率的に行う。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１紫外レーザモジュール
２走査モジュール
３オゾン検出モジュール
４ターゲット
１１紫外レーザ光
２１反射鏡
２２コントローラ

Claims

紫外レーザモジュール及び走査モジュールを備えた紫外レーザ滅菌システムであって、
前記紫外レーザモジュールは、波長が２００〜２８０ｎｍの紫外レーザ光を放射し、
前記走査モジュールは、前記紫外レーザ光を受光する複数の反射鏡と、前記反射鏡の回動を制御し、前記紫外レーザ光の出射角を調整するコントローラと、を有し、ターゲット上を滅菌することを特徴とする、
紫外レーザ滅菌システム。
前記紫外レーザ光の波長は２６６ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の紫外レーザ滅菌システム。
前記紫外レーザ光は、照射面積が１〜４ｍｍ^２であり、ピークパワーが５ＫＷの光強度を有することを特徴とする請求項１に記載の紫外レーザ滅菌システム。
前記紫外レーザ光は、照射面積が１〜４ｍｍ^２であり、ピークパワーが５ＫＷの光強度を有することを特徴とする請求項２に記載の紫外レーザ滅菌システム。
前記コントローラと電気的に接続されたオゾン検出モジュールをさらに備え、前記オゾン検出モジュールは、環境中のオゾン濃度を検出して前記コントローラへ信号を送信し、前記コントローラは、前記信号に基づいて前記紫外レーザ光のパワーと、前記ターゲット上に照射される時間とを調整することを特徴とする請求項１に記載の紫外レーザ滅菌システム。