KR102615929B1 - 405nm 광을 포함하는 고연색 백색 LED 바이러스 살균 소자를 포함하는 살균 조명 장치 - Google Patents

405nm 광을 포함하는 고연색 백색 LED 바이러스 살균 소자를 포함하는 살균 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 405nm의 자색광을 포함하는 백색 LED에 의한 감염 바이러스 등에 대한 살균 효과를 발현시키는 광원 장치는 포르피린의 Soret대와 Q대의 흡수와 유사한 가시광 파장인 400~420nm의 자색광과 백색광을 포함하고, 각각의 발광 강도를 제어 가능한 살균 조명장치로서, 바이러스 및 박테리아 등의 세균을 불활성화시키는 효과를 제공한다.
본 발명은 자외선인 UV-C의 빛과는 다르며 가시광인 점에서 인체, 생대계에 안전하므로 장시간 사용에 효과를 발휘한다.

Description

405nm 광을 포함하는 고연색 백색 LED 바이러스 살균 소자를 포함하는 살균 조명 장치{Sterilization lighting device including high color rendering white LED virus sterilization element including 405nm light}
본 발명은 405nm의 자색광을 포함하는 백색 LED에 의한 감염 바이러스 등에 대한 살균 효과를 발현시키는 광원 장치에 관한 것이다.
2019년 중국 우한에서 발생한 신형 코로나 바이러스(SARS CoV-2, COVID-19)에 의한 감염증은 세계적으로 심각한 문제이다. 발생으로부터 약 1년 이상 경과했음에도 감염 확대 양상은 멈추지 않는다. 새로운 유형의 감염 바이러스의 살균, 멸균, 감균은 의학 뿐만 아니라 공중 위상 상 긴요한 과제이다.
지금까지 자외선에 의한 살균은 바이러스 등 세균 유전자의 흡수 파장에 근접한 저압 수은등의 254nm 자외선(UV-C)을 사용하여 이 파장의 에너지가 유전자에 직접 작용함에 따라 대상균을 사멸시키는 것으로 생각되고 있다. 그러나, 260nm 근방의 자외선은 인간에게 유해할 뿐만 아니라 무기물 및 유기물을 파괴한다. 이 때문에 인체 및 생물에 안전한 빛에 의한 살균 효과가 기대되고 있다.
최근, Ushio에서 인체에 안전한 빛으로서 엑시머(excimer) 가스 방전광에 의한 222nm의 원자외선(Far-UVC)으로 신형 바이러스의 불활성화, 살균 효과 및 토쿠시마 대학 그룹의 자외선(UV-C) LED에 의한 신형 코로나 바이러스 불활성화에 관한 연구 결과가 발표되었다.
상기 연구 결과 내용 이외의 빛으로서, 405nm 광이 박테리아, 헬리코박터 파일로리균 및 피부 감염균 등의 세균에 유효하다는 것이 보고(특허 문헌 1 및 2)되어 있으나, 405nm의 자색광을 포함하는 백색 LED에서 발생하는 가시광선의 조사에 따른 바이러스 불활성화(살균) 효과를 보고하는 내용 및 그 실용 장치에 관한 발명은 없다(비특허 문헌 1). 최근, 신형 코로나 바이러스에 감염된 중증 환자 대부분은 페리틴(ferritin) 과잉이라는 의학적 보고(비특허 문헌 2)가 있다.
[선행 기술 문헌]
일본등록특허 JP5435619
일본공개특개 JP2008-25337
[비특허 문헌]
E.Kvan and K.Benner, "Mechanistic insights in UV-A mediated bacterial disinfection via endogeneous photosensitizers" J. of Photochemistry & Photobiology, B:Biology 209 (2020) 111899.
W.Liu and H.Li, "Covid-19 attacks the 1-Beta chain of hemoglobin and capture the porphyrin to inhibit human heme metabolism, ChemRxiv 2020, April 10.
본 발명은, 포르피린 흡수 대역에 근첩한 405nm의 자색광을 포함하는 백색 LED 광원을 이용하여 신형 코로나 바이러스의 핵산 구조(RNA)와 유사한 바이러스에 관한 실험 결과를 통해 그 살균 매커니즘을 고찰하고 바이러스에 대한 불활성화 및 살균 효과를 발현시키는 백색 LED 광원의 실용화에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 UV-C의 자외선과는 달리 405nm 근방의 가시광 영역 자색광에 의해 바이러스 등의 대상균 세포 내에 발생하는 활성 산소의 산화 작용에 따라 세포막 및 유전자를 파괴시키는 효과를 발현시킨다. 즉, 바이러스를 구성 또는 전술한 바이러스와 결합하는 여러 단백질(예를 들어, 포르피린)은 그 흡수 파장이 400~410nm(SORET 대의 최대 피크) 및 550~660nm(Q대)에 존재하는 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는, 405nm의 자색광을 포함하는 백색 LED의 빛을 이용하여 이 SORET 대 및 Q대를 직접 여기하여 생체 내에 일중항(singlet) 전자 배치를 가지는 활성 산소(1O2)를 발생시켜서 바이러스의 핵산(DNA 또는 RNA) 곁사슬 및 세포막을 공격하여 파괴함에 따라 바이러스를 사멸시키는 효과를 발현시키는 백색 LED 광원을 발명하는 것이다.
바이러스는 인간의 구강 내에서 감염되고, 그 후 타액 등과 결합한 후 가래 등의 비말 감염으로 공기 중에 비산되며, 그 후 다시금 바이러스는 인간에게 감염되어 증식한다.
본 발명은 이러한 비말 감염 및 혈액 등에 바이러스가 결합한 상태에 405nm 광과 백색 LED 광을 동시 조사하여 바이러스를 살균하는 방법이다.
이를 위해서는, 405nm 광에 의한 살균을 효과적으로 발현시키기 위해 고출력의 405nm 광과 Q대의 흡수 스펙트럼과 유사한 스펙트럼 파장 분포를 가지는 백색 LED 광원이 발명이 기본이다.
본 발명은 하나의 패키지(PKG) 내에 이 구조들을 동시에 갖춘 2in1 PKG 구조를 제작하여 광출력을 가변할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은 살균 효과에 유효한 405nm 자색광과 조명 기능을 가지는 백색광의 강도를 제어하는 조합에 의해 장시간에 걸쳐 효과적으로 바이러스 불활성화가 가능하다.
UV-C와 같은 순간적인 살균 효과가 아닌, 가시광인 자색광을 이용하므로 비교적 장시간 계속해서 살균이 필요한 안전한 장소에서의 활용을 기대하는 장소에 유효하다.
일반 조명 기능뿐만 아니라 바이러스의 불활성화(살균)효과를 가져오므로 병원 등의 의료 기관 및 개호 시설뿐 아니라 일반 가정 및 상업 시설 등 폭넓은 장소에서 대응 가능하다.
도 1은 405nm 자색광과 별도 405nm로 여기된 고연색 백색 LED로 구성된 2 in 1 PKG 구조 SMD형 살균 조명 장치를 보인다.
도 2는 SMD형 살균 조명 장치의 단면도로서, 405nm의 반사, 산란광에 의해 형광체가 여기되어 발광되는 모습을 보인다.
도 3은 405nm 여기 고연색 백색 LED와 405nm 자색 LED COB형 살균 조명 광원 룰렛 배치 구조를 보이는 것으로서, V는 405nm LED, W는 고연색 백색 LED를 나타낸다.
도 4는 바이러스 및 박테리아 불활성화 실험에 사용한 15W 다운라이트 광원과 바이러스 배양기에서의 실험 배치도를 보인다.
도 5는 살균용 백색 LED 광원의 발광 스펙트럼(색온도, 6500K)의 대표예 및 포르피린의 흡수 스펙트럼(Soret대와 Q대)의 비교(삽입도)를 보인다.
도 6은 RVS 바이러스와 로타 바이러스의 생존률(불활성화) 곡선을 보인다.
도 7은 대장균(E.Coll)에 대한 조사 효과를 보인다. (a) Control(비조사)과 (b)Irradiation(조사)
도 8은 살모넬라균(S.Typhimurium)에 대한 조사 효과를 보인다. (a)Control(비조사)과 (b)Irradiatrion(조사)
도 9는 405nm 광과 백색광에 의한 바이러스 살균 매커니즘을 보인다. (a)는 비말에 의한 바이러스 전반의 양상 및 (b)는 포르피린과 결합한 바이러스의 양상을 모식적으로 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
[1] 살균 조명용 LED 광원
본 발명에서 사용한 LED 광원은 고출력 405nm의 자색광과 별도 405nm로 여기된 연색성이 높은 백색광을 발생시키는 구조로 구성된다.
도 1 및 도 2는 상기 LED 광원 구조를 나타낸다.
도 1은 2종류의 LED가 전기 회로 배선 기판 상에 실장된 표면 실장형(SMD)이다. 405nm의 LED chip은 실리콘 수지로 봉지(sealing)되어 있다. 한편, 고연색 백색은 실리콘 수지에 형광체를 분산시켜 봉지한 구조이다. 이 2종류의 LED chip들은 하나의 패키지(PKG)에 실장되어 있다.
도 2는 도 1의 SMD 구조 단면도이다. 중앙의 벽은 가능한 한 낮게 하여 405nm의 자색광이 옆의 PKG에 반사 및 산란되는 것이 가능하다. 즉, 고연색 백색 LED가 점등되어 있지 않을 때에서 405nm 발광에 의해 고연색 백색 LED chip 상에 도포된 형광체가 발광하여 항상 백색광을 방사 가능하게 되어 있다.
또한, 광출력을 증가시키기 위해 도 3에 나타낸 바와 같은 COB 구조를 제작한다. 전술한 도 1과 도 2에서 나타낸 바와 같이 2종류의 LED chip은 룰렛 상으로 배치되고, 사이의 벽은 가능한 한 낮게 하여 405nm 자색광이 옆의 형광체를 여기시키도록 한다.
이상과 같이 405nm 자색광은 고연색 백색 LED가 점등되어 있지 않은 경우에도 항상 형광체를 여기시킬 수 있는 PKG 구조로 해 둔다. 조명 기구에 LED 광원을 장착했을 때에도 외측 커버에 405nm가 반사되어 형광체를 여기시켜 발광시키는 경우도 있다.
이하, 405nm LED와 고연색 백색 LED에 관해 설명한다.
(1) 405nm LED는 종형 및 횡형 chip의 반도체 InGaN 양자 우물 구조가 성립하여 광출력이 1W 이상이다. 중심 파장이 405nm로, 발광 반치폭이 15nm이다.
(2) 고연색 백색 LED: 405nm에 의해 여기되는 이하의 형광체를 포함한다.
청색 형광체로서, (Sr,Br)10(PO4)6Cl2:Eu
녹색 형광체로서, SiAlON:Eu
황색 형광체로서, (Ba,Sr)Si2(O,Cl)2N2:Eu
제 1 적색 형광체로서, CaAlSi(ON)2:Eu
제 2 적색 형광체로서, CaALSiN2Eu
상기 5가지의 형광체들을 실리콘 수지에 12.3 :1.0 :1.0 :5.0 :0.3 의 중량비로 혼합하여 사용한다. 이 형광체들의 중량비를 변화시킴에 따라 후술하는 도 5의 포르피린 흡수 스펙트럼과 유사하게 만드는 것이 가능하다. 또한, 형광체의 중량비를 조정함에 따라 색온도를 2000K~10000K로 조색할 수 있다. 고연색 조명 특성에 필요한 평균 연색 평가수(Ra)는 90 이상이다. 그리고, 서로 다른 색온도의 LED를 도 3의 룰렛 기판에 배치하여 고출력으로 조색 가변이 가능하다.
[2] 바이러스 살균용 광원과 발광 스펙트럼
시험에 사용한 LED 살균 광원을 도 4에 나타내었다. 광원은 상술한 도 1 및 도 3에 나타낸 2종류의 LED가 탑재되어 있다. 구조는, 광원 내부에 바이러스가 침입하지 않도록 기밀성이 보장된다.
광출력은 소비 전력 15W일 때 광원에서 33.5cm 아래에서 31mW/cm2이었다. LED의 직하에서는 약 35mW/cm2이다. 이 때의 발광 스펙트럼을 도 5에 나타내었다. 405nm의 강도는 자색 LED의 발광과 백색 LED에서 방사되는 405nm 광이 합성된 강도이다. 430nm에서 장파장 영역의 폭 넓은 발광은 백색 발광에 이용한 형광체로부터의 발광이다. 색온도는 6500K이다. 백색광은 대상물을 보기 쉽게 하는 조명 효과가 있다.
[3] 포르피린 흡수 특성
도 5의 삽입도에 포르피린의 흡수 특성을 나타내었다.
350~410nm의 날카로운 피크가 나타난다. 한편, 넓은 흡수는 Q대(510nm, 545nm, 580nm, 635nm)로 불린다. 도 5의 백색 발광 스펙트럼과 비교하면, 정확히 Soret대, Q대의 위치와 발광대가 대응되는 것을 알 수 있다. 또한, 발명한 살균 광원의 스펙트럼에서 405nm와 백색의 발광 강도 비가 Soret대와 Q대의 강도비에 비교적 가깝다. 따라서, 발명한 405nm 자색 여기의 고연색 백색 LED 광원으로부터의 빛은 포르피린에 잘 흡수됨을 알 수 있다.
본 발명에서는 405nm의 자색광으로 어떻게 바이러스의 불활성화(살균)이 가능한지에 관해 미지의 부분이 많으나, 하나의 가설로서 코로나 바이러스의 구조도 표면의 스파이크(S) 단백질도 단백질 성분을 가지는 점에서 Soret대와 Q대 흡수가 일어나는 것으로 추정된다.
후술할 살균 매커니즘에서 언급하겠지만, 405nm와 백색광이 바이러스의 세포 내에서 활성 산소를 발생시키고, 이것에 의해 세포막의 파괴 및 DNA 및 RNA 곁사슬을 절단할 가능성이 있는 것으로 생각하고 발명을 실시하였다.
이하에, 실제 바이러스의 불활성화에 관한 실험에 관해 상술한다. 바이러스는 신형 코로나 바이러스의 유사한 구조를 가지는 RSV 바이러스 및 로타 바이러스(RVA)이다. 또한, 바이러스 이외에 박테리아에 관한 검증도 동시에 실시하였다. 대상 균은 대장균과 살모넬라균으로, 양 세균 모두 그램 음성균이다.
[4] 바이러스 평가 시험
2종류의 감염 바이러스인 RSV(Human respiratory syncytial virus) 및 RVA (Rotavirus A)에 대해 Korea Testing and Research Institute(KTR)에서 불활성화 시험을 실시하였다.
1. 숙주 세포 배양
숙주 세포는 세포 배지를 이용하여 5% CO2, 온도 36±2℃의 조건에서 배양하였다.
2. 바이러스 배양
2.1. RSV 배양
플라스크에서 단층 배양한Hep-2 세포를 PBS로 세정 후, RSV 희석액 3ml를 접종하였다. 60~90분 동은 바이러스에 감염시킨 후, 바이러스 배양 배지를 첨가하여 90% 이상의 숙주 세포가 세포 병변 감소(Cytopathic effect, CPE)를 일으킬 때까지 바이러스를 3~12일 간 배양하였다. 그 후, 배양 상층액을 2000rpm에서 10분 간 원심 분리하여 상층액을 0.45㎛ 필터로 여과해서 바이러스를 분리하였다.
2.2. RVA 배양
플라스크에 단층 배양한 CV-1 세포를 PBS로 세정 후, RVA 희석액 3ml를 접종하였다. 60~90분 간 바이러스에 감염 시킨 후, 바이러스 배양 배지를 첨가하여 90% 이상의 숙주 세포가 세포 병변 현상(CPE)를 일으킬 때까지 바이러스를 약 1주일 간 배양하였다. 그 후 배양 상층액을 2000rpm으로 원심 분리하고 상층액을 0.45㎛ 필터로 여과시켜 바이러스를 분리하였다.
3. 항바이러스 시험
3.1. 세포 독성 시험
멸균한 샬레에 시험 바이러스를 0.2ml 주입한 후 무균 시험대 내부 층류의 대기 조건 하에서 30분 간 건조 시킨 바이러스 필름을 형성하였다. 이를 광원과의 거리 30cm 위치에 두고 조사 시간을 변화시키며 측정하였다. 샬레에 바이러스 배양 배지 2ml를 첨가한 후 cell scraper를 이용해 표면을 긁어내는 방식으로 필름을 회수하였다. 바이러스 배양 배지에 10배씩 단계적으로 희석하여 숙주 세포에 (36±2)℃로 1시간 처리한 후 세포 독성 양상을 현미경으로 관측하였다.
3.2. 아세포 독성 시험
세포 독성 시험에서 회수한 용액을 숙주 세포에 30분 간 처리 후 세포 단층을 PBS로 세정하고 시험 바이러스 희석액을 접종하였다. 그 후, 바이러스를 감염시켜 배양하였다.
3.3. 중화 시험
세포 독성 시험에서 회수한 용액과 시험 바이러스 희석액을 동량으로 혼합하여 약 20분 간 반응시킨 후 숙주 세포에 접종하였다. 그 후, 바이러스를 감염시켜 배양하였다.
3.4. 세포 배양 대상군
숙주 세포에 바이러스 배양 배치를 처리하고 세포 배양을 대상으로 하였다.
3.5. 바이러스 대상군
시험 바이러스를 바이러스 배양 배지에 1:9 비율로 혼합하여 바이러스 배양 배지에 10배씩 단계 희석하였다. 각 희석액을 숙주 세포에 접종하고 시험 바이러스의 역가를 측정하였다.
즉, 바이러스 필름에 바이러스 배양 배지 2ml 첨가 후, cell scraper를 사용하여 표면을 긁어내는 방식으로 회수하여 바이러스 배양 배지에 10배씩 단계적으로 희석하였다. 각 희석액을 숙주 세포에 접종하여 대상군의 바이러스 역가를 측정하였다. 바이러스 필름을 22±2℃에서 2시간 및 4시간 방치한 후, 바이러스 배양 배지 2ml를 첨가하여 바이러스 역가를 측정하였다.
3.6. 바이러스 시험군
바이러스 필름을 형성한 후 상기와 동일한 방법으로 바이러스 역가를 측정하였다.
3.7. 바이러스 회수
각 단계 별로 희석액을 96 well plate에 미리 준비한 세포 100㎕씩, 4개 well에 처리(4회 반복)하여 표 1의 조건으로 배양하였다.
하기의 표 1은 배양 조건을 보인다.
바이러스 CO2 농도 온도 배양 기간
RSV 5% 37±1℃ 3~12일
RVA 5% 37±1℃ 1~7일
3.8. 염색 조건
25% 메틸 알코올, 0.5% crystal violet의 염색 시약을 세포에 처리하여 22±2℃에서 10분 간 염색하였다.
3.9. 관측 및 평가
Crystal violet에 의해 염색된 well의 수를 세어 Spearman-Karber법으로 역가를 산출하였다.
실시 예 1
4. 시험 결과
4.1. 세포 독성 시험 및 아세포 독성 시험
시험 용액의 세포 독성을 확인한 결과, Hep-2 및 CV-1 세포 모두 세포 독성은 관측되지 않았다. 또한, 시험 용액에 아세포 독성은 관측되지 않고, 중화 대상의 시료 중화가 확인되었다. RSV 및 RVA데 대한 이 결과들을 표 2에 나타내였다.
하기의 표 2는 아세포 독성 시험 및 중화 시험을 보인다(+: 바이러스 감염을 나타냄).
희석 배수 RSV RVA
아세포 독성 중화 아세포 독성 중화
10-1~10-8 ++++ ++++ ++++ ++++
판정 간섭 효과 없음 중화됨 간섭 효과 없음 중화됨
4.2. 항 바이러스 시험 결과
4.2.1. RSV
시험 바이러스의 역가는 107.00 TCID 50/100 ㎕, 초기 대상군의 역가는106.80 TCID 50/carrier, 2시간 후 대상군의 역가는 106.30 TCID 50/carrier, 4시간 후 대상군의 역가는 105.55 TCID 50/carrier, 그리고 2시간 후 시험군의 역가는 105.30 TCID 50/carrier, 4시간 후 시험군의 역가는 102.80 TCID 50/carrier로 관측되었다. 따라서, 로그 표현은 2시간 후에 1.00, 4시간 후에 2.75가 되었다. 이 값들은 바이러스 불활성화가 각각 90%, 99.9% 이루어졌음을 의미한다.
4.2.2. RVA
마찬가지로 RVA에 대해 로그 현상은 2시간 후에 1.50, 4시간 후에 2.50으로 산출되었다.
이 값들은 바이러스의 불활성화율이 각각 90%, 99.9% 이루어졌음을 의미한다.
실험은 도 4에 나타낸 바와 같이 인큐베이션 장치 내에 설치한 광원을 이용하여 실시하였다. 외부에서 전력을 공급하고 센서로 광출력을 모니터하였다.
불활성화에 관한 평가 결과를 도 6에 나타내었다. 세로축이 바이러스 생존률, 가로축이 적산 조사 시간을 나타낸다. 두 바이러스 모두 약 4시간 후에 거의 99.9% 사멸하는 것을 알 수 있다. 가로축은 방사광 밀도(Φ=W/cm2)x조사 시간(t)의 곱으로 나타낸다. 즉, Φ를 크게 하면 조사 시간은 짧게 할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 6분 간 조사할 경우에는 100Φ가 있으면 된다. 405nm의 빛은 가시광이지만, 눈의 안전성에 관한 근자외선(UV-A) 조사량의 한계치(exempt: 10W/m2)는 IEC62471에 규정되어 있다. 본 LED 광원에서는 0.31W/m2였다.
실시 예 2
[5] 박테리아에 관한 살균 실험
대장균과 살모넬라균에 관한 살균 실험도 KTR에서 실시하였다. 도 7에 대장균에 대한 실험 결과를 나타내었다. 도 8에 살모넬라 균에 관한 실험 결과를 나타내었다. Control 및 irradiation의 비교 대상군 각각의 플레이트(샬레) 상의 코로니 수를 카운트하여 생존률을 평가하였다.
대장균은 4시간 후 약 4%였다. 한편 살모넬라균은 4시간 후 약 10%였다. 특허 문헌 1에 따르면, 20cm 아래에서 8㎽/cm2의 강도를 24시간 조사하면 S.augus,B.cereus는 100% 불활성화된다. 그러나, E.coll은 24시간 후에도 10% 정도는 존재하는 것으로 보고되고 있다. 본 발명의 LED 광원은 33.5cm 아래에서의 방사 강도가 31㎽/cm2이므로 특허 문헌 1의 광원보다 약 4배 강하다. 따라서, 백색광도 유효하게 작용하여 4시간 정도로 24시간과 동등한 결과를 얻은 것으로 생각된다. 이 결과에서도 박테리아 살균에 대해서도 본 발명 광원의 유효성이 확인되었다.
실시 예 1과 비교하면, 바이러스의 경우가 박테리아보다 낮은 조사선량으로 불활성화 가능함을 알 수 있다. 따라서 405nm의 광 조사에 따라 바이러스와 박테리아 등의 세균과 불활성화 매커니즘이 상이한 것으로 예상된다. 현 시점에서는 왜 405nm의 자색광에 의해 바이러스가 불활성화 되는지에 대한 매커니즘이 생물학적 및 의학적으로 해명되지 않았으나, 아래에 추론 가능한 매커니즘에 대해 고찰하겠다.
[6] 살균 매커니즘의 제언
바이러스는 크기 수십~수백 나노미터의 입자로, 캡시드라는 막과 그 안의 유전자(DNA, RNA)를 가지는 구조로 구성된다. 또한, 외측을 감싸는 스파이크(S) 단백질과 엔벨로프라는 막을 가진다. 바이러스는 한정된 정보만을 가지므로 자기 자신의 힘으로는 증식할 수 없는 대신 다른 세포에 침입하여 유전자를 침투시켜 그 세포가 가지는 효소(단백질)을 이용해 자신을 증식한다. 본 발명에서는 이 효소에 대해 405nm의 빛이 유효하지 않을까 생각한다.
비특허 문헌 2에 다르면, 신형 코로나 바이러스의 감염증은 의학적인 폐질환이 아닌, 적혈구의 질환을 일으키는 것으로 보고되어 있다. 즉, 바이러스는 일련의 세포 작용을 통해 적혈구 내의 헤모글로빈을 공격하고, 그 결과 적혈구의 산소 운반을 불가능하게 하는 것이 밝혀졌다. 또한, 바이러스는 살아남기 위해 영양소인 다량의 포르피린을 필요로 한다. 인체의 포르피린은 대부분 Fe와 결합된 헴(heme)이다. 따라서, 바이러스는 헤모글로빈을 목적으로 삼아 헴을 공격해서 포르피린을 획득하는 것으로 생각된다. 이, 포르피린이야말로 본 발명의 도 5에서 설명한 SORET대와 Q대의 광 흠수를 가지는 물질이다. 여기에 405nm 자색광을 포함하는 백색광을 조사했을 때 405nm의 자색광과 가시광을 강하게 흡수하여 래디컬종인 일중항 활성산소(1O2)를 발생시켜서 결합하고자 하는 바이러스의 세포막 및 RNA를 파괴하는 것이다. 도 9(a)와 (b)에 개략을 나타내었다.
전술한 바와 같은 매커니즘에 따라 바이러스는 세포막 및 RNA가 파괴되어 불활성화되는 것으로 생각된다.
도 9(a)에서는 신형 코로나 바이러스 감염은 주로 비말 감염으로 바이러스가 공기 중에 비산되어 전파되는 양상을 나타낸다. 이 바이러스는 구강 내에서, 가령 포르피린을 다량으로 함유하는 치주병균(P.gingivalls) 및 혈액과 결합한 형태가 상정된다. 따라서, 상기 설명과 같이 포르피린이 풍부하게 포함된 상태에서 결합한 바이러스에 405nm 빛을 조사함에 따라 전술한 바와 같은 효과로 공기 중에 비산된 바이러스를 불활성화하는 것이 가능하다고 추측된다.
도 9(b)에는 혈액과 바이러스가 결합된 경우로 상정되는 405nm의 조사에 따라 발생한 활성 산소(일중항 산소: 1O2)으 ㅣ효과에 의해 바이러스 세포막 및 RNA 곁사슬이 파괴되는 것을 모식적으로 나타내었다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 400~410nm의 자색광 LED 및 별도 405nm의 파장으로 여기되는 고연색 백색 LED의 2종류 발광 소자를 갖는 LED 광원 구조를 포함하며,
    상기 2종류 발광 소자는 원형 룰렛 상으로 배치되고, 상기 2종류 발광 소자 사이를 통해 405nm 자색광이 옆의 고연색 백색 LED 상에 도포된 형광체를 여기시키게 하며, 405nm 자색광은 고연색 백색 LED가 미점등된 경우에도 항상 고연색 백색 LED 상에 도포된 형광체를 여기시킬 수 있는 패키징 구조이며,
    상기 고연색 백색 LED는 청색 형광체로서 (Sr,Br)10(PO4)6Cl2:Eu ; 녹색 형광체로서 SiAlON:Eu ; 황색 형광체로서 (Ba,Sr)Si2(O,Cl)2N2:Eu ; 제 1 적색 형광체로서 CaAlSi(ON)2:Eu ; 제 2 적색 형광체로서 CaALSiN2Eu를 각각 함유하고, 상기 5가지의 형광체들을 실리콘 수지에 12.3 : 1.0 : 1.0 : 5.0 : 0.3 의 중량비로 혼합하여 사용하며, 포르피린의 광 흡수대에 근접한 발광 스펙트럼 분포를 가지고, 상기 자색광의 광 방사 강도가 31㎽/cm2 이상인 바이러스 및 박테리아 불활성화에 유효한 살균 조명 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 백색 LED 광원의 색온도는 2000K 이상 10000K 미만으로, 조색이 가능한 살균 조명 장치.
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