JP4625047B2 - 病原性微生物の殺滅方法 - Google Patents

Description

本発明は、病原性微生物の殺滅方法に関する。

本発明は、病原性微生物（ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃ ｍｉｃｒｏｂｅ）の殺滅方法に関する。より詳細には、例えば、義歯、義歯床、歯冠修復材料、矯正床、ワイヤー、ブリッジ等の表面において、齲蝕や歯周病などに代表される口腔内疾患の原因となる病原性微生物を人体への安全性を保ちつつ容易に殺滅することが可能な病原性微生物の殺滅方法に関する。
なお、ここで、病原性微生物（ｐａｔｈｏｇｅｎｉｃ ｍｉｃｒｏｂｅ）とは細菌やウイルスなど病気の原因になる微生物を言う。

歯科領域においてはミュータンス菌など口腔内細菌を殺菌する方法として、高濃度の過酸化水素や次亜塩素酸が用いられている。しかしながら、これらの殺菌剤は高濃度で使用すると、正常組織の脂質の酸化やタンパクの変性を惹起し、組織を破壊するといった副作用がある。

また、過酸化水素を用いた殺菌技術として、特許文献１に記載された技術が知られている。この技術は、食品用包装容器の内部を低密度の過酸化水素含有溶液を用いて付着させ、その殺菌剤付着と紫外線照射との相乗効果で短時間に殺菌すると共に、不活性ガスの吹き付けにより早急に過酸化水素を除去するものである。なお、特許文献１では、『過酸化水素含有溶液（滅菌剤）は、０．０１〜０．５重量％程度、好ましくは０．１％程度の低濃度の過酸化水素含有溶液である。』としている。

一般に、二酸化チタン光触媒は３８０ｎｍ以下の紫外線に応答して光触媒能を発揮するものであるが、そのような紫外線を人体に照射することは好ましくない。

一方、特許文献２には、『二酸化チタンと、過酸化水素水または水溶液とした時に過酸化水素を発生する化合物とを含む混合物からなる歯科用殺菌組成物を塗布体表面に塗布し、３８０〜５００ｎｍの波長を含む可視光線を照射することを特徴とする歯科用殺菌方法。』が記載されている。

この技術は、３８０〜５００ｎｍの波長を含む可視光線を照射しており、特許文献１の有する課題の解決を図ろうとしている。
しかし、特許文献２においては、次ぎの作用により殺菌が行われると考えられている。『二酸化チタン光触媒に光を照射すると電子と電子と正孔を生じ、それが過酸化水素と反応して活性酸素を生じる。この活性酸素は、オゾンよりはるかに強力な酸化力を持ち、ほぼ全ての有機物を炭酸ガスにまで酸化分解することが出来る。』

特許文献２では、活性酸素（スーパーオキサイド：Ｏ_２ ⁻）が殺菌作用の本質であり、そのためには酸化チタンを必須的には配合している。しかし、酸化チタンを配合するためには酸化チタンを媒体に分散させてゾル状態としなければならない。また、病原性微生物の殺滅対象物が酸化チタンの混入を避けたい場合には特許文献２記載技術を使用することができない。

また、特許文献２には、紫外領域のみの光照射について記載されているにすぎず、赤外領域における波長を有する光の照射については全く記載がない。
特開２００４−５９０１４号公報 特開２００４−３２３４１７号公報

本発明は、紫外線を用いることなく人体への安全性を保ちつつ、また、酸化チタンを配合することなく容易に病原性微生物の殺滅することが可能な病原性微生物の殺滅方法を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、過酸化水素及び／又は次亜塩素酸を含む組成物を、義歯、義歯床、歯冠修復材料、矯正床、ワイヤー、または、ブリッジから成る対象物に接触させ、８００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長の赤外光を該対象物に照射する病原性微生物の殺滅方法である。

請求項２に係る発明は、前記過酸化水素の濃度は３重量％以下である請求項１記載の病原性微生物の殺滅方法である。

請求項３に係る発明は、前記次亜塩素酸の濃度は３重量％以下である請求項１または２記載の病原性微生物の殺滅方法である。

請求項４に係る発明は、前記赤外光はレーザー光である請求項２または３記載の病原性微生物の殺滅方法である。

請求項５に係る発明は、前記光線を２５秒以上照射する請求項４記載の病原性微生物の殺滅方法である。

請求項６に係る発明は、ヒドロキシルラジカルを１０μＭ以上発生させる請求項５記載の病原性微生物の殺滅方法である。

請求項７に係る発明は、前記対象物の非露出部に過酸化水素又は次亜塩素酸を接触あるいは含有させておき、前記対象物の表面から前記対象物を透過する赤外光を照射する請求項６項記載の病原性微生物の殺滅方法である。

請求項８に係る発明は、設置場所以外の場所で対象物を過酸化水素及び／又は次亜塩素酸に接触させ、次いで該対象物を所定の場所に設置して前記赤外光を照射する請求項７記載の病原性微生物の殺滅方法である。

以下に本発明の作用及び実施の形態を、本発明をなすに際して得た知見とともに説明する。
本発明者は、ロ腔内の感染症（通称、虫歯）殺菌方法として、酸化剤（過酸化水素、次亜塩素酸）に光照射を組み合わせる方法について検証した。過酸化水素の殺菌法では紫外線等を照射することで殺菌効率が高まることが知られている。
しかしながら、高出力のレーザー光を目や粘膜等に照射すると傷害を招くことが知られている。そのため、紫外領域のレーザー光（１８６、２５４、３８６ｎｍ）を用いることは好ましくない。

そこで、比較的安全である可視光に近い波長あるいは赤外光領域の波長を有する光を利用して、殺菌効果に関する検証を行うことにした。
検証を行うに際して、本発明者は以下のいくつかの知見を得た。

まず、酸化チタンを用いなくとも殺菌効果が生ずることを知見した。従って、本発明では酸化チタンを実質的に含有しない。例え含有する場合であっても、特許文献２で必要とされる含有量以下の量を用いるに過ぎない。従って、薬品としては、過酸化水素あるいは次亜塩素酸のみで足りる。その結果、対象物への塗布などによる薬品の接触が極めて簡単である。

次に、殺菌効果は、ヒドロキシルラジカルが大きく関与しており、特にその濃度には臨界値があること知見した。すなわち、ヒドロキシルラジカルが１０μＭ以上になると急激に殺菌効果が上昇することを知見した。

さらに、特許文献２では、殺菌は活性酸素（スーパーオキサイド：Ｏ_２ ⁻）により行われると考えている。そのため、過酸化水素から活性酸素を生成させるために二酸化チタンを必須的に配合している。しかるに、本発明者は、病原性微生物の殺滅は、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ・）により強力に行われるのであり、ヒドロキシルラジカルは、過酸化水素からあるいは次亜塩素酸に所定の波長を含む光線を照射すれば生成可能であることを知見した。

そして、赤外領域における波長を有する光を照射することによってもヒドロキシルラジカルの発生が認められことを知見した。なお、特許文献のいずれにも赤外領域における波長を有する光の照射について示唆する記載はない。ロ腔内における病原性微生物の殺菌、除菌に活用でき、歯科領域の治療や感染症の予防に有用であると赤外領域における照射について示唆する記載はない。

本発明に用いられる光の光源としては、発熱灯、蛍光灯、ハロゲンランプ、ブラックライト、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀灯、ＵＶランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体レーザー等が例示される。単一波長の場合、これらの光源からの光を、適当なフィルターを介して不要な波長をカットした後、適当な手段によって導光することにより得られた光を、殺菌剤と接触させた表面に照射することによって殺菌を行えばよい。使用する光は単一波長に限らない。複数の波長を有する光であってもよい。

本発明では、７５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲における単一又は複数の波長を有する光を含む光線を使用する。３８０ｎｍ未満では人体に損傷を与える可能性がある。一方、１０００ｎｍを超えると十分なヒドロキシルラジカルの発生が達成されないことがある。

赤外線近傍領域では、８００〜９００ｎｍがより好ましい。８００〜９００ｎｍの範囲においては、他の範囲に比べてヒドロキシルラジカルの発生量が著しく増加する。

本発明では対象物に酸化剤を含む組成物を接触させる。
酸化剤としては、過酸化水素、次亜塩素酸が好適に用いられる。これら酸化剤は他の酸化剤に比べて、容易に殺菌に必要なヒドロキシルラジカルを発生させることができる。組成物中には酸化チタンを含む必要はない。ただ、含んでいる場合を全て除外するわけではない。含んでいる場合であっても特許文献２で使用する波長において必要とされる含有量一致する場合は除かれる。

ヒドロキシルラジカルの量と殺菌効果との関係を調べたところ、存在ヒドロキシルラジカルの量が１０μｍを超えると殺菌効果が急激に発生する。
ヒドロキシルラジカルの量の制御は光線の照射時間に比例する。すなわち、発生したヒドロキシルラジカルは消滅することなく蓄積され、照射時間の増加とともに直線的に増加する。従って、照射時間を制御することによりヒドロキシルラジカルの蓄積量を制御すればよい。

照射する波長、酸化剤の濃度にもよるが、一般的には、１分の照射により０．５μＭ〜１０μＭあるいは１μＭ〜１０μＭのヒドロキシルラジカルの増加が達成される。酸化剤の濃度は、薄い方がヒドロキシルラジカルの発生量は少ない。従って、濃度が薄い場合に濃い場合より長く照射すればよい。なお、光照射前においてもヒドロキシルラジカルは５μＭ程度存在している場合もある。従って、例えば、殺菌効果は著しく生ずる１０μＭとするためには、５μＭ発生させればよい。各個別的条件のもとに照射時間を求めておけばよい。

本発明において過酸化水素あるいは次亜塩素酸の濃度は、３重量％以下が好ましい。３重量％以下とすることにより対象物への影響を低下させることができる。また、３重量％以下であっても殺菌に必要な量のヒドロキシルラジカルを発生させることができる。
なお、下限としては、０．０１重量が好ましい。０．０１重量％未満の場合には、ヒドロキシルラジカルを生成させるために長時間を要する場合が生じる。

なお、過酸化水素または次亜塩素酸含む組成物を対象物に接触させるためには、該組成物を対象物に塗布すればよい。あるいは組成物の溶液中（純水、電解水中に組成物を溶解した液）に浸漬すればよい。対象物の内部に含有せしめてもよい。内部に含有せしめる場合、対象物の材料中に混合させてもよい。また、外部から目に見えない部分であって照射する光線が到達可能な部分に薬品を配置しておいてもよい。

本発明において、対象物は、例えば、義歯、義歯床、歯冠修復材料、矯正床、ワイヤー、ブリッジなどがあげられる。動物中において動物と一体化している対象物なども含まれる。ただ、人体中における場合には保護対象としない国においては、動物から人間は除外される。

特定の波長の光を照射したい場合、局所的に高エネルギーの光を照射したい場合、非常に狭い領域に限定して光を照射したい場合などにはレーザー光を用いることが好ましい。
特に、本発明においては、レーザー光を用いることにより高エネルギーの光を局所的に照射して短時間に多くのヒドロキシルラジカルを生成させることが可能となる。

光照射の時間は、殺菌程度に応じて適宜調整すれば良いが、７００ｎｍ〜１０００ｎｍ領域の波長を含む場合には光の強度にもよるが、２５秒以上が好ましい。なお、ヒドロキシルラジカルの発生という観点からは１分以上が好ましく、５分以上がより好ましい。２０秒以上とした場合、短時間で（従って、対象物あるいはその周辺配置物に対して不測の損傷を与えることなく）、殺菌に必要なヒドロキシルラジカルを生成させることが可能となる。他の波長の場合には、１分以上が好ましく、５分以上がより好ましい。また、レーザー光を照射することが好ましい。

対象物の非露出部に過酸化水素又は次亜塩素酸を接触あるいは含有させておき、該対象物の表面から光を照射してもよい。すなわち、光が直接的には照射できない部分（例えば、対象物の裏面側）に酸化剤を塗布しておき、表面から光を照射する。対象物を特定波長に対する透過性を有する材料により形成しておけば、照射した光は対象物を透過して裏面に達し、そこで、ヒドロキシラジカルを生成する。裏面に限らず、内部でもよい。この場合、特定波長と、その波長に対する透過性のある材料との組み合わせを適宜選択しておけばよい。

特に、特定の場所からの取り外し、移動を行う対象物の場合に好適に用いられる。例えば、歯のブリッジの場合、取り外した状態でブリッジに酸化剤を塗布しておく。ついで、口腔内に取り付けると、ブリッジの一部は歯肉などの陰になる。歯肉の表面から赤外線を照射すると歯肉を透過して陰の部分においてもヒドロキシルラジカルを発生させることが可能となる。

本発明によれば以下の効果が達成される。
赤外レーザーと酸化剤(過酸化水素、次亜塩素酸)の組み合わせによって、安全で効率よく病原性微生物の殺滅を行うことができる。
例えば、歯科医療に用いられている過酸化水素(1M)との組み合わせで、ロ腔内を短時間で殺菌することが期待される。

従来の口腔内殺菌では、酸化剤が到達する範囲での殺菌のみが可能であったが本発明方法では光が透過する範囲の殺菌が可能となった。その結果として、正常組織に対する傷害を低減することが可能となり、殺菌に伴う痛みの低減ができる。

本例では、１Ｍと０．１Ｍとの２種類濃度の過酸化水素水に、９０ｍｍの距離から最大出力（１７．５ｍＷ）でレーザーダイオード（ＬＤ）（４０５ｎｍ）を照射し、観測されるＥＳＲスペクトルを調べた。
ヒドロキシルラジカルの計測は、ＥＳＲ一スピントラッピング法を用い、２種のレーザーダイオードの光照射により生成するヒドロキシルラジカルを測定することによっておこなった。

以下に詳細を述べる。
（１）和光純薬から購入した過酸化水素水（３０％：１０Ｍ）を用意した。なお、％は重量％である（以下同じ。）。
この過酸化水素水を、純水を用いて１Ｍ（３％）と０．１Ｍ（０．３％）とに希釈した。

（２）１Ｍの過酸化水素水と、０．１Ｍの過酸化水素水とを２００μＬづつエッペンドル・遠心チューブ（試料管）に入れた。その際スピントラップ剤（ラジカル捕捉剤）ＤＭＰＯ２０μＬ（０．８Ｍ）を添加し、１０秒間攪拌した。
なお、ＤＭＰＯは５，５−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｙｒｒｏｌｉｎ−Ｎ−ｏｘｉｄｅであり、本例では、ラボテック（東京）製を用いた。

（３）試料管を固定し、試料管の上部（９０ｍｍ、１５０ｍｍ）に、レーザダイオード（ＬＤ）を１−５分間照射した。
その際の最大出力は、１７．５ｍＷである。」また、波長は、４０５ｎｍである。
レーザーダイオード（ＬＤ）光の照射装置としては、有限会社パックスが製造した可視光レーザーユニット（型式ＳＵ−６１Ｃ）を使用した。
発信波長が４０５ｎｍ，最大出力１７．５ｍＷ、集光時のビーム径（照射距離５０ｍｍ、０．０２５ｎｍ×０．０３５ｎｍ）であった。

（４）ＬＤ照射後、溶液をＥＳＲ専用の水溶液用石英セルに約１３０μＬ吸入し、直ちに電子スピン共鳴装置（ＪＥＯＬ、ＪＥＳ−ＦＡ１００）によってＥＳＲスペクトルの記録を開始した。ＥＳＲ装置測定条件を以下に示す。
共鳴周波数：９．４２７ＧＨｚ
出力： ：４．０ｍＷ
磁場変調 ：１００ｋＨｚ
観測磁場 ：３３５．５００±５ｍＴ
測定時間 ：２分
変調幅 ：０．１ｍＴ
増幅率 ：３００

（５）１Ｍ濃度の過酸化水素水からは図１に示すようなヒドロキシルラジカル由来のスピンァダクト（ＤＭＰＯ−ＯＨ）のＥＳＲスペクトルが観測された。図１は、過酸化水素溶液中でヒドロキシルラジカルが生成していることを示唆している。観測された信号がヒドロキシルラジカルであることは、ＥＳＲのスペクトルの超微細分裂定数を使って行った。
すなわち、観測されたＥＳＲスペクトルの超微細分裂定数は、ｈｆｃｃ、ａＮ＝ａＨ＝１．４９ｍＴと求まり、この信号はＤＭＰＯ−ＯＨに帰属された。さらにＥＳＲスペクトルの面積から、ＤＭＰＯ−ＯＨの濃度は２０μＭと求められた。
殺菌には、ヒドロキシルラジカルは１０μＭ以上存在すれば殺菌・滅菌作用が生ずるので、本例により殺菌・滅菌は行うことが可能であることがわかる。

本例では、レーザー光の照射時間を変えて実験を行った。すなわち、ヒドロキシルラジカル発生の光照射時間依存性を調べた。
他の点は実施例１と同様とした。
その結果を図２に示す。
図２において、□が１Ｍの場合を、◆が０．１Ｍの場合を示している。
濃度と照射時間に依存した信号強度（ＤＭＰＯ−ＯＨ）の増加が観測された。
また、０．１Ｍの場合であってもヒドロキシルラジカルの発生が認められた。

本例は、８０５ｎｍの赤外光を照射した場合の例である。
８０５ｎｍの赤外光の照射は、ガラスセル（直径３０ｍｍ、深さ５ｍｍ）に９９０μＬとＤＭＰＯ１０μＬ加え、照射した。
なお、赤外光を用いたレーザー照射装置は、株式会社ユニタック製を使用した。
他の点は実施例２と同様とした。なお、過酸化水素の濃度は１Ｍとした。

光照射前においては、ヒドロキシルラジカルは５μＭであった。光を照射すると、ヒドロキシルラジカルは、１０秒当たり２μｍずつ直線的に増加した。１０μＭ発生させるためには、２５秒以上照射すればよいことがわかった。
赤外光（８０５ｎｍ）を過酸化水素（１Ｍ）に照射するとヒドロキシルラジカルの生成が明らかとなった。生成量は可視光レーザーの場合とほぼ同じであった。

本例では、過酸化水素に代えて次亜塩素酸を用いた。
次亜塩素酸の場合についても過酸化水素の場合と同様の結果が得られた。
（比較例１）

本例では、４３０ｎｍの波長を用いたところ、実施例１の場合に比べてヒドロキシルラジカルの発生量は非常に少なかった。
（比較例２）

本例では、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ４の波長を用いたところ、実施例１の場合に比べてヒドロキシルラジカルの発生量は非常に少なかった。

実施例１に係り、ＬＤ照射によって観測されたＥＳＲスペクトル図である。照射時間は５分である。 実施例１に係り、ＬＤ（４０５ｎｍ）照射によって生成するＤＭＰＯ−ＯＨの照射時間依存性を示すグラフである。 実施例２に係り、ＬＤ（８０５ｎｍ）照射によって生成するＤＭＰＯ−ＯＨの照射時間依存性を示すグラフである。

Claims (8)

1. 過酸化水素及び／又は次亜塩素酸を含む組成物を、義歯、義歯床、歯冠修復材料、矯正床、ワイヤー、または、ブリッジから成る対象物に接触させ、８００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲の波長の赤外光を該対象物に照射する病原性微生物の殺滅方法。
2. 前記過酸化水素の濃度は３重量％以下である請求項１記載の病原性微生物の殺滅方法。
3. 前記次亜塩素酸の濃度は３重量％以下である請求項１または２記載の病原性微生物の殺滅方法。
4. 前記赤外光はレーザー光である請求項２または３記載の病原性微生物の殺滅方法。
5. 前記赤外光を２５秒以上照射する請求項４記載の病原性微生物の殺滅方法。
6. ヒドロキシルラジカルを１０μＭ以上発生させる請求項５記載の病原性微生物の殺滅方法。
7. 前記対象物の非露出部に過酸化水素又は次亜塩素酸を接触あるいは含有させておき、前記対象物の表面から前記対象物を透過する赤外光を照射する請求項６項記載の病原性微生物の殺滅方法。
8. 設置場所以外の場所で対象物を過酸化水素及び／又は次亜塩素酸に接触させ、次いで該対象物を所定の場所に設置して前記赤外光を照射する請求項７記載の病原性微生物の殺滅方法。
   

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