JP5699074B2 - 類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックス材による抗菌の新方法 - Google Patents
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Description
本発明は紫外線を利用する抗菌方法の技術分野に属し、特に類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックス材を利用する抗菌の新方法に関する。
人類社会の発展に伴い、人類活動が環境に対する影響が日々深まり、各種の放射線が周囲に多く存在するとともに、病菌の薬物に対する耐性が益々強くなる。各種の致病菌の人類健康に対する危害を防止するために、微生物の成長を抑制する手段及び微生物を殺す手段が多数採用されている。人々が日常に接する各種の医薬用品、生活器具等の表面に各種の病菌が容易に付着・繁殖し、それに接触してから人体が容易に感染され、人体の健康を脅かす恐れがあるから、有害微生物の侵害に対していろんな方法が採用されている。現在、有害微生物に対する抑制及び殺菌方法として、主に高温高圧殺菌法、薬物殺菌法、抗菌剤法、光触媒法以及紫外線殺菌法等が挙げられる。
高温高圧殺菌法とは、高温高圧により微生物の蛋白質を変質させ、生物活性を失い、約１００％までに微生物を殺すことに達する方法である。当該方法は最も有效の一つの殺菌方法であるが、当該方法の必要条件は非常に厳しく、環境中で使用することができない。薬物殺菌法は各種の微生物が敏感する薬物と微生物の蛋白質又はＤＮＡ等とを反応させることで、微生物を殺す。当該方法は通常人類疾病の治療に用いられる。
しかしながら、薬物の使用が微生物の薬物に対する耐性を強くさせ、薬物殺菌の有効性を確保するために、引き続き新型の薬物を開発しなければならない。抗菌剤法としては、環境に各種の銀、亜鉛、銅等を含む無機抗菌剤又はエステル類、アルコール類、フェノール類の有機抗菌剤を使用し、抗菌剤と微生物の組織との化学及び物理反応により微生物成長を抑制し、さらに微生物を殺す目的に達する。光触媒抗菌法では光催化反応により環境中の酸素又は水からスーパーオキシドアニオン（Ｏ２−）及び水酸基ラジカル基（・ＯＨ）を誘発させる。Ｏ２−及び・Ｏは化学性質の極めて活発のラジカルであり、それらと微生物中の蛋白質等有機物質とを作用させて酸化還元反応を発生させ、微生物に生物活性を失わせ、細菌を抑制する又は殺す目的を達する。
経済的、便利の方式として、現在紫外線殺菌は病院、ラストラン等環境に広く使われている。国内外の関連機構組織及び専門家の研究により、以下のことが明らかになった。短波紫外線（ＵＶ−Ｃ、２００−２９０ｎｍ）及び中波紫外線（ＵＶ−Ｂ、２９０−３２０ｎｍ）は直接的に細胞中のＤＮＡに作用し、ピリミジンダイマーを産生させ、ＤＮＡ断裂をもたらし、塩基水和物を産生させ、あるいはＤＮＡと関連する蛋白質とを架橋させ、微生物の成長を抑制するようにする。一方、長波紫外線（ＵＶ−Ａ、３２０−４００ｎｍ）は内、外感光化源に光化学反応が発生するように誘発させ、細胞中の各種の生物酵素の活性を失わせ、細胞を死亡させるようにする。
しかしながら、現在通常使用されている紫外線抗菌方法は紫外灯抗菌であり、当該方法では紫外灯から放出される強い短波紫外線により環境中の細菌を殺菌する。当該方法は電気エネルギーを消耗する必要があるとともに、放出された紫外線の強度が高いので、容易に人体細胞の損傷が招かれ、人類活動の同時に応用することが適切ではない。図１に示すように、地面の太陽光に微弱な紫外線が含まれ、そのスペクトルの範囲は主に長波紫外線及び少量の中波紫外線であり、且つ図２に示すように波長が下がるほど強度も徐徐に下がる。その強度が紫外灯よりはるかに低いため、太陽光に含まれる紫外線は抗菌能力を有するとともに人体に対する傷害が極めて低く、同時に微弱な紫外線は人体のビタミンＤ３の合成を促進することができ、人体の健康に有利である。但し、紫外線の透過能力が弱いので、自然光中の紫外線は密閉環境中の物体に作用できない。若し人工手段により微弱な地面太陽光の紫外線分布に類似する紫外スペクトル（類地紫外スペクトルと定義できる）が得られれば、人類活動環境の抗菌に使用でき、長時間且つ効果的に抗菌するとともに人体健康を促進することが期待される。
ガラス及びセラミックス製品は優れた性能及び美観性を有するため、医薬衛生、日常生活等分野に広く使われている。それらの材料を重複使用することにより人類に便利を提供するとともに、使用した人に各種の細菌の交差感染を齎す。このような材料の人類健康に対する悪い影響を防ぐために、研究者により色んな抗菌ガラス／セラミックス材が開発された。現在、これらの抗菌材は通常基体内又は表面に各種の抗菌剤又は光触媒を担持させてなる。ガラス及びセラミックス材の製造及び成形は高温で完成しなければならないため、金属イオンを含む耐高温な抗菌剤しか使えない。それらの金属イオンは殺菌作用を有するとともに、人体と長期接触すると一定の毒性副作用があり、且つ金属イオンの溶出に伴い、これらの製品の抗菌性能が下がりつつある。一方、光触媒抗菌を採用したガラス及びセラミックス製品では、その抗菌效果が光線の照射及び強度に制約され、その応用範囲が制限されている。
本発明は類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックス材の応用による抗菌の新方法であり、エネルギーを消耗しない上に、前記のガラスセラミックス材が地球自然環境にある赤外線、可視光線又は紫外線により励起され、自体から類地紫外スペクトルが放出され、その類地紫外線により抗菌することを特徴とする方法を提供する。
本発明のガラスセラミックスは弗化珪素酸塩ガラスセラミックスである。その中、前記ガラスセラミックスの基材はＣａ、Ｓｉ、Ａｌ系弗化酸化物であり、前記Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ系弗化酸化物の含有量はｍｏｌ％で４０−７０％のＳｉＯ２、５−３５％のＣａＦ２、５−３０％のＡｌ２Ｏ３及び０−１５％のＣａＣＯ３である。その中、前記ガラスセラミックスは任意に０−２０ｍｏｌ％のＨ３ＢＯ４を含有してもよい。
本発明における前記類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックス材には少なくとも四種の希土類イオンがドープされており、少なくとも五種の希土類イオンがドープされることが好ましい。かつ、前記希土類イオンがドープされるｍｏｌ％濃度は１％−２０％である。また、前記希土類イオンはＬａ３＋、Ｙ３＋、Ｃｅ４＋、Ｅｕ３＋、Ｔｂ４＋、Ｔｂ３＋、Ｔｍ３＋、Ｈｏ３＋、Ｙｂ３＋から選択されるものである。
本発明の類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックス材の組成はｍｏｌ％で以下の通りである。
本発明に採用される抗菌実験は標準「ＪＣ／Ｔ ８９７−２００２抗菌セラミックス製品の抗菌性能」に従い行われ、具体的な方法は以下の通りである。ＪＣ／Ｔ ８９７−２００２を基準とし、サンプルを黒い場所に置く、室内自然光の照射を増加するあるいは赤外線灯で照射する。赤外線灯で照射する場合、赤外線灯の工率は５０Ｗであり、光源はサンプルの上部約１５ｃｍに配置され、かつ灯の熱輻射が細菌に損傷を起こさせないように、灯とサンプルとの間にガラスパネルを追加する。
希土類イオンには異なる電子遷移の形式及び極めて多いエネルギー準位の遷移を有するため、希土類イオンの種類、配合量を調整することにより地表紫外スペクトルと類似する類地紫外スペクトルを得ることができる。光転換過程において一定のエネルギーの損失があるため、生成された紫外線の強度が弱く、光転換紫外線、特に類地紫外スペクトルを採用し、抗菌作業を行えば、抗菌效果が得られ、人体健康に影響しないと同時に、人体のビタミンＤ３の合成に一定の促進作用がある。特にガラスセラミックス材はＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ａｌ２Ｏ３を基体とした希土類がドープされた類地紫外放出スペクトルの光転換発光ガラスセラミックス材の場合では、基体に各種の毒性副作用を有するイオンが使用されていないため、該セラミックス材は更なる良好な生物安全性を有する。その同時に、当該材料は環境に通常存在する赤外線、可視光線及び紫外線を類地紫外スペクトルに転換させるため、その抗菌能力は経時的に低減しなく、且つ環境光線の照射条件に制約しない。
本発明に係る類地紫外スペクトルが放出されるガラスセラミックスによれば、電源を要らずに赤外線、可視光線又は紫外線を類地紫外スペクトルに転換させることができ、抗菌の目的が実現できる。
本発明に係る類地紫外スペクトルが放出されるガラスセラミックスにより環境中の赤外線、可視光線又は紫外線を類地紫外線に転換させることで、ガラスセラミックスが細菌に汚染されないように確保するとともに、周囲環境中の細菌繁殖を抑制し、人体にビタミンＤ３の合成を促進できる。
本発明に係る類地紫外スペクトルが放出されるガラスセラミックスにより殺菌を行えば、赤外線灯、室内自然光の照射及び無追加光照の条件で、大腸菌に対する２４時間の殺菌率はいずれも９０％以上になる。
以下に具体的な実施例を挙げて本発明をさらに説明する。
実施例１：モル組成が２５％のＣａＦ２、４０％のＳｉＯ２、１３％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＨ３ＢＯ４、５％のＬａ２Ｏ３、３％のＹ２Ｏ３、２％のＣｅＯ２、０．５％のＥｕ２Ｏ３、０．５％のＴｂ４Ｏ７、１％のＴｍ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造し、該ガラスセラミックスが赤外線、可視光線又は紫外線により励起され、図３、図４、図５に示すような類地紫外スペクトルが放出した。該ガラスセラミックス材の具体的な製造方法は以下である。
まず、上記割合で原料を混合してから坩堝に入れ、高温炉で融解させ、融解温度は１３００−１６００°Ｃであった。原料が完全に融解した後、融合・均質し、澄ましてから、１３００−１５５０°Ｃで炉から取り出し、ガラス液を予め加熱した鋳型にキャストした。続いて、速やかに該ガラスを６５０°Ｃのマッフル炉に入れ、内部応力を除去するように２時間以上でアニールした。そして１００°Ｃ未満に徐徐に温度を下げ、マッフル炉電源を切り、温度が室温まで自動的に下がってから取り出した。更に得られたガラスを６７０−８００°Ｃのマッフル炉で０．５−２４時間の熱処理を行い、温度が徐徐に室温まで下がってから取り出した。最終的に磨いて艶出し、ガラスセラミックスのサンプルが得られた。
赤外線灯の照射において抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験は標準《ＪＣ／Ｔ ８９７−２００２抗菌セラミックス製品の抗菌性能》に従って行われた。具体的に、ＪＣ／Ｔ ８９７−２００２を基準とし、５０Ｗ赤外線灯の照射を増加し、赤外線灯がサンプル上部の約１５ｃｍの所に配置され、且つ灯の熱輻射が細菌に損傷を起こさないように、灯とサンプルとの間にガラスパネルを追加した。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９７．２２であった。
実施例２：モル組成が実施例１と同様な類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを使用し、室内の自然光の照射において抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、照射光源が室内自然光であること以外に、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９４．９２であった。
実施例３：モル組成が実施例１と同様な類地紫外スペクトル自体放出のセラミックスを使用し、無追加光源照射において抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌でり、サンプルを黒い場所に置いて、自然環境にある赤外線のみを利用すること以外に、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９２．７であった。
実施例４：モル組成が１５％のＣａＦ２、７０％のＳｉＯ２、８％のＡｌ２Ｏ３、１％のＬａ２Ｏ３、２％のＣｅＯ２、２％のＴｂ４Ｏ７、１％のＴｍ２Ｏ３、０．７％のＨｏ２Ｏ３、０．３％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９７．３であった。
実施例５：モル組成が３５％のＣａＦ２、４５％のＳｉＯ２、５％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＬａ２Ｏ３、１％のＹ２Ｏ３、１％のＣｅＯ２、２％のＥｕ２Ｏ３、０．２５％のＴｂ４Ｏ７である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例２と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９５．４であった。
実施例６：モル組成が５％のＣａＦ２、１５％のＣａＣＯ３、４０％のＳｉＯ２、２０％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＹ２Ｏ３、５％のＣｅＯ２、１．５％のＥｕ２Ｏ３、０．５％のＴｂ４Ｏ７、２％のＴｍ２Ｏ３、０．５％のＨｏ２Ｏ３、０．５％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例３と同様であった。実験結果による、その２４時間の殺菌率は９３．１であった。
実施例７：モル組成が１０％のＣａＦ２、１０％のＣａＣＯ３、４０％のＳｉＯ２、３０％のＡｌ２Ｏ３、１．５％のＬａ２Ｏ３、１％のＹ２Ｏ３、３％のＣｅＯ２、１．５％のＥｕ２Ｏ３、０．７％のＴｍ２Ｏ３、２％のＨｏ２Ｏ３、０．３％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９７．４であった。
実施例８：モル組成が２０％のＣａＦ２、４０％のＳｉＯ２、１０％のＡｌ２Ｏ３、２０％のＨ３ＢＯ４、１．５％のＬａ２Ｏ３、１％のＹ２Ｏ３、３％のＣｅＯ２、１．５％のＥｕ２Ｏ３、０．３％のＴｂ４Ｏ７、０．７％のＴｍ２Ｏ３、２％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例２と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９６．２であった。
実施例９：モル組成が２０％のＣａＦ２、５０％のＳｉＯ２、１０％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＨ３ＢＯ４、１．５％のＬａ２Ｏ３、１％のＹ２Ｏ３、３％のＣｅＯ２、１．５％のＥｕ２Ｏ３、０．５％のＴｂ４Ｏ７、０．５％のＴｍ２Ｏ３、０．５％のＨｏ２Ｏ３、１．５％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例３と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９１．５であった。
実施例１０：モル組成が１５％のＣａＦ２、５％のＣａＣＯ３、５０％のＳｉＯ２、１５％のＡｌ２Ｏ３、５％のＨ３ＢＯ４、１．５％のＬａ２Ｏ３、１％のＹ２Ｏ３、３％のＣｅＯ２、１％のＥｕ２Ｏ３、１．５％のＴｂ４Ｏ７、１％のＴｍ２Ｏ３、１％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９６．１であった。
実施例１１：モル組成が１５％のＣａＦ２、５％のＣａＣＯ３、４０％のＳｉＯ２、１５％のＡｌ２Ｏ３、５％のＨ３ＢＯ４、５％のＬａ２Ｏ３、５％のＹ２Ｏ３、３％のＣｅＯ２、１．５％のＥｕ２Ｏ３、１％のＴｂ４Ｏ７、１．５％のＴｍ２Ｏ３、１．５％のＨｏ２Ｏ３、０．５％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９７．６であった。
実施例１２：モル組成が２７％のＣａＦ２、４８％のＳｉＯ２、１０％のＡｌ２Ｏ３、１０％のＨ３ＢＯ４、０．３２％のＬａ２Ｏ３、０．４２％のＹ２Ｏ３、０．７１％のＣｅＯ２、０．５５％のＥｕ２Ｏ３、０．５％のＴｍ２Ｏ３、２．５％のＹｂ２Ｏ３である類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスを製造した。ガラスセラミックスの製造方法は実施例１と同様であった。ガラスセラミックスを用いて抗菌実験を行った。実験菌種は大腸菌であり、抗菌実験方法は実施例１と同様であった。実験結果によると、その２４時間の殺菌率は９６．３であった。
Claims (1)
- 類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスが放出する紫外線を利用して抗菌することを特徴とする抗菌方法であって、
前記類地紫外スペクトル自体放出のガラスセラミックスは地球環境中の赤外線、可視光線又は紫外線により励起され、類地紫外スペクトルが放出されるものであり、かつ、前記ガラスセラミックスには、Ｌａ ３＋ 、Ｙ ３＋ 、Ｃｅ ４＋ 、Ｅｕ ３＋ 、Ｔｂ ４＋ 、Ｔｂ ３＋ 、Ｔｍ ３＋ 、Ｈｏ ３＋ 、Ｙｂ ３＋ から選択される少なくとも四種の希土類イオンがドープされ、前記希土類イオンがドープされるモル濃度は１％−２０％であり、ここに、前記類地紫外スペクトルは、地面の太陽光紫外線分布と類似し、長波紫外線から短波紫外線まで波長が下がるほど強度も徐徐に下がり、
前記ガラスセラミックスのｍｏｌ％での組成が以下の表に記載の通りであることを特徴とする抗菌方法。
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