JP2019115525A - 微生物の不活化処理装置および細胞活性化処理装置、並びに微生物の不活化処理方法および細胞活性化処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、従来、人体に存在する有害な微生物の殺菌手法として、紫外線殺菌は普及していなかった。
上記の殺菌装置においては、光源から放出される光のうち190〜230nmの波長域の光を透過し、かつ当該波長域以外の波長の光をカットするために、光学フィルタとして、SiO2 /Al2 O3 またはSiO2 /MgF2 による誘電体多層膜を有する干渉フィルタが用いられている。
このような干渉フィルタにおいては、カットオフ/カットオン波長において急峻なカーブを有する分光透過特性が得られる。その一方で、干渉フィルタは、入射角によって光の透過率が異なるという入射角依存性を有する。
そのため、光源から放出される光を干渉フィルタを介して照射すると、光源から放出される光のうち、干渉フィルタに大きい入射角で入射した光が、当該干渉フィルタによって遮断若しくは大きく減衰するため、光源から放出される光を高い効率で利用することが困難となる。
また、干渉フィルタにおいて入射角の大きい光が遮断または減衰されることから、当該干渉フィルタから出射される光の拡散角が小さいため、殺菌対象部位において大きい有効照射面積を得ることが困難である。
また、本発明の他の目的は、処理対象細胞の活性化を高い効率で確実に実行することができる細胞活性化処理装置および細胞活性化処理方法を提供することにある。
前記光源に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
光学フィルタとを備えてなり、
前記光源からの放出光を前記光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする。
前記光源に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
光学フィルタとを備えてなり、
前記光源部からの放出光を前記光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする。
また、前記光学フィルタは、SiO2 層およびAl2 O3 層による誘電体多層膜を有することが好ましい。
また、前記光学フィルタは、HfO2 層およびSiO2 層による誘電体多層膜を有することが好ましい。
また、身体上に存在する処理対象微生物を不活化処理するものである場合には、
前記処理対象微生物に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が10mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることが好ましい。
また、身体内に存在する処理対象微生物を不活化処理するものである場合には、
前記処理対象微生物に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が300mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることが好ましい。
前記第1の光源に電力を供給する第1の電力供給部と、
放出光の波長が赤外域に存在する第2の光源を有する第2の光源部と、
前記第2の光源に電力を供給する第2の電力供給部と、
前記第1の電力供給部および第2の電力供給を制御する制御部とを備えてなり、
前記第1の光源部および前記第2の光源部からの光を照射することにより、光照射領域における細胞を活性化処理する細胞活性化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする。
前記第1の光源に電力を供給する第1の電力供給部と、
放出光の波長が赤外域に存在する第2の光源を有する第2の光源部と、
前記第2の光源に電力を供給する第2の電力供給部と、
前記第1の電力供給部および第2の電力供給を制御する制御部とを備えてなり、
前記第1の光源部および前記第2の光源部からの光を照射することにより、光照射領域における細胞を活性化する細胞活性化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする。
また、前記光学フィルタは、SiO2 層およびAl2 O3 層による誘電体多層膜を有することが好ましい。
また、前記光学フィルタは、HfO2 層およびSiO2 層による誘電体多層膜を有することが好ましい。
また、身体の表面に光を照射することによって細胞を活性化処理するものである場合には、
前記第1の光源部によって身体の表面に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が10mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることが好ましい。
また、身体の内部に光を照射することによって細胞を活性化処理するものである場合には、
前記第1の光源部によって身体の内部に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が300mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることが好ましい。
また、前記制御部は、前記第1の光源が点灯するよう第1の電力供給部を制御し、当該第1の光源が点灯してから所定の時間が経過した後に、前記第2の光源が点灯するよう第2の電力供給部を制御するものであることが好ましい。
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする。
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする。
前記光学フィルタは、前記第1の光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする。
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする。
また、本発明の細胞活性化処理方法によれば、処理対象細胞の活性化を高い効率で確実に実行することができる。
図1は、本発明の微生物の不活化処理装置の一例における構成を示す説明図である。
この微生物の不活化処理装置(以下、単に「不活化処理装置」ともいう。)は、外形が直方体状の筐体10を有する。この筐体10の一面(図1において下面)には、紫外線を透過する、例えば合成石英ガラスよりなる矩形の板状の紫外線透過窓部11が設けられている。
また、大気中の酸素は波長200nm以下の光を吸収するため、エキシマランプ20からの光の強度が減衰することを防止することを目的として、必要に応じて、筐体10の内部は、窒素(N2 )ガスなどの不活性ガスでパージされる。
このようなエキシマランプ20の具体例としては、放出光の中心波長が222nmであるKrClエキシマランプ、放出光の中心波長が207nmであるKrBrエキシマランプが挙げられる。
図3において、曲線aは、光学フィルタに入射角0°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線bは、光学フィルタに入射角25°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線cは、光学フィルタに入射角30°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線dは、光学フィルタに入射角40°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線Lは、KrClエキシマランプの分光スペクトルである。
また、この光学フィルタ40においては、入射角が0°のときに、波長231nmの紫外線の透過率が約68.5%、波長235nmの紫外線の透過率が約4%である。
図4において、曲線aは、光学フィルタに入射角0°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線bは、光学フィルタに入射角25°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線cは、光学フィルタに入射角30°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線dは、光学フィルタに入射角40°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線Lは、KrClエキシマランプの分光スペクトルである。
また、この光学フィルタ40においては、入射角が0°のときに、波長231nmの紫外線の透過率が約35.6%、波長235nmの紫外線の透過率が約2.5%である。
図5において、曲線aは、光学フィルタに入射角0°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線bは、光学フィルタに入射角25°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線cは、光学フィルタに入射角30°で光が入射したときの光透過率の分光分布曲線、曲線Lは、KrClエキシマランプの分光スペクトルである。
また、比較用の光学フィルタにおいては、入射角が0°のときに、波長231nmの紫外線の透過率が約4%、波長235nmの紫外線の透過率が0%である。
また、光学フィルタ40が入射角の大きい光を透過することから、当該光学フィルタ40から拡散角の大きい光を出射することができ、そのため、大きい有効照射面積を得ることが可能となる。
このような観点から、HfO2 層およびSiO2 層による誘電体多層膜を有する光学フィルタ40を用いることが好ましい。
一方、波長が242nm、254nmの紫外線を照射した場合には、ドーズ量が150mJ/cm2 、300mJ/cm2 のいずれでも、CPDの生成が確認された。
上記の結果より、波長230nm超237nm以下にある紫外線が身体に照射されても、身体の細胞にダメージを与えないことが理解される。
上記ドーズ量が10mJ/cm2 未満である場合には、身体上に存在する処理対象微生物を不活化することが困難となることがある。
また、上記の誘電体多層膜を有する光学フィルタ40は、その特性上、190〜237nmの波長域以外の光を完全に遮断することが困難である。そのため、1日のドーズ量が1000mJ/cm2 を超える場合には、190〜237nmの波長域以外の光のドーズ量も大きくなる結果,身体の細胞にダメージが生じる虞がある。
上記ドーズ量が300mJ/cm2 未満である場合には、身体内に存在する処理対象微生物を不活化することが困難となることがある。
本発明は、不活化処理装置に限定されず、例えば、以下の分野に適用することが可能である。
近年、褥瘡領域や糖尿病性潰瘍領域(以下、これらを総称して「患部領域」ともいう。)を低減させる方法として、患部領域に赤外線を照射する方法が注目されている。この方法は、赤外線を照射することにより、患部領域において細胞活性を引き起こし、その結果、当該患部領域を低減させるものである。
ここで、患部領域に細菌(バクテリア)が存在すると、細胞活性による褥瘡領域や糖尿病性潰瘍領域の低減が進行しない。なぜならば、赤外線を照射するにより細菌(バクテリア)も活性化するため、この活性化した細菌(バクテリア)により、褥瘡領域や糖尿病性潰瘍領域における細胞活性が阻害されるためである。
図7において、(a)は、細胞活性化処理装置における筐体をエキシマランプの長手方向に沿って切断して示す説明用断面図、(b)は、細胞活性化処理装置における筐体をエキシマランプの長手方向と垂直な方向に沿って切断して示す説明用断面図である。
また、第1の空間部52内には、第1の光源として、少なくとも1本の棒状のエキシマランプ60が紫外線透過窓部51に対向するよう配置されている。図示の例では複数のエキシマランプ60が互いに離間して平行に並ぶよう配置されており、これらのエキシマランプ60と後述する光学フィルタ80とによって第1の光源部が構成されている。
また、第1の空間部52内におけるエキシマランプ60の背後には、エキシマランプ60からの光を紫外線透過窓部51に向かって反射する樋状の反射ミラー55が、当該エキシマランプ60を取り囲むよう配置されている。
また、第3の空間部54において、第2の光源65と対向する位置に、エキシマランプ60から光学フィルタ80を介して出射される紫外線と、第2の光源65から放出される赤外線とが取り出される光取り出し部56が設けられている。
また、第2の光源65としては、所要の赤外線を放出するものであれば種々のもの、例えばハロゲンランプ、赤外線を出射するLEDなどを用いることができる。
また、身体の内部に光を照射することによって細胞を活性化処理する場合には、1回の光照射において、処理対象微生物に照射される、190〜237nmの波長域の光のドーズ量が300mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、制御部75によって制御されることが好ましい。
エキシマランプ60と第2の光源65とが同時に点灯する場合において、例えば処理対象領域における温度が約37℃になったときには、バクテリア等の微生物が活性化してしまい、微生物の不活化や細胞の活性化が十分に進行しない虞がある。従って、エキシマランプ60を先行して点灯することにより、処理対象領域に存在するバクテリアなどの微生物に対する不活化処理を行うことが好ましい。
エキシマランプ60の点灯を開始してから第2の光源65の点灯を開始するまでの時間は、例えば紫外線のドーズ量が50〜150mJ/cm2 になるまでの時間である。
第2の光源65の点灯時に、エキシマランプ60の点灯を継続することきには、紫外線の照射と赤外線の照射との相乗作用により、効率的に細胞活性化処理を行うことができる。
また、エキシマランプ60からの紫外線が特定の光学特性を有する光学フィルタ80を介して処理対象領域に照射されるため、処理対象細胞への危害を回避または抑制しながら、微生物の不活化処理を行うことができる。しかも、エキシマランプ60からの放出光を高い効率で利用することができ、従って、細胞活性化処理装置の省エネルギー化を図ることできる。また、光学フィルタ80が入射角の大きい光を透過することから、当該光学フィルタ80から拡散角の大きい光が出射されるので、大きい有効照射面積が得られる。
例えば光学フィルタは、光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであってもよい。
11 紫外線透過窓部
15 反射ミラー
20 エキシマランプ
21 放電容器
22 一方の壁材
22a 外周面
23 他方の壁材
23a 外面
24,25 封止壁部
26 一方の電極
27 他方の電極
28 発光用元素補給用物質
30 電力供給部
35 制御部
40 光学フィルタ
41 固定部材
50 筐体
51 紫外線透過窓部
52 第1の空間部
53 第2の空間部
54 第3の空間部
55 反射ミラー
60 エキシマランプ
65 第2の光源
70 第1の電力供給部
71 第2の電力供給部
75 制御部
80 光学フィルタ
81 固定部材
P 殺菌対象部位
S 放電空間
Claims (21)
- 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する光源と、
前記光源に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
光学フィルタとを備えてなり、
前記光源からの放出光を前記光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする微生物の不活化処理装置。 - 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する光源と、
前記光源に電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部を制御する制御部と、
光学フィルタとを備えてなり、
前記光源部からの放出光を前記光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする微生物の不活化処理装置。 - 前記光源がKrClエキシマランプまたはKrBrエキシマランプであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の微生物の不活化処理装置。
- 前記光学フィルタは、SiO2 層およびAl2 O3 層による誘電体多層膜を有することを特徴する請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の微生物の不活化処理装置。
- 前記光学フィルタは、HfO2 層およびSiO2 層による誘電体多層膜を有することを特徴する請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の微生物の不活化処理装置。
- 前記HfO2 層の厚みの合計が500nm未満であることを特徴する請求項5に記載の微生物の不活化処理装置。
- 身体上に存在する処理対象微生物を不活化処理するものであり、
前記処理対象微生物に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が10mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることを特徴する請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の微生物の不活化処理装置。 - 身体内に存在する処理対象微生物を不活化処理するものであり、
前記処理対象微生物に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が300mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることを特徴する請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の微生物の不活化処理装置。 - 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する第1の光源、および光学フィルタを有し、前記第1の光源からの放出光を前記光学フィルタを介して出射する第1の光源部と、
前記第1の光源に電力を供給する第1の電力供給部と、
放出光の波長が赤外域に存在する第2の光源を有する第2の光源部と、
前記第2の光源に電力を供給する第2の電力供給部と、
前記第1の電力供給部および第2の電力供給を制御する制御部とを備えてなり、
前記第1の光源部および前記第2の光源部からの光を照射することにより、光照射領域における細胞を活性化処理する細胞活性化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする細胞活性化処理装置。 - 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する第1の光源、および光学フィルタを有し、前記第1の光源からの放出光を前記光学フィルタを介して出射する第1の光源部と、
前記第1の光源に電力を供給する第1の電力供給部と、
放出光の波長が赤外域に存在する第2の光源を有する第2の光源部と、
前記第2の光源に電力を供給する第2の電力供給部と、
前記第1の電力供給部および第2の電力供給を制御する制御部とを備えてなり、
前記第1の光源部および前記第2の光源部からの光を照射することにより、光照射領域における細胞を活性化する細胞活性化処理装置であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする細胞活性化処理装置。 - 前記第1の光源がKrClエキシマランプまたはKrBrエキシマランプであることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の細胞活性化処理装置。
- 前記光学フィルタは、SiO2 層およびAl2 O3 層による誘電体多層膜を有することを特徴する請求項9乃至請求項11のいずれかに記載の細胞活性化処理装置。
- 前記光学フィルタは、HfO2 層およびSiO2 層による誘電体多層膜を有することを特徴する請求項9乃至請求項11のいずれかに記載の細胞活性化処理装置。
- 身体の表面に光を照射することによって細胞を活性化処理するものであり、
前記第1の光源部によって身体の表面に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が10mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることを特徴する請求項9乃至請求項13のいずれかに記載の細胞活性化処理装置。 - 身体の内部に光を照射することによって細胞を活性化処理するものであり、
前記第1の光源部によって身体の内部に照射される、190nm〜237nmの波長域の光のドーズ量が300mJ/cm2 〜1000mJ/cm2 となるよう、前記制御部によって制御されることを特徴する請求項9乃至請求項13のいずれかに記載の細胞活性化処理装置。 - 前記制御部は、前記第1の光源が点灯するよう第1の電力供給部を制御し、当該第1の光源が点灯してから所定の時間が経過した後に、前記第2の光源が点灯するよう第2の電力供給部を制御するものであることを特徴する請求項9乃至請求項15のいずれかに記載の細胞活性化処理装置。
- 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する光源と、光学フィルタとを用い、前記光源からの放出光を前記光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理方法であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする微生物の不活化処理方法。 - 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する光源と、光学フィルタとを用い、前記光源からの放出光を前記光学フィルタを介して照射することにより、処理対象微生物を不活化処理する微生物の不活化処理方法であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする微生物の不活化処理方法。 - 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する第1の光源と、光学フィルタと、放出光の波長が赤外域に存在する第2の光源と用い、前記第1の光源からの放出光を前記光学フィルタを介して照射すると共に、前記第2の光源からの放出光を照射することにより、光照射領域における細胞を活性化処理する細胞活性化処理方法であって、
前記光学フィルタは、前記第1の光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域以外の紫外線の透過を阻止するものであることを特徴とする細胞活性化処理方法。 - 放出光の波長が190nm〜237nmの波長域に存在する第1の光源と、光学フィルタと、放出光の波長が赤外域に存在する第2の光源と用い、前記第1の光源からの放出光を前記光学フィルタを介して照射すると共に、前記第2の光源からの放出光を照射することにより、光照射領域における細胞を活性化処理する細胞活性化処理方法であって、
前記光学フィルタは、前記光源からの放出光が入射角0°で入射したとき、190nm以上230nm以下にある紫外線の少なくとも一部、および230nm超237nm以下にある紫外線の少なくとも一部を透過させると共に、190nm以上237nm以下の波長域を含まないUV−CおよびUV−Bの透過を阻止するものであることを特徴とする細胞活性化処理方法。 - 前記第1の光源からの放出光による照射を開始してから所定の時間が経過した後に、前記第2の光源からの放出光による照射を開始することを特徴する請求項19または請求項20に記載の細胞活性化処理方法。
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