JP2023162698A - 紫外線照射装置および紫外線照射方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】バイオフィルムを容易かつ適切に分解することができる紫外線照射装置および紫外線照射方法を提供する。【解決手段】紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を放射する光源を有する光源部と、光源から放射される前記紫外線をバイオフィルムに照射させるべく光源部を支持する支持体と、を備える。この紫外線照射装置は、紫外線をバイオフィルムに照射することで当該バイオフィルムを分解する。【選択図】 図２
Description
本発明は、バイオフィルムに対して紫外線を照射する紫外線照射装置および紫外線照射方法に関する。
一般に、水等の養液に接した物質表面に有機物やイオンが付着すると、当該表面にコンディショニングフィルムが生成される。そして、そのコンディショニングフィルムに細菌が付着すると、当該細菌が細胞外高分子物質（Extracellular polymeric substances：ＥＰＳ）を分泌し、バイオフィルムが形成される。
バイオフィルムは、土壌、河床や植物の根圏、風呂場や台所シンクの排水溝、人の体内（例えば、口腔内）といった様々な環境に存在し得る。
バイオフィルムは、土壌、河床や植物の根圏、風呂場や台所シンクの排水溝、人の体内（例えば、口腔内）といった様々な環境に存在し得る。
バイオフィルムは、自然界においては炭素や窒素循環、産業分野においては排水処理や海洋の石油汚染分解に重要な役目を果たす。
例えば特許文献１は、周囲の液体から有機物質および無機物質を除去するためにバイオフィルムを使用するバイオフィルム処理システムを開示する。この特許文献１は、バイオフィルム処理システムにおいて、人の皮膚や眼に悪影響を及ぼさずに細菌等の微生物を殺菌することができる波長２０７ｎｍ～２２２ｎｍの紫外線を透過させるガラスを用いたＵＶＣデバイスを使用できる点を開示する。ただし、ＵＶＣデバイスをどのようにバイオフィルム処理に適用するかについての具体的な開示はない。
例えば特許文献１は、周囲の液体から有機物質および無機物質を除去するためにバイオフィルムを使用するバイオフィルム処理システムを開示する。この特許文献１は、バイオフィルム処理システムにおいて、人の皮膚や眼に悪影響を及ぼさずに細菌等の微生物を殺菌することができる波長２０７ｎｍ～２２２ｎｍの紫外線を透過させるガラスを用いたＵＶＣデバイスを使用できる点を開示する。ただし、ＵＶＣデバイスをどのようにバイオフィルム処理に適用するかについての具体的な開示はない。
バイオフィルムは、上記のとおり自然界や産業分野において重要な役目を果たす一方、金属の腐食、排水管の汚染、海洋構造物の生物汚損といった不具合を引き起こすことが知られている。特に生物学的には、例えば口腔内で形成されるバイオフィルムの典型例であるデンタルプラークは、歯周病が進む原因となる。また、医療分野においては、バイオフィルムは、医療機器の細菌汚染の原因と考えられている。さらに、細菌感染症の多くはバイオフィルムに起因し、その治療は困難を極めている。
また、バイオフィルム内には一般に細菌を含め複数種の微生物が生息し、その中には人体に害を及ぼす微生物が含まれ得る。よって、人体への悪影響を抑制するためには、人の生活に関わる空間や人体内に形成されたバイオフィルムを分解、除去したり、当該バイオフィルムに含まれる有害微生物を殺菌したりすることが望まれる。
また、バイオフィルム内には一般に細菌を含め複数種の微生物が生息し、その中には人体に害を及ぼす微生物が含まれ得る。よって、人体への悪影響を抑制するためには、人の生活に関わる空間や人体内に形成されたバイオフィルムを分解、除去したり、当該バイオフィルムに含まれる有害微生物を殺菌したりすることが望まれる。
従来、バイオフィルムの分解、除去を行うために、抗菌薬等の薬剤を使用することが試みられてきた。しかしながら、バイオフィルムは熱や乾燥などのストレス、更には抗生物質等の薬剤に対する耐性がある。そのため、薬剤によりバイオフィルムを分解、除去することは困難であり、バイオフィルムに含まれる有害な細菌の殺菌も困難となっている。
そのため、バイオフィルムは物理的に（人体の場合は外科手術的に）取り除くことが有効と考えられる。しかしながら、物理的に除去する手法では、必ずしも完全にバイオフィルムを除去することができるとは限らない。
そのため、バイオフィルムは物理的に（人体の場合は外科手術的に）取り除くことが有効と考えられる。しかしながら、物理的に除去する手法では、必ずしも完全にバイオフィルムを除去することができるとは限らない。
そこで、本発明は、バイオフィルムを容易かつ適切に分解することができる紫外線照射装置および紫外線照射方法を提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、本発明に係る紫外線照射装置の一態様は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を放射する光源を有する光源部と、前記光源から放射される前記紫外線をバイオフィルムに照射させるべく前記光源部を支持する支持体と、を備え、前記紫外線を前記バイオフィルムに照射することで当該バイオフィルムを分解する。
本発明者らは、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射することで、当該バイオフィルムを分解することができることを新たに見出した。ここで、「バイオフィルムの分解」とは、バイオフィルムを構成する細胞外高分子物質（ＥＰＳ）を分解し、バイオフィルムの構造を破壊することを含む。
上記のように、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射させるべく光源部を支持体によって支持する構成とすることで、上記紫外線を適切にバイオフィルムに照射し、当該バイオフィルムを容易に分解することができる。したがって、バイオフィルムに起因する様々な不具合の発生を回避することができる。また、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線は、人や動物の細胞に悪影響の少ない光であるため、人や動物が存在し得る空間や人や動物の体内等に形成されたバイオフィルムに対しても上記紫外線を照射し、当該バイオフィルムを分解することができる。
上記のように、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射させるべく光源部を支持体によって支持する構成とすることで、上記紫外線を適切にバイオフィルムに照射し、当該バイオフィルムを容易に分解することができる。したがって、バイオフィルムに起因する様々な不具合の発生を回避することができる。また、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線は、人や動物の細胞に悪影響の少ない光であるため、人や動物が存在し得る空間や人や動物の体内等に形成されたバイオフィルムに対しても上記紫外線を照射し、当該バイオフィルムを分解することができる。
また、上記の紫外線照射装置は、前記紫外線を前記バイオフィルムに照射することで、前記バイオフィルムを形成した細菌、ならびに、前記バイオフィルムに含まれる微生物および／またはウイルスを不活化してもよい。
このように、バイオフィルムを形成した細菌を殺菌することで、バイオフィルムの増産を止めることができる。また、バイオフィルムに含まれる微生物やウイルスを不活化することで、当該微生物やウイルスが人体へ悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
このように、バイオフィルムを形成した細菌を殺菌することで、バイオフィルムの増産を止めることができる。また、バイオフィルムに含まれる微生物やウイルスを不活化することで、当該微生物やウイルスが人体へ悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
さらに、上記の紫外線照射装置は、前記紫外線を、人の口腔内表面および大腸内面のいずれかに形成された前記バイオフィルムに照射してもよい。この場合、歯周病の進行や大腸がんの発生、感染症の発生を抑制することができる。
さらにまた、上記の紫外線照射装置は、前記光源部は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を透過し、波長２４０ｎｍよりも長波長側のＵＶ－Ｃ波の透過を阻止する光学フィルタをさらに備え、前記光学フィルタによって、前記光源から発せられる光のうち波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を透過して放射してもよい。
この場合、人体や動物への悪影響の少ない波長域の光のみを光源部から出射することができる。
この場合、人体や動物への悪影響の少ない波長域の光のみを光源部から出射することができる。
また、本発明に係る紫外線照射方法の一態様は、光源から波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を放射させるステップと、前記光源から放射された前記紫外線を人の口腔内表面および大腸内面のいずれかに形成されたバイオフィルムに照射し、前記バイオフィルムを分解するステップと、を含む。
このように、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射することで、バイオフィルムを容易かつ適切に分解することができる。また、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線は、人や動物の細胞に悪影響の少ない光であるため、人や動物の体内等に形成されたバイオフィルムに対しても上記紫外線を照射し、当該バイオフィルムを分解することができる。
このように、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射することで、バイオフィルムを容易かつ適切に分解することができる。また、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線は、人や動物の細胞に悪影響の少ない光であるため、人や動物の体内等に形成されたバイオフィルムに対しても上記紫外線を照射し、当該バイオフィルムを分解することができる。
さらに、上記の紫外線照射方法は、前記光源から放射された前記紫外線をバイオフィルムに照射し、前記バイオフィルムを形成した細菌、ならびに、前記バイオフィルムに含まれる微生物および／またはウイルスを不活化するステップをさらに含んでもよい。
このように、バイオフィルムを形成した細菌を殺菌することで、バイオフィルムの増産を止めることができる。また、バイオフィルムに含まれる微生物やウイルスを不活化することで、当該微生物やウイルスが人体へ悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
このように、バイオフィルムを形成した細菌を殺菌することで、バイオフィルムの増産を止めることができる。また、バイオフィルムに含まれる微生物やウイルスを不活化することで、当該微生物やウイルスが人体へ悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
また、上記の紫外線照射方法は、前記紫外線を前記バイオフィルムに照射した後、前記紫外線の放射を停止し、前記バイオフィルムに薬剤を投与するステップをさらに含んでもよい。
波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射することで、当該バイオフィルムに含まれる細菌の細胞の細胞膜を破壊し、薬剤が細菌の内部に入り込みやすくすることができる。紫外線照射後に薬剤を投与することで、より適切にバイオフィルム内の細菌を殺菌することができる。また、紫外線の放射を停止してから薬剤を投与することで、紫外線により薬剤が分解されることを防止することができる。
波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射することで、当該バイオフィルムに含まれる細菌の細胞の細胞膜を破壊し、薬剤が細菌の内部に入り込みやすくすることができる。紫外線照射後に薬剤を投与することで、より適切にバイオフィルム内の細菌を殺菌することができる。また、紫外線の放射を停止してから薬剤を投与することで、紫外線により薬剤が分解されることを防止することができる。
本発明では、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線をバイオフィルムに照射することで、当該バイオフィルムを容易かつ適切に分解することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、バイオフィルムに対して紫外線を照射し、当該バイオフィルムの分解（破壊）や、当該バイオフィルムに含まれる微生物やウイルス等の不活化を行う紫外線照射装置について説明する。
なお、本実施形態における「バイオフィルムの分解」とは、バイオフィルムを構成する細胞外高分子物質（ＥＰＳ）を分解し、バイオフィルムの構造を破壊することを含む。また、本実施形態における「不活化」とは、微生物やウイルスを死滅させる（又は感染力や毒性を失わせる）ことを指すものである。
本実施形態では、バイオフィルムに対して紫外線を照射し、当該バイオフィルムの分解（破壊）や、当該バイオフィルムに含まれる微生物やウイルス等の不活化を行う紫外線照射装置について説明する。
なお、本実施形態における「バイオフィルムの分解」とは、バイオフィルムを構成する細胞外高分子物質（ＥＰＳ）を分解し、バイオフィルムの構造を破壊することを含む。また、本実施形態における「不活化」とは、微生物やウイルスを死滅させる（又は感染力や毒性を失わせる）ことを指すものである。
本発明者らが鋭意研究した結果、バイオフィルムに波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下（以下、「波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍ」という。）の紫外線を照射することにより、バイオフィルムを分解することができることを新たに見出した。
上記波長域の紫外線を照射することによりバイオフィルムを分解することが可能な理由は、必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。
上記波長域の紫外線を照射することによりバイオフィルムを分解することが可能な理由は、必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。
バイオフィルムを構成する基体であるＥＰＳは、多糖類（菌体外多糖）、たんぱく質、脂質、細胞外ＤＮＡなどを含む。
ここで、たんぱく質に対する紫外線特性について考える。
図１は、たんぱく質の紫外線吸光スペクトルを示す図である。この図１に示すように、たんぱく質は、波長２００ｎｍに吸光ピークを有し、波長２４０ｎｍ以上では紫外線が吸収されにくいことがわかる。
したがって、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線を照射することでバイオフィルムを分解することが可能であるのは、バイオフィルムの主成分がたんぱく質であって、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線はたんぱく質によく吸収されるためであると考えられる。
ここで、たんぱく質に対する紫外線特性について考える。
図１は、たんぱく質の紫外線吸光スペクトルを示す図である。この図１に示すように、たんぱく質は、波長２００ｎｍに吸光ピークを有し、波長２４０ｎｍ以上では紫外線が吸収されにくいことがわかる。
したがって、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線を照射することでバイオフィルムを分解することが可能であるのは、バイオフィルムの主成分がたんぱく質であって、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線はたんぱく質によく吸収されるためであると考えられる。
また、ＥＰＳに含まれる糖やたんぱく質、脂質、ＤＮＡは、炭素（Ｃ）の二重結合を有する。紫外線のフォトンエネルギーは波長が短いほど高く、例えば２２２ｎｍの紫外線は、炭素の二重結合を切断することができる。
したがって、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線、特に波長２２２ｎｍの紫外線を照射することでバイオフィルムを分解することが可能であるのは、バイオフィルムの分子鎖に波長２２２ｎｍの紫外線が吸収されて分解されるためであるとも考えられる。上記のように波長２２２ｎｍの紫外線が炭素の二重結合について特異的に作用し、バイオフィルムの分解に寄与することは、本発明者らが見出した新たな知見である。
したがって、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線、特に波長２２２ｎｍの紫外線を照射することでバイオフィルムを分解することが可能であるのは、バイオフィルムの分子鎖に波長２２２ｎｍの紫外線が吸収されて分解されるためであるとも考えられる。上記のように波長２２２ｎｍの紫外線が炭素の二重結合について特異的に作用し、バイオフィルムの分解に寄与することは、本発明者らが見出した新たな知見である。
本実施形態における紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍ（好ましくは波長２００ｎｍ～２３０ｎｍ）の紫外線をバイオフィルムに対して照射して、当該バイオフィルムを分解する。
また、本実施形態における紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍ（好ましくは波長２００ｎｍ～２３０ｎｍ）の紫外線をバイオフィルムに対して照射することで、バイオフィルムの分解と同時または略同時に、当該バイオフィルムを形成（分泌）した細菌、ならびに当該バイオフィルムに含まれる有害な微生物および／またはウイルスを不活化する。
また、本実施形態における紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍ（好ましくは波長２００ｎｍ～２３０ｎｍ）の紫外線をバイオフィルムに対して照射することで、バイオフィルムの分解と同時または略同時に、当該バイオフィルムを形成（分泌）した細菌、ならびに当該バイオフィルムに含まれる有害な微生物および／またはウイルスを不活化する。
例えば、ＫｒＣｌエキシマランプから放出される波長２２２ｎｍの紫外線や、ＫｒＢｒエキシマランプから放出される波長２０７ｎｍの紫外線は、いずれもバイオフィルムの分解や細菌等の殺菌、不活化に好適な光である。
なお、以下の説明においては、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線を「遠紫外線（Ｆａｒ ＵＶ：ＦＵＶ）」と称することにする。また、波長２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の紫外線を単に「紫外線（ＵＶ）」と称することにする。
なお、以下の説明においては、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の紫外線を「遠紫外線（Ｆａｒ ＵＶ：ＦＵＶ）」と称することにする。また、波長２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域の紫外線を単に「紫外線（ＵＶ）」と称することにする。
本発明者らは、バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線（ＦＵＶ）を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線（ＵＶ）を照射した場合とで、バイオフィルムの分解効果およびバイオフィルムに含まれる細菌の殺菌効果について検証した。以下、検証実験およびその効果について具体的に説明する。
〔実験１〕
バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を照射した場合とで、それぞれバイオフィルムの分解量を調査した。
バイオフィルムの分解量を調査する方法としては、クリスタルバイオレット（ＣＶ）染色法によりバイオフィルム形成量を測定する方法を用いた。
バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を照射した場合とで、それぞれバイオフィルムの分解量を調査した。
バイオフィルムの分解量を調査する方法としては、クリスタルバイオレット（ＣＶ）染色法によりバイオフィルム形成量を測定する方法を用いた。
図２は、検証実験の実験系を示す模式図である。
この図２に示すように、マイクロプレートのウェル２０の底面２１に形成したバイオフィルム３０に対して、紫外線照射装置１０から放射される遠紫外線（ＦＵＶ）または紫外線（ＵＶ）をバイオフィルム３０の上方より照射し、バイオフィルム３０の分解量を調査した。
遠紫外線を放射する紫外線照射装置１０としては、ウシオ電機株式会社製「Ｃａｒｅ２２２」を使用した。この遠紫外線照射装置は、ピーク波長が２２２ｎｍであって、波長域１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を放射する。
この図２に示すように、マイクロプレートのウェル２０の底面２１に形成したバイオフィルム３０に対して、紫外線照射装置１０から放射される遠紫外線（ＦＵＶ）または紫外線（ＵＶ）をバイオフィルム３０の上方より照射し、バイオフィルム３０の分解量を調査した。
遠紫外線を放射する紫外線照射装置１０としては、ウシオ電機株式会社製「Ｃａｒｅ２２２」を使用した。この遠紫外線照射装置は、ピーク波長が２２２ｎｍであって、波長域１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を放射する。
また、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を放射する紫外線照射装置１０としては、アズワン株式会社製「ＳＬＵＶ－４」を使用した。この紫外線照射装置は、波長２５４ｎｍの紫外線放射と波長３６５ｎｍの紫外線放射とを切替可能な装置である。この実験１では、波長２５４ｎｍの紫外線放射を選択した。
そして、紫外線照射装置１０の光放射面を、バイオフィルム３０の表面に対向させるとともにウェル２０の底面２１から上方に距離Ｌだけ離隔させ、紫外線照射装置１０を配置した。なお、距離Ｌは任意であってよい。
そして、紫外線照射装置１０の光放射面を、バイオフィルム３０の表面に対向させるとともにウェル２０の底面２１から上方に距離Ｌだけ離隔させ、紫外線照射装置１０を配置した。なお、距離Ｌは任意であってよい。
実験１では、以下の工程（１）～（４）を順に実施した。
（１）バイオフィルム形成
マイクロプレートのウェル２０に、歯周病菌であるFusobacterium nucleatum（フソバクテリウム・ヌクレアタム）から分泌されるＥＰＳを基体としたバイオフィルム３０を形成した。バイオフィルムの形成は、以下の手順によって行った。
（１）バイオフィルム形成
マイクロプレートのウェル２０に、歯周病菌であるFusobacterium nucleatum（フソバクテリウム・ヌクレアタム）から分泌されるＥＰＳを基体としたバイオフィルム３０を形成した。バイオフィルムの形成は、以下の手順によって行った。
まず、使用菌株であるFusobacterium nucleatumの凍結菌液をＧＡＭ寒天培地に配置し、当該ＧＡＭ寒天培地を三菱ガス化学株式会社製の嫌気培養剤アネロパックとともに気密容器（角型ジャー）に入れ、３７℃一定の条件で７２時間嫌気培養した。
次に、この培養菌液を、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を用いて、１０７ＣＦＵ／ｍＬの菌液に調整し、さらにＧＡＭ液体培地を用いて、１０６ＣＦＵ／ｍＬに希釈した。
上記菌液をよく混和させ、９６ウェルのマイクロプレートの各ウェル２０に１００μＬずつ接種した。そして、３７℃一定の条件で７２時間嫌気培養し、ウェル２０の底面２１にバイオフィルム３０を形成させた。
次に、この培養菌液を、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）を用いて、１０７ＣＦＵ／ｍＬの菌液に調整し、さらにＧＡＭ液体培地を用いて、１０６ＣＦＵ／ｍＬに希釈した。
上記菌液をよく混和させ、９６ウェルのマイクロプレートの各ウェル２０に１００μＬずつ接種した。そして、３７℃一定の条件で７２時間嫌気培養し、ウェル２０の底面２１にバイオフィルム３０を形成させた。
（２）遠紫外線、紫外線照射
上記のバイオフィルム形成工程においてウェル２０の底面２１にバイオフィルム３０を形成した後、ウェル２０からＧＡＭ液体培地を取り除いた。
その後、マイクロプレートの各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
そして、紫外線照射装置１０として「Ｃａｒｅ２２２」を使用して、ウェル２０に形成されたバイオフィルム３０に対して遠紫外線（波長域１９０ｎｍ～２４０ｎｍ、ピーク波長２２２ｎｍ）を照射した。
また、比較実験の際には、紫外線照射装置１０として「ＳＬＵＶ－４」を使用して、ウェル２０に形成されたバイオフィルムに対して紫外線（波長２５４ｎｍ）を照射した。
上記のバイオフィルム形成工程においてウェル２０の底面２１にバイオフィルム３０を形成した後、ウェル２０からＧＡＭ液体培地を取り除いた。
その後、マイクロプレートの各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
そして、紫外線照射装置１０として「Ｃａｒｅ２２２」を使用して、ウェル２０に形成されたバイオフィルム３０に対して遠紫外線（波長域１９０ｎｍ～２４０ｎｍ、ピーク波長２２２ｎｍ）を照射した。
また、比較実験の際には、紫外線照射装置１０として「ＳＬＵＶ－４」を使用して、ウェル２０に形成されたバイオフィルムに対して紫外線（波長２５４ｎｍ）を照射した。
ピーク波長２２２ｎｍの遠紫外線の照射時間は、紫外線照射量（ドーズ量）が０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２となるように設定した。
また、波長２５４ｎｍの紫外線の照射時間は、紫外線照射量（ドーズ量）が遠紫外線と同様に０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２となるように設定した。
このように、バイオフィルム３０に対して、遠紫外線と紫外線とをそれぞれ同じドーズ量だけ照射した。
また、波長２５４ｎｍの紫外線の照射時間は、紫外線照射量（ドーズ量）が遠紫外線と同様に０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２となるように設定した。
このように、バイオフィルム３０に対して、遠紫外線と紫外線とをそれぞれ同じドーズ量だけ照射した。
（３）クリスタルバイオレット染色
上記の遠紫外線、紫外線照射工程において遠紫外線または紫外線を照射した後のバイオフィルム３０を、クリスタルバイオレットにより染色した。クリスタルバイオレットは、トリフェニルメタン骨格を有する塩基性の紫色色素であり、ＥＰＳを染色することができる。クリスタルバイオレットによる染色は、以下の手順によって行った。
上記の遠紫外線、紫外線照射工程において遠紫外線または紫外線を照射した後のバイオフィルム３０を、クリスタルバイオレットにより染色した。クリスタルバイオレットは、トリフェニルメタン骨格を有する塩基性の紫色色素であり、ＥＰＳを染色することができる。クリスタルバイオレットによる染色は、以下の手順によって行った。
まず、遠紫外線または紫外線を照射した終了後の各ウェル２０にＧＡＭ液体培地を１００μＬ投入して、３７℃一定の条件で２４時間嫌気培養し、培養後、ＧＡＭ液体培地を取り除いた。次いで、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
そして、各ウェル２０に濃度１％クリスタルバイオレット溶液を１００μＬ添加し、バイオフィルムを３０分間染色した。
そして、各ウェル２０に濃度１％クリスタルバイオレット溶液を１００μＬ添加し、バイオフィルムを３０分間染色した。
（４）吸光度測定
吸光度測定を実施し、バイオフィルム形成量を定量した。以下、吸光度測定の手順を示す。
上記のクリスタルバイオレット染色工程においてバイオフィルムを染色した後、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて２回洗浄し、洗浄後、各ウェル２０を１０分間乾燥させた。その後、濃度９５％のエタノールを各ウェルに投入し、室温で１５分間放置して、エタノール中にクリスタルバイオレットを溶出した。
そして、マイクロプレートリーダーにより上記溶出液の吸光度を測定した。なお、測定光の波長は５９０ｎｍとした。
吸光度測定を実施し、バイオフィルム形成量を定量した。以下、吸光度測定の手順を示す。
上記のクリスタルバイオレット染色工程においてバイオフィルムを染色した後、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて２回洗浄し、洗浄後、各ウェル２０を１０分間乾燥させた。その後、濃度９５％のエタノールを各ウェルに投入し、室温で１５分間放置して、エタノール中にクリスタルバイオレットを溶出した。
そして、マイクロプレートリーダーにより上記溶出液の吸光度を測定した。なお、測定光の波長は５９０ｎｍとした。
図３は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域（ピーク波長２２２ｎｍ）の遠紫外線を照射した場合のクリスタルバイオレット染色結果を示す模式図、図４は、波長２５４ｎｍの紫外線を照射した場合のクリスタルバイオレット染色結果を示す模式図である。
図３および図４において、（ａ）はバイオフィルムが形成されていない場合（ｂｌａｎｋ）、（ｂ）はドーズ量０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｃ）はドーズ量６０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｄ）はドーズ量１７５ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｅ）はドーズ量３００ｍＪ／ｃｍ２の場合のクリスタルバイオレット染色結果である。
図３および図４において、（ａ）はバイオフィルムが形成されていない場合（ｂｌａｎｋ）、（ｂ）はドーズ量０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｃ）はドーズ量６０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｄ）はドーズ量１７５ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｅ）はドーズ量３００ｍＪ／ｃｍ２の場合のクリスタルバイオレット染色結果である。
また、図５は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域（ピーク波長２２２ｎｍ）の遠紫外線を照射した場合の染色試料の吸光度をもとに計算したバイオフィルム形成量である。同様に、図６は、波長２５４ｎｍの紫外線を照射した場合の染色試料の吸光度をもとに計算したバイオフィルム形成量である。
図５および図６では、ドーズ量が０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２の場合のバイオフィルム形成量をそれぞれ示している。
図５および図６では、ドーズ量が０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２の場合のバイオフィルム形成量をそれぞれ示している。
図３に示すように、ピーク波長２２２ｎｍの遠紫外線を照射した場合には、照射量（ドーズ量）が多くなるにつれて、バイオフィルムの色は薄くなっている。このことから、遠紫外線の照射量が多くなるほど、バイオフィルムの分解量が多くなることが伺える。
実際に、吸光度測定からバイオフィルム形成量を定量したところ、図５に示すように、遠紫外線照射量が多くなるにつれてバイオフィルムの形成量は減少していた。
実際に、吸光度測定からバイオフィルム形成量を定量したところ、図５に示すように、遠紫外線照射量が多くなるにつれてバイオフィルムの形成量は減少していた。
一方、図４に示すように、波長域２５４ｎｍの紫外線を照射した場合、照射量（ドーズ量）が多くなっても、バイオフィルムの色はほぼ変化せず濃いままである。このことから、紫外線（波長２５４ｎｍ）を照射しても、バイオフィルムはほとんど分解されないことが伺える。
吸光度測定からバイオフィルム形成量を定量したところ、図６に示すように、紫外線照射量が多くなっても、バイオフィルムの形成量はあまり変化しなかった。
吸光度測定からバイオフィルム形成量を定量したところ、図６に示すように、紫外線照射量が多くなっても、バイオフィルムの形成量はあまり変化しなかった。
〔実験２〕
バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を照射した場合とで、それぞれバイオフィルムに含まれる細菌の殺菌について調査した。
細菌の殺菌を調査する方法としては、バイオフィルム内の生菌の代謝活性をＭＴＳ法（ＭＴＳアッセイ）により測定する方法を用いた。
実験系は、実験１と同様である。
バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を照射した場合とで、それぞれバイオフィルムに含まれる細菌の殺菌について調査した。
細菌の殺菌を調査する方法としては、バイオフィルム内の生菌の代謝活性をＭＴＳ法（ＭＴＳアッセイ）により測定する方法を用いた。
実験系は、実験１と同様である。
実験２では、実験１のバイオフィルム形成工程、遠紫外線、紫外線照射工程を実施した後、以下の手順でＭＴＳ試験を実施し、バイオフィルム内の細胞の生存率を調査した。
まず、遠紫外線または紫外線を照射した後の各ウェル２０にＧＡＭ液体培地を１００μＬ投入して、３７℃一定の条件で２４時間嫌気培養し、培養後、ＧＡＭ液体培地を取り除いた。次いで、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
洗浄後、各ウェル２０にＰＢＳを１００μＬ投入し、さらにＭＴＳ試薬を２０μＬ添加した。そして、各ウェル２０を遮光し、３７℃一定の条件で３時間培養した。
その後、各ウェル２０に反応液を１００μＬ分注し、マイクロプレートリーダーで吸光度を測定した。なお、測定波長は４９０ｎｍとした。
まず、遠紫外線または紫外線を照射した後の各ウェル２０にＧＡＭ液体培地を１００μＬ投入して、３７℃一定の条件で２４時間嫌気培養し、培養後、ＧＡＭ液体培地を取り除いた。次いで、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
洗浄後、各ウェル２０にＰＢＳを１００μＬ投入し、さらにＭＴＳ試薬を２０μＬ添加した。そして、各ウェル２０を遮光し、３７℃一定の条件で３時間培養した。
その後、各ウェル２０に反応液を１００μＬ分注し、マイクロプレートリーダーで吸光度を測定した。なお、測定波長は４９０ｎｍとした。
図７は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域（ピーク波長２２２ｎｍ）の遠紫外線を照射した後、ＭＴＳ試験を行い、各ウェル２０に反応液を分注したあとのウェル２０内の試料の様子を示す模式図である。
図８は、波長２５４ｎｍの紫外線を照射した後、ＭＴＳ試験を行い、各ウェル２０に反応液を分注したあとのウェル２０内の試料の様子を示す模式図である。
図７および図８において、（ａ）はバイオフィルムが形成されていない場合（ｂｌａｎｋ）、（ｂ）はドーズ量０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｃ）はドーズ量６０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｄ）はドーズ量１７５ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｅ）はドーズ量３００ｍＪ／ｃｍ２の場合のＭＴＳ試験結果である。
図８は、波長２５４ｎｍの紫外線を照射した後、ＭＴＳ試験を行い、各ウェル２０に反応液を分注したあとのウェル２０内の試料の様子を示す模式図である。
図７および図８において、（ａ）はバイオフィルムが形成されていない場合（ｂｌａｎｋ）、（ｂ）はドーズ量０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｃ）はドーズ量６０ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｄ）はドーズ量１７５ｍＪ／ｃｍ２の場合、（ｅ）はドーズ量３００ｍＪ／ｃｍ２の場合のＭＴＳ試験結果である。
また、図９は、１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域（ピーク波長２２２ｎｍ）の遠紫外線を照射した場合のFusobacterium nucleatumの生菌量である。同様に、図１０は、波長２５４ｎｍの紫外線を照射した場合のFusobacterium nucleatumの生菌量である。
図９および図１０では、ドーズ量が０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２の場合の生菌量をそれぞれ示している。
図９および図１０では、ドーズ量が０ｍＪ／ｃｍ２、６０ｍＪ／ｃｍ２、１７５ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２の場合の生菌量をそれぞれ示している。
図７の（ｃ）～（ｅ）に示すように、遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射して以降、ウェル２０内の試料の色は薄くなっている。このことから、遠紫外線を照射すると、バイオフィルム内の細菌が殺菌されることが伺える。
実際に、ＭＴＳ試験に基づき生菌量を定量したところ、図９に示すように、遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射して以降のバイオフィルム内のFusobacterium nucleatumの生菌量は、紫外線照射前の生菌量よりも減少していた。
実際に、ＭＴＳ試験に基づき生菌量を定量したところ、図９に示すように、遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射して以降のバイオフィルム内のFusobacterium nucleatumの生菌量は、紫外線照射前の生菌量よりも減少していた。
一方、図８（ｃ）に示すように、波長域２５４ｎｍの紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射した時点では、ウェル２０内の試料の色は紫外線照射前の色よりも幾分薄くなっているだけである。しかしながら、図８の（ｄ）および（ｅ）に示すように、波長２５４ｎｍの紫外線を１７５ｍＪ／ｃｍ２照射して以降は、ウェル２０内の試料の色は顕著に薄くなっており、図７（ｄ）に示す遠紫外線を１７５ｍＪ／ｃｍ２照射した場合よりも薄くなっている。さらに、波長２５４ｎｍの紫外線を１７５ｍＪ／ｃｍ２照射した時点でのウェル２０内の試料の色は、図７に示す遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２以上照射した場合よりも薄くなっている。
このことから、紫外線（波長２５４ｎｍ）を１７５ｍＪ／ｃｍ２以上照射すると、遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２以上照射した場合よりも、Fusobacterium nucleatumの殺菌が達成できることが伺える。
ＭＴＳ試験に基づき生菌量を定量したところ、図１０に示すように、紫外線（波長２５４ｎｍ）を１７５ｍＪ／ｃｍ２照射して以降のバイオフィルム内のＦｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｎｕｃｌｅａｔｕｍの生菌量は、遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射して以降のバイオフィルム内のFusobacterium nucleatumの生菌量よりも大幅に減少していた。
ＭＴＳ試験に基づき生菌量を定量したところ、図１０に示すように、紫外線（波長２５４ｎｍ）を１７５ｍＪ／ｃｍ２照射して以降のバイオフィルム内のＦｕｓｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｎｕｃｌｅａｔｕｍの生菌量は、遠紫外線を６０ｍＪ／ｃｍ２照射して以降のバイオフィルム内のFusobacterium nucleatumの生菌量よりも大幅に減少していた。
上記の実験１および実験２の結果より、バイオフィルムに遠紫外線を照射すると、バイオフィルムを分解可能であること、また、当該バイオフィルム内の細菌を殺菌することが可能であることが検証された。
また、バイオフィルムに紫外線（波長２５４ｎｍ）の紫外線を照射すると、バイオフィルムの分解は行われないが、バイオフィルム内の細菌を殺菌することが可能であることが分かった。
このように、バイオフィルムに遠紫外線を照射しても、紫外線を照射しても、バイオフィルム内の細菌を殺菌可能であることが分かった。ここで、両ケースにおいて、殺菌機序に相違点があるか否かを、以下の実験３により確認した。
また、バイオフィルムに紫外線（波長２５４ｎｍ）の紫外線を照射すると、バイオフィルムの分解は行われないが、バイオフィルム内の細菌を殺菌することが可能であることが分かった。
このように、バイオフィルムに遠紫外線を照射しても、紫外線を照射しても、バイオフィルム内の細菌を殺菌可能であることが分かった。ここで、両ケースにおいて、殺菌機序に相違点があるか否かを、以下の実験３により確認した。
〔実験３〕
バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を照射した場合とで、それぞれバイオフィルムに含まれる細菌の殺菌について調査した。
細菌の殺菌を調査する方法としては、遠紫外線または紫外線を照射した後のバイオフィルムに染色試薬を投入してバイオフィルム内の細胞の核酸（ＤＮＡ）を染色し、バイオフィルム内の細胞の状態を調べる方法を用いた。
実験系は、実験１と同様である。
バイオフィルムに対して１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域にある遠紫外線を照射した場合と、２４０ｎｍ～４００ｎｍの波長域にある紫外線を照射した場合とで、それぞれバイオフィルムに含まれる細菌の殺菌について調査した。
細菌の殺菌を調査する方法としては、遠紫外線または紫外線を照射した後のバイオフィルムに染色試薬を投入してバイオフィルム内の細胞の核酸（ＤＮＡ）を染色し、バイオフィルム内の細胞の状態を調べる方法を用いた。
実験系は、実験１と同様である。
染色試薬としては、ＳＹＴＯ９とプロピジウムヨウ化物（ＰＩ）の２つの核染色試薬を用いた。
ここで、ＳＹＴＯ９染色試薬は、膜透過性のあるＤＮＡ染色試薬であり、細胞膜の状態に依存せず、ＤＮＡを緑色に染色することが可能である。
一方、ＰＩ染色試薬は、膜透過性のないＤＮＡ染色試薬である。よって、ＰＩ染色試薬は、細胞膜にダメージがある細胞（死細胞）のＤＮＡのみを赤色に染色することが可能である。
ここで、ＳＹＴＯ９染色試薬は、膜透過性のあるＤＮＡ染色試薬であり、細胞膜の状態に依存せず、ＤＮＡを緑色に染色することが可能である。
一方、ＰＩ染色試薬は、膜透過性のないＤＮＡ染色試薬である。よって、ＰＩ染色試薬は、細胞膜にダメージがある細胞（死細胞）のＤＮＡのみを赤色に染色することが可能である。
実験３では、実験１のバイオフィルム形成工程、遠紫外線、紫外線照射工程を実施した後、以下の手順で染色工程を実施し、バイオフィルム内の細菌の状態を調査した。
まず、遠紫外線または紫外線を照射した後の各ウェル２０にＧＡＭ液体培地を１００μＬ投入して、３７℃一定の条件で２４時間嫌気培養し、培養後、ＧＡＭ液体培地を取り除いた。次いで、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
洗浄後、各ウェル２０に、濃度２．５μＭのＳＹＴＯ９染色液と濃度３．０μＭのＰＩ染色液との混合液を１００μＬ添加した。そして、各ウェル２０を遮光し、３０分間静置した。
その後、各ウェルを１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄し、蛍光顕微鏡を用いて観察を行った。
まず、遠紫外線または紫外線を照射した後の各ウェル２０にＧＡＭ液体培地を１００μＬ投入して、３７℃一定の条件で２４時間嫌気培養し、培養後、ＧＡＭ液体培地を取り除いた。次いで、各ウェル２０を１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄した。
洗浄後、各ウェル２０に、濃度２．５μＭのＳＹＴＯ９染色液と濃度３．０μＭのＰＩ染色液との混合液を１００μＬ添加した。そして、各ウェル２０を遮光し、３０分間静置した。
その後、各ウェルを１００μＬのＰＢＳを用いて洗浄し、蛍光顕微鏡を用いて観察を行った。
図１１は、光非照射の場合と、ピーク波長２２２ｎｍの遠紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ２照射した場合（ＦＵＶ照射）と、紫外線（波長２５４ｎｍ）を３００ｍＪ／ｃｍ２照射した場合（ＵＶ照射）とにおける、位相差顕微鏡像、ＳＹＴＯ９染色像およびＰＩ染色像を示す。なお、図１１において、ＳＹＴＯ９染色像のグレー部分は、実際は緑色であり、ＰＩ染色像のグレー部分は、実際は赤色である。
図１１の上段に示すように、遠紫外線および紫外線を照射していない非照射の場合、ＳＹＴＯ９染色では全体的に緑色に染色され、ＰＩ染色では、殆ど赤色に染色されていない。
このように、光非照射の場合にＳＹＴＯ９染色で全体的に緑色に染色されているのは、バイオフィルムが形成されており、バイオフィルム内部全体に細菌が分布しているためである。すなわち、上記実験３におけるＳＹＴＯ９染色の結果は、ほぼバイオフィルムの形成領域を示しているといえる。
また、光非照射の場合、ＰＩ染色では殆ど染色されていないので、バイオフィルム内の細菌は殆ど全て生きているといえる。
このように、光非照射の場合にＳＹＴＯ９染色で全体的に緑色に染色されているのは、バイオフィルムが形成されており、バイオフィルム内部全体に細菌が分布しているためである。すなわち、上記実験３におけるＳＹＴＯ９染色の結果は、ほぼバイオフィルムの形成領域を示しているといえる。
また、光非照射の場合、ＰＩ染色では殆ど染色されていないので、バイオフィルム内の細菌は殆ど全て生きているといえる。
これに対して、遠紫外線（波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍ、ピーク波長２２２ｎｍ）を３００ｍＪ／ｃｍ２照射した場合、図１１の中段に示すように、ＳＹＴＯ９染色ではまばらに染色され、ＰＩ染色では、ＳＹＴＯ９染色で染色されている領域とほぼ同じ領域が染色されている。
このＳＹＴＯ９染色の結果より、遠紫外線の照射によってバイオフィルムが分解され、まばらにしか形成されていないことが確認できる。
また、ＰＩ染色では、ＳＹＴＯ９染色で染色されている領域とほぼ同じ領域が染色されているので、バイオフィルム内に存在している細菌は、細胞膜のダメージを受けている死菌であることが確認できる。
このＳＹＴＯ９染色の結果より、遠紫外線の照射によってバイオフィルムが分解され、まばらにしか形成されていないことが確認できる。
また、ＰＩ染色では、ＳＹＴＯ９染色で染色されている領域とほぼ同じ領域が染色されているので、バイオフィルム内に存在している細菌は、細胞膜のダメージを受けている死菌であることが確認できる。
一方、紫外線（波長２５４ｎｍ）を３００ｍＪ／ｃｍ２照射した場合には、図１１の下段に示すように、ＳＹＴＯ９染色では、ほぼ全体的に緑色に染色され、ＰＩ染色では殆ど染色されていない。
このＳＹＴＯ９染色の結果より、紫外線（波長２５４ｎｍ）の照射ではバイオフィルムは分解されなかったことが確認できる。
このＳＹＴＯ９染色の結果より、紫外線（波長２５４ｎｍ）の照射ではバイオフィルムは分解されなかったことが確認できる。
また、ＰＩ染色では殆ど染色されていないため、バイオフィルム内に細胞膜のダメージを受けている死菌は殆ど存在しないことが確認できる。
ただし、実験２のＭＴＳ試験では、紫外線（波長２５４ｎｍ）を３００ｍＪ／ｃｍ２照射した場合、バイオフィルム内の細菌はほぼ死んでいることが確認できている。したがって、紫外線（波長２５４ｎｍ）を照射してもバイオフィルムは分解されずに形成されたままであるが、当該バイオフィルムに含まれる細菌は死んでおり、その細胞死の原因は、細胞膜のダメージ以外の機序によるもの、例えばＤＮＡ傷害によるものと考えられる。
ただし、実験２のＭＴＳ試験では、紫外線（波長２５４ｎｍ）を３００ｍＪ／ｃｍ２照射した場合、バイオフィルム内の細菌はほぼ死んでいることが確認できている。したがって、紫外線（波長２５４ｎｍ）を照射してもバイオフィルムは分解されずに形成されたままであるが、当該バイオフィルムに含まれる細菌は死んでおり、その細胞死の原因は、細胞膜のダメージ以外の機序によるもの、例えばＤＮＡ傷害によるものと考えられる。
細菌の細胞内には、遺伝情報をつかさどる核酸（ＤＮＡ、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、ＤＮＡの結合が損傷を受ける。これにより、遺伝子からの転写制御が滞り、新陳代謝に支障を来たし、死に至るとされる。つまり、紫外線に照射より、細菌は代謝能力、増殖能力が無くなった状態になる。ＤＮＡ傷害による細胞死は、波長２５４ｎｍの紫外線照射のみならず、ピーク波長２２２ｎｍの遠紫外線照射によっても起こる。
また、細菌とウイルスとでは、紫外線照射によってＤＮＡの結合が損傷を受けるといった点で不活化のメカニズムが共通する。したがって、バイオフィルムを形成（分泌）した細菌以外にも、バイオフィルムに微生物やウイルスが含まれる場合には、紫外線照射（遠紫外線照射を含む）によって上記の微生物やウイルスは不活化されると考えられる。
また、細菌とウイルスとでは、紫外線照射によってＤＮＡの結合が損傷を受けるといった点で不活化のメカニズムが共通する。したがって、バイオフィルムを形成（分泌）した細菌以外にも、バイオフィルムに微生物やウイルスが含まれる場合には、紫外線照射（遠紫外線照射を含む）によって上記の微生物やウイルスは不活化されると考えられる。
以上の実験１～３により、以下のことが検証できた。
（１）遠紫外線（１９０ｎｍ～２４０ｎｍ）をバイオフィルムに照射することにより、バイオフィルムが分解される。
（２）遠紫外線（１９０ｎｍ～２４０ｎｍ）をバイオフィルムに照射することにより、バイオフィルム内部の細菌は殺菌される。その殺菌機序は、細菌内部のＤＮＡ傷害および細胞膜の破壊によるものと考えられる。また、バイオフィルムに含まれうる微生物および／またはウイルスも不活化される。
（１）遠紫外線（１９０ｎｍ～２４０ｎｍ）をバイオフィルムに照射することにより、バイオフィルムが分解される。
（２）遠紫外線（１９０ｎｍ～２４０ｎｍ）をバイオフィルムに照射することにより、バイオフィルム内部の細菌は殺菌される。その殺菌機序は、細菌内部のＤＮＡ傷害および細胞膜の破壊によるものと考えられる。また、バイオフィルムに含まれうる微生物および／またはウイルスも不活化される。
なお、上述したように、バイオフィルムに紫外線（波長２５４ｎｍ）の紫外線を照射すると、バイオフィルムの分解は行われないが、バイオフィルム内の細菌を殺菌することが可能である。この理由は必ずしも明らかではないが、上記したようにバイオフィルムのＥＰＳが主に多糖類（菌体外多糖）とたんぱく質とから成り、図１に示すように波長２５４ｎｍの紫外線はたんぱく質に対する透過性が良好であることから、波長２５４ｎｍの紫外線がバイオフィルムに吸収されることなく透過してバイオフィルム内の細菌にダイレクトに照射され、細菌が殺菌されたためと考えられる。
そのため、波長２５４ｎｍの紫外線は、効率良くバイオフィルム内の細菌を殺菌可能と考えられる。
しかしながら、波長２５４ｎｍの紫外線を照射してもバイオフィルムは分解されずに残ったままとなるため、再び細菌が付着しやすい。細菌が付着すると、再びバイオフィルムが増産されてしまう。
また、波長２５４ｎｍの紫外線はバイオフィルムを透過するので、バイオフィルムに照射された波長２５４ｎｍの紫外線は、バイオフィルムが形成されている物質表面に到達しうる。例えば、バイオフィルムが人の口腔内に形成されている場合、バイオフィルムに照射された波長２５４ｎｍの紫外線は口腔表面に到達する。口腔内の組織はたんぱく質を含むので、口腔表面に到達した波長２５４ｎｍの紫外線は、口腔内の組織内部にまで浸透し、当該組織内部の細胞にダメージを与えうる。これは、波長２４０ｎｍ以上の紫外線に同様にいえることである。
しかしながら、波長２５４ｎｍの紫外線を照射してもバイオフィルムは分解されずに残ったままとなるため、再び細菌が付着しやすい。細菌が付着すると、再びバイオフィルムが増産されてしまう。
また、波長２５４ｎｍの紫外線はバイオフィルムを透過するので、バイオフィルムに照射された波長２５４ｎｍの紫外線は、バイオフィルムが形成されている物質表面に到達しうる。例えば、バイオフィルムが人の口腔内に形成されている場合、バイオフィルムに照射された波長２５４ｎｍの紫外線は口腔表面に到達する。口腔内の組織はたんぱく質を含むので、口腔表面に到達した波長２５４ｎｍの紫外線は、口腔内の組織内部にまで浸透し、当該組織内部の細胞にダメージを与えうる。これは、波長２４０ｎｍ以上の紫外線に同様にいえることである。
一方、波長２００ｎｍ付近の紫外線は、人の皮膚表面（例えば角質層）で吸収され、皮膚内部まで浸透しない。
つまり、人体表面または人体内で形成されたバイオフィルムの分解のために波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を上記バイオフィルムに照射し、当該バイオフィルムが分解された後、遠紫外線が人体組織（例えば皮膚表面）に到達したとしても、遠紫外線は人体組織内部までは浸透しない。そのため、人に対して安全である。
また、１９０ｎｍ未満の紫外線が酸素を含む雰囲気中に照射されると、酸素分子が光分解されて酸素原子を生成し、酸素分子と酸素原子との結合反応によって比較的高濃度のオゾンが生成される。しかしながら、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の遠紫外線は、オゾン生成が抑制された光であるため、オゾン生成の観点からも人や動物に安全な波長範囲であるといえる。
つまり、人体表面または人体内で形成されたバイオフィルムの分解のために波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を上記バイオフィルムに照射し、当該バイオフィルムが分解された後、遠紫外線が人体組織（例えば皮膚表面）に到達したとしても、遠紫外線は人体組織内部までは浸透しない。そのため、人に対して安全である。
また、１９０ｎｍ未満の紫外線が酸素を含む雰囲気中に照射されると、酸素分子が光分解されて酸素原子を生成し、酸素分子と酸素原子との結合反応によって比較的高濃度のオゾンが生成される。しかしながら、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの波長域の遠紫外線は、オゾン生成が抑制された光であるため、オゾン生成の観点からも人や動物に安全な波長範囲であるといえる。
したがって、波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を照射することによるバイオフィルムの分解・除去、およびバイオフィルム内の細菌等の不活化は、人体（人体表面や人体内）にて形成されるバイオフィルムを照射対象とする場合に好適である。
人体で形成されるバイオフィルムとは、例えば、人の口腔内表面で形成されるバイオフィルム、消化器官（例えば、大腸内面）で形成されるバイオフィルムなどを含む。上記遠紫外線を人体に形成されたバイオフィルムに照射することで、人体への悪影響を抑制しつつ、当該バイオフィルムを適切に分解することができ、歯周病の進行や大腸がんの発生を抑制することができる。
人体で形成されるバイオフィルムとは、例えば、人の口腔内表面で形成されるバイオフィルム、消化器官（例えば、大腸内面）で形成されるバイオフィルムなどを含む。上記遠紫外線を人体に形成されたバイオフィルムに照射することで、人体への悪影響を抑制しつつ、当該バイオフィルムを適切に分解することができ、歯周病の進行や大腸がんの発生を抑制することができる。
なお、人や動物に安全な波長範囲は、好ましくは波長２００ｎｍ～２３７ｎｍ、より好ましくは波長２００ｎｍ～２３５ｎｍ、さらに好ましくは２００ｎｍ～２３０ｎｍである。
さらに、バイオフィルム内の細菌等の不活化をより効果的に行うために、遠紫外線照射と薬剤投与とを併用してもよい。
上述したように、遠紫外線照射により細菌の細胞の細胞膜はダメージを受ける。そのため、遠紫外線照射後の細菌の内部には薬剤（薬液）が入り込みやすい。したがって、遠紫外線照射後の細菌に殺菌のための薬剤を投与することで、仮に遠紫外線照射後の細菌の一部が完全には死滅しなかったとしても、当該薬剤を容易に細菌の内部に浸透させ、完全に殺菌することが可能となる。
なお、遠紫外線により薬剤が分解されることを防止するために、遠紫外線を照射した後、遠紫外線の照射を停止し、その後に薬剤を投与することが好ましい。
上述したように、遠紫外線照射により細菌の細胞の細胞膜はダメージを受ける。そのため、遠紫外線照射後の細菌の内部には薬剤（薬液）が入り込みやすい。したがって、遠紫外線照射後の細菌に殺菌のための薬剤を投与することで、仮に遠紫外線照射後の細菌の一部が完全には死滅しなかったとしても、当該薬剤を容易に細菌の内部に浸透させ、完全に殺菌することが可能となる。
なお、遠紫外線により薬剤が分解されることを防止するために、遠紫外線を照射した後、遠紫外線の照射を停止し、その後に薬剤を投与することが好ましい。
以上説明したように、本実施形態における紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の遠紫外線をバイオフィルムに照射することで、当該バイオフィルムを容易に分解することができる。
本実施形態における紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の遠紫外線を放射する光源を有する光源部と、光源から放射される遠紫外線をバイオフィルムに照射させるべく光源部を支持する支持体と、を備える。
本実施形態における紫外線照射装置は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の遠紫外線を放射する光源を有する光源部と、光源から放射される遠紫外線をバイオフィルムに照射させるべく光源部を支持する支持体と、を備える。
図１２は、本実施形態における紫外線照射装置１００Ａの概略構成例を示す模式図である。
この図１２に示す紫外線照射装置１００Ａは、比較的大面積に対し、遠紫外線を照射する装置である。紫外線照射装置１００Ａは、光源部１１０Ａと、光源部１１０Ａを支持する支持体１２０と、を備える。
この図１２に示す紫外線照射装置１００Ａは、比較的大面積に対し、遠紫外線を照射する装置である。紫外線照射装置１００Ａは、光源部１１０Ａと、光源部１１０Ａを支持する支持体１２０と、を備える。
光源部１１０Ａは、光源１１１と、光源１１１を収容する筐体１１２と、筐体１１２に設けられ、遠紫外線を放射する光放射窓１１３と、を備える。光源１１１は、例えば中心波長２２２ｎｍの遠紫外線を放出するＫｒＣｌエキシマランプや、中心波長２０７ｎｍの遠紫外線を放出するＫｒＢｒエキシマランプとすることができる。
支持体１２０は、光源（エキシマランプ）１１１から放射される遠紫外線をバイオフィルムに向けて照射させるべく光源部１１０Ａを支持する。支持体１２０は、例えば、バイオフィルムが存在する領域（または存在し得る領域）の近傍に設けられた構造物などに取り付けられて光源部１１０Ａを支持する。
支持体１２０は、光源（エキシマランプ）１１１から放射される遠紫外線をバイオフィルムに向けて照射させるべく光源部１１０Ａを支持する。支持体１２０は、例えば、バイオフィルムが存在する領域（または存在し得る領域）の近傍に設けられた構造物などに取り付けられて光源部１１０Ａを支持する。
なお、図１２において、光源１１１に電力を供給する給電部や光源１１１の動作を制御するための制御部は図示を省略している。
光放射窓１１３は、例えば石英ガラスからなる紫外線透過部材とすることができる。
光源１１１から放出される遠紫外線のスペクトルは、中心波長からある程度広がっており、スペクトルのすそ野は、波長２４０ｎｍ以上の人体に悪影響を及ぼす波長域の紫外線を含み得る。よって、分解対象が、例えば人体に形成されたバイオフィルムであるなど、光源部１１０Ａから放射される光が人に照射されうる場合、光放射窓１１３には、光源１１１から放射される波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を透過し、それ以外の紫外線（例えば、波長２４０ｎｍよりも長波長側のＵＶ－Ｃ波）の透過を阻止または抑制する光学フィルタが設けられていることが好ましい。
光放射窓１１３は、例えば石英ガラスからなる紫外線透過部材とすることができる。
光源１１１から放出される遠紫外線のスペクトルは、中心波長からある程度広がっており、スペクトルのすそ野は、波長２４０ｎｍ以上の人体に悪影響を及ぼす波長域の紫外線を含み得る。よって、分解対象が、例えば人体に形成されたバイオフィルムであるなど、光源部１１０Ａから放射される光が人に照射されうる場合、光放射窓１１３には、光源１１１から放射される波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍの遠紫外線を透過し、それ以外の紫外線（例えば、波長２４０ｎｍよりも長波長側のＵＶ－Ｃ波）の透過を阻止または抑制する光学フィルタが設けられていることが好ましい。
ただし、分解対象が人体に形成されたバイオフィルムではなく、例えば台所のシンクの排水口などに形成されたバイオフィルムである場合は、紫外線照射装置１００Ａは、必ずしも上記光学フィルタを備える必要はない。
なお、図１２に示す紫外線照射装置１００Ａは、遠紫外線光源としてエキシマランプを備えるが、遠紫外線光源としてＬＥＤを用いることもできる。
図１３は、遠紫外線光源としてＬＥＤからなる光源１１４を有する光源部１１０Ｂを備える紫外線照射装置１００Ｂの概略構成例を示す模式図である。光源部１１０Ｂ以外の構成は、図１２に示す紫外線照射装置１００Ａと同様であってよい。
光源１１４としては、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系ＬＥＤ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系ＬＥＤおよび酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）系のいずれかを採用することができる。
図１３は、遠紫外線光源としてＬＥＤからなる光源１１４を有する光源部１１０Ｂを備える紫外線照射装置１００Ｂの概略構成例を示す模式図である。光源部１１０Ｂ以外の構成は、図１２に示す紫外線照射装置１００Ａと同様であってよい。
光源１１４としては、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系ＬＥＤ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）系ＬＥＤおよび酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）系のいずれかを採用することができる。
この図１３に示す紫外線照射装置１００Ｂにおいても、分解対象が人体に形成されたバイオフィルムであって、光源１１４から放出される光が波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍ以外の紫外線を含んでいる場合は、光放射窓１１３には、光源１１４から放射される波長１９０ｎｍ～２４０ｎｍを透過し、それ以外の紫外線（例えば、波長２４０ｎｍよりも長波長側のＵＶ－Ｃ波）の透過を阻止または抑制する光学フィルタが設けられていることが好ましい。
１０…紫外線照射装置、２０…マイクロプレート（ウェル）、２１…マイクロプレート底面、３０…バイオフィルム、１００Ａ～１００Ｄ…紫外線照射装置、１１０Ａ、１１０Ｂ…光源部、１１１…光源（エキシマランプ）、１１２…筐体、１１３…光学フィルタ、１１４…光源（ＬＥＤ）、１２０…支持体、１３０…光源部、１３１…ＬＥＤ、１３２…光学フィルタ、１４１…本体部、１４２…導光部、１４３…光出射端、１５０…挿入部、１５１…照明光導光部、１５２…観察光導光部、１６１…遠紫外線導光部
Claims (7)
- 波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を放射する光源を有する光源部を備え、
前記紫外線をバイオフィルムに照射することで当該バイオフィルムを分解することを特徴とする紫外線照射装置。 - 前記紫外線を前記バイオフィルムに照射することで、前記バイオフィルムを形成した細菌、ならびに、前記バイオフィルムに含まれる微生物および／またはウイルスを不活化することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
- 前記紫外線を、人の口腔内表面および大腸内面のいずれかに形成された前記バイオフィルムに照射することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
- 前記光源部は、波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を透過し、波長２４０ｎｍよりも長波長側のＵＶ－Ｃ波の透過を阻止する光学フィルタをさらに備え、
前記光学フィルタによって、前記光源から発せられる光のうち波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を透過して放射することを特徴とする請求項３に記載の紫外線照射装置。 - 光源から波長１９０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下の紫外線を放射させるステップと、
前記光源から放射された前記紫外線を人の口腔内表面および大腸内面のいずれかに形成されたバイオフィルムに照射し、前記バイオフィルムを分解するステップと、を含むことを特徴とする紫外線照射方法。 - 前記光源から放射された前記紫外線をバイオフィルムに照射し、前記バイオフィルムを生成した細菌、ならびに、前記バイオフィルムに含まれる微生物および／またはウイルスを不活化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の紫外線照射方法。
- 前記紫外線を前記バイオフィルムに照射した後、前記紫外線の放射を停止し、前記バイオフィルムに薬剤を投与するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の紫外線照射方法。
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