JP7489657B2 - UV sterilization device and method for viruses - Google Patents
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Description
本開示は、ウイルスの紫外線殺菌装置及び紫外線殺菌方法に関する。 This disclosure relates to an ultraviolet sterilization device and ultraviolet sterilization method for viruses.
殺菌は、我々の日常生活のみならず産業上でも必要不可欠である。一般に殺菌方法としては塩素などによる薬剤殺菌、加熱殺菌、紫外線殺菌、オゾン殺菌などが知られているが、薬剤による弊害や環境意識の高まりから、殺菌する対象物が変質しないこと、不要な残留物がないこと、環境に優しいことなどの観点から、より質の高い殺菌技術が求められている。このような背景から、紫外線(UV)を用いた殺菌方法、すなわち紫外線殺菌が広く用いられるようになってきている。 Sterilization is essential not only in our daily lives but also in industry. Commonly known sterilization methods include chemical sterilization using chlorine and other substances, heat sterilization, ultraviolet sterilization, and ozone sterilization, but due to the harmful effects of chemicals and growing environmental awareness, there is a demand for higher quality sterilization techniques that do not alter the objects to be sterilized, do not leave unnecessary residues, and are environmentally friendly. Against this background, sterilization methods using ultraviolet (UV) light, i.e. ultraviolet sterilization, are becoming more widely used.
UVによるウイルスの不活化は、薬剤のように残留するものがなく、安全性において優れている。また、紫外線はウイルスのDNA又はRNAを破壊すると言われ、薬剤殺菌と違い耐性菌を作らないという利点もある。UVによる殺菌機構については、一般に次の説明がされている。細菌をはじめ、生物の細胞内には遺伝情報をつかさどる核酸(DNA又は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、一部の核酸に障害が起こり遺伝子からの転写制御が滞り新陳代謝に支障をきたし不活化される。 UV light inactivates viruses without leaving any residue like chemicals, making it extremely safe. UV light is also said to destroy the DNA or RNA of viruses, and has the advantage of not creating resistant bacteria, unlike chemical sterilization. The following is a general explanation for the sterilization mechanism by UV light: Inside the cells of living organisms, including bacteria, there is nucleic acid (DNA or RNA) that controls genetic information, and when irradiated with UV light, the nucleic acid absorbs the light, causing damage to some of the nucleic acid, disrupting transcriptional control from genes and interfering with metabolism, resulting in inactivation.
図48は現在、国際的に標準のものとして認められている紫外線殺菌作用の波長特性を示している(非特許文献1参照)。図48から明らかな通り、殺菌作用の最大値を示す波長は260nm付近にあり、この波長に近い253.7nmのUV(殺菌線または殺菌放射と呼ばれる)を効率的に放射するランプが殺菌灯(又は殺菌ランプ)として常用されている。 Figure 48 shows the wavelength characteristics of ultraviolet sterilization action that are currently recognized as the international standard (see Non-Patent Document 1). As is clear from Figure 48, the wavelength that shows the maximum sterilization action is around 260 nm, and lamps that efficiently emit UV of 253.7 nm (called sterilizing rays or sterilizing radiation) close to this wavelength are commonly used as germicidal lamps.
しかしながら、殺菌灯は、殺菌線を透過させる特殊ガラス管で作られており、小型化や軽量化がし難く、また、形状にも制約があり、LEDに比べ消費電力が大きい等の問題がある。また、管内にはアルゴンガスと環境汚染物質である水銀が封入されており、廃棄時に特別な制約があり、煩雑であるなどの問題点がある。また、近年の環境意識の高まりやROHS規制などの環境対策により、水銀を用いた殺菌灯である水銀灯は嫌忌される傾向にある。 However, germicidal lamps are made from special glass tubes that allow germicidal rays to pass through, which makes them difficult to make small and lightweight, and there are restrictions on their shape, as well as problems such as higher power consumption compared to LEDs. In addition, the tubes contain argon gas and mercury, an environmental pollutant, which means special restrictions are placed on disposal and it is complicated. Furthermore, due to the recent increase in environmental awareness and environmental measures such as ROHS regulations, mercury lamps, which are germicidal lamps that use mercury, are tending to be disliked.
このように問題点のある殺菌灯に代わって、近年、紫外線を照射可能なLED(UV-LED)を使用する紫外線殺菌装置の提案がなされている。本願発明者らは、長年UV-LEDを用いた殺菌装置の研究を行っており、特許出願も行ってきた(特許文献1~3参照)。 In recent years, ultraviolet sterilization devices that use LEDs (UV-LEDs) capable of emitting ultraviolet light have been proposed to replace germicidal lamps that have these problems. The inventors of the present application have been researching sterilization devices that use UV-LEDs for many years, and have also filed patent applications (see Patent Documents 1 to 3).
一般にLEDは、水銀灯に比べ使用時間が長く低消費電力とされている。しかしながら、水銀灯のような253.7nmといった波長の短い紫外光(UVC)を放射可能なUV-LEDは技術的難易度が高く、実用化されていないのが実情である。またコストも他のLEDと比べて極めて高価である。このため、これよりも波長が長いUVAやUVBの近紫外光を放射可能なUV-LEDが代替的に用いられている。 LEDs are generally considered to have a longer operating time and lower power consumption than mercury lamps. However, UV-LEDs, which can emit ultraviolet light (UVC) with a short wavelength such as 253.7 nm like mercury lamps, are technically difficult to develop and have not yet been put to practical use. They are also extremely expensive compared to other LEDs. For this reason, UV-LEDs, which can emit near-ultraviolet light of longer wavelengths such as UVA and UVB, are used instead.
しかしながら、UVAやUVBを照射可能なUV-LEDは、UVCよりも波長が長いことから、殺菌能力が劣るとされてきた。 However, UV-LEDs capable of emitting UVA and UVB rays have been considered to have inferior sterilization capabilities because their wavelengths are longer than UVC.
一方で、近年のCOVID-19、いわゆる新型コロナウイルスの世界的流行によって、ウイルス対策が全世界的に求められている。このような状況下で、消耗品であるマスクや消毒液が世界的に入手困難なため、消耗品に頼らない永続的で簡便なウイルス対策として、紫外線殺菌装置が注目を集めている。 Meanwhile, the recent global spread of COVID-19, the so-called novel coronavirus, has created a worldwide need for virus prevention measures. Under these circumstances, as consumable items such as masks and disinfectants are difficult to obtain around the world, ultraviolet sterilization devices are attracting attention as a permanent and easy virus prevention measure that does not rely on consumable items.
しかしながら、上述の通りUVAを放射可能なUV-LEDを用いた殺菌装置ではウイルス除去性能が劣り、十分な殺菌力を発揮できないという懸念があった。 However, as mentioned above, there were concerns that sterilization devices using UV-LEDs capable of emitting UVA had inferior virus removal performance and could not exert sufficient sterilizing power.
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、UV-LEDを用いながらも欠点とされた殺菌能力を大幅に向上させたウイルスの紫外線殺菌装置及び紫外線殺菌方法を提供することにある。 The present invention was made in light of this background, and one of its objectives is to provide an ultraviolet sterilization device and ultraviolet sterilization method for viruses that significantly improves the sterilization ability that has been a drawback even when using UV-LEDs.
本発明の第1の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、紫外線で特定のウイルスを不活化するウイルスの紫外線殺菌装置であって、第一主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第一UV-LEDと、前記第一UV-LEDと異なる第二主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第二UV-LEDと、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDを同時に発光させた合成発光スペクトルを、前記特定のウイルスの吸収スペクトルと近似させるように、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ駆動電流を供給して発光させるための電流制御部とを備える。上記構成により、低圧水銀ランプを使用せずとも、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、殺菌対象のウイルスに対して効果的に殺菌性能を発揮させることが可能となる。 According to a first aspect of the present invention, the ultraviolet sterilization device for viruses inactivates specific viruses with ultraviolet light, and includes a first UV-LED that emits ultraviolet light having a first main emission peak wavelength, a second UV-LED that emits ultraviolet light having a second main emission peak wavelength different from that of the first UV-LED, and a current control unit that supplies drive currents to the first UV-LED and the second UV-LED to cause them to emit light so that the combined emission spectrum of the first UV-LED and the second UV-LED emitted simultaneously is similar to the absorption spectrum of the specific virus. With the above configuration, by combining multiple UV-LEDs with different wavelengths, it is possible to effectively exert sterilization performance against the viruses to be sterilized, without using a low-pressure mercury lamp.
また、本発明の第2の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記構成に加えて、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する、次式で定義される相関度Roを、0.7000以上とする。
Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the correlation R o, defined by the following formula, of a synthetic emission spectrum S(λ) obtained by simultaneously emitting light by supplying a driving current to each of the first UV-LED and the second UV- LED by the current control unit with an absorption spectrum A(λ) of the specific virus is set to be 0.7000 or more.
上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。上記構成により、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、優れた殺菌性能を発揮させることが可能となる。 In the above formula, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , ... λ N are measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1. With the above configuration, it is possible to achieve excellent sterilization performance by combining multiple UV-LEDs with different wavelengths.
さらに、本発明の第3の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記構成に加えて、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する、次式で定義される相関度Rを、0.7000以上とする。
Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses related to the third aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the correlation R, defined by the following formula, of a synthetic emission spectrum S(λ) obtained by simultaneously emitting light by supplying a driving current to each of the first UV-LED and the second UV-LED by the current control unit with an absorption spectrum A(λ) of the specific virus is set to be 0.7000 or more.
上式において、covは吸収スペクトルA(λ)と合成発光スペクトルS(λ)の共分散を、σAは吸収スペクトルA(λ)の標準偏差を、σSは合成発光スペクトルS(λ)の標準偏差を、それぞれ示している。 In the above equation, cov represents the covariance of the absorption spectrum A(λ) and the composite emission spectrum S(λ), σ A represents the standard deviation of the absorption spectrum A(λ), and σ S represents the standard deviation of the composite emission spectrum S(λ).
さらにまた、本発明の第4の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する、次式で定義される相関度RAEを、0.7000以上とする。
Furthermore, in the ultraviolet sterilization device for viruses according to the fourth aspect of the present invention, the correlation R AE, defined by the following formula, of a synthetic emission spectrum S(λ) produced by simultaneously emitting light by supplying a driving current to each of the first UV-LED and the second UV- LED by the current control unit with an absorption spectrum A(λ) of the specific virus is 0.7000 or more.
上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。 In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.
さらにまた、本発明の第5の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する相関度として、次式で定義されるコサイン類似度cosθを、0.7000以上とする。
Furthermore, in the ultraviolet sterilization device for viruses according to the fifth aspect of the present invention, the cosine similarity cos θ, defined by the following equation as the degree of correlation between the composite emission spectrum S(λ) produced by simultaneously emitting light when a driving current is supplied to each of the first UV-LED and the second UV-LED by the current control unit, and the absorption spectrum A(λ) of the specific virus, is set to be 0.7000 or more.
上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。 In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.
さらにまた、本発明の第6の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記第一主発光ピークが、280nm以下であり、前記第二主発光ピークが、280nm以下である。
Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses relating to the sixth aspect of the present invention, in addition to any one of the above configurations, the first main emission peak is 280 nm or less, and the second main emission peak is 280 nm or less.
さらにまた、本発明の第7の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記第一主発光ピーク波長が、245nm~257nmに含まれており、前記第二主発光ピーク波長が、257nm~270nmに含まれている。
Furthermore, according to an ultraviolet sterilization device for viruses relating to a seventh aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the first main emission peak wavelength is included in the range of 245 nm to 257 nm, and the second main emission peak wavelength is included in the range of 257 nm to 270 nm.
さらにまた、本発明の第8の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、さらに、前記第一主発光ピーク波長及び第二主発光ピーク波長と異なる第三主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第三UV-LEDを備え、前記電流制御部は、前記第一UV-LED、第二UV-LED、及び第三UV-LEDにそれぞれ、駆動電流を供給して発光させて、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対し、前記第一UV-LED、第二UV-LED、及び第三UV-LEDの紫外線を組み合わせた合成発光スペクトルS(λ)の前記相関度を、0.7000以上とすることができる。上記構成により、波長の異なる三種類以上のUV-LEDを組み合わせることで、さらに優れた殺菌性能を発揮させることが可能となる。
Furthermore, according to the eighth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the ultraviolet sterilization device for viruses further includes a third UV-LED that emits ultraviolet light having a third main emission peak wavelength different from the first main emission peak wavelength and the second main emission peak wavelength, and the current control unit supplies a drive current to each of the first UV-LED, the second UV-LED, and the third UV-LED to emit light, and the correlation degree of the synthetic emission spectrum S(λ) of the combination of the ultraviolet light of the first UV-LED, the second UV-LED, and the third UV-LED with respect to the absorption spectrum A(λ) of the specific virus can be set to 0.7000 or more. With the above configuration, it is possible to achieve even better sterilization performance by combining three or more types of UV-LEDs with different wavelengths.
さらにまた、本発明の第9の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記第三主発光ピーク波長を、270nm~380nmに含まれるように構成できる。
Furthermore, according to a ninth aspect of the present invention, in addition to any of the configurations described above, the ultraviolet sterilization device for viruses can be configured so that the third main emission peak wavelength is included in the range of 270 nm to 380 nm.
さらにまた、本発明の第10の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記電流制御部を、前記第一UV-LEDと第二UV-LEDに供給する駆動電流の値を可変とすることができる。
Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses relating to the tenth aspect of the present invention, in addition to any of the configurations described above, the current control unit can vary the value of the drive current supplied to the first UV-LED and the second UV-LED.
さらにまた、本発明の第11の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記電流制御部が、前記第一UV-LEDと第二UV-LEDに供給する駆動電流の比を、1:0から0:1とすることができる。
Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses of the eleventh aspect of the present invention, in addition to any of the configurations described above, the current control unit can set the ratio of the drive currents supplied to the first UV-LED and the second UV-LED to be from 1:0 to 0:1.
さらにまた、本発明の第12の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、前記電流制御部が、複数の異なるウイルスの吸収スペクトルに応じた、合成発光スペクトルとの前記相関度が0.7000以上となる駆動電流の値を、それぞれ予め設定しておき、これら複数の駆動電流の値を切り替え可能とすることができる。
Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses relating to the twelfth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the current control unit can pre-set drive current values at which the correlation with the synthetic emission spectrum is 0.7000 or more, corresponding to the absorption spectra of a plurality of different viruses, and can switch between these plurality of drive current values.
さらにまた、本発明の第13の側面に係るウイルスの紫外線殺菌装置によれば、上記いずれかの構成に加えて、相関度を0.8000以上とすることができる。 Furthermore, according to the ultraviolet sterilization device for viruses according to the thirteenth aspect of the present invention, in addition to any of the configurations described above, the correlation degree can be made 0.8000 or more.
さらにまた、本発明の第14の側面に係るウイルスの紫外線殺菌方法によれば、紫外線で特定のウイルスを不活化するウイルスの紫外線殺菌方法であって、第一主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第一UV-LEDと、前記第一UV-LEDと異なる第二主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第二UV-LEDとを準備する工程と、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDを同時に発光させて、その合成発光スペクトルを、前記特定のウイルスの吸収スペクトルと近似させるように、電流制御部で前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ駆動電流を供給して発光させる工程とを含むことができる。これにより、低圧水銀ランプを使用せずとも、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、殺菌対象のウイルスに対して効果的に殺菌性能を発揮させることが可能となる。 Furthermore, according to a fourteenth aspect of the present invention, the ultraviolet sterilization method for viruses inactivates a specific virus with ultraviolet light, and includes the steps of preparing a first UV-LED that emits ultraviolet light having a first main emission peak wavelength and a second UV-LED that emits ultraviolet light having a second main emission peak wavelength different from that of the first UV-LED, and supplying a drive current to each of the first UV-LED and the second UV-LED by a current control unit so that the first UV-LED and the second UV-LED emit light simultaneously and the combined emission spectrum is approximated to the absorption spectrum of the specific virus. This makes it possible to effectively exert sterilization performance against the target virus by combining multiple UV-LEDs with different wavelengths without using a low-pressure mercury lamp.
以下、本発明の実施形態を、必要に応じて図面を参照して説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
[実施形態1]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as necessary. However, the embodiment shown below is an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following. In addition, this specification never specifies the members shown in the claims to the members of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in the embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to those, and are merely explanatory examples, unless otherwise specified. Note that the size and positional relationship of the components shown in each drawing may be exaggerated to clarify the explanation. Furthermore, in the following explanation, the same name and symbol indicate the same or similar components, and detailed explanations will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured as a form in which multiple elements are composed of the same member, and one member serves multiple elements, or conversely, the function of one member can be shared and realized by multiple members. In addition, the contents described in some examples and embodiments may be applicable to other examples, embodiments, etc.
[Embodiment 1]
本発明の実施形態1に係るウイルスの紫外線殺菌装置100を、図1のブロック図に示す。この図に示すウイルスの紫外線殺菌装置100は、第一UV-LED1と、第二UV-LED2と、電流制御部5を備える。このウイルスの紫外線殺菌装置100は、電流制御部5が第一UV-LED1と第二UV-LED2にそれぞれ駆動電流を供給して、これら第一UV-LED1と第二UV-LED2を点灯させて紫外線を照射させる。このようなウイルスの紫外線殺菌装置100で、例えば殺菌対象物WKに対して紫外線を照射させて、殺菌対象物WKに付着したウイルスを殺菌する。なお本明細書においてウイルスの殺菌とは、ウイルスの不活性化や不活化を含む意味で使用する。 The block diagram of FIG. 1 shows an ultraviolet sterilization device 100 for viruses according to embodiment 1 of the present invention. The ultraviolet sterilization device 100 for viruses shown in this figure comprises a first UV-LED1, a second UV-LED2, and a current control unit 5. In this ultraviolet sterilization device for viruses 100, the current control unit 5 supplies drive current to each of the first UV-LED1 and the second UV-LED2, turning on the first UV-LED1 and the second UV-LED2 to irradiate ultraviolet light. With this ultraviolet sterilization device for viruses 100, for example, ultraviolet light is irradiated onto the sterilization target WK to sterilize viruses attached to the sterilization target WK. In this specification, sterilization of viruses is used to mean the inactivation or deactivation of viruses.
第一UV-LED1は、第一主発光ピーク波長を有する紫外線を発光する発光ダイオードである。第一主発光ピーク波長は、280nm以下、好ましくは245nm~260nm、より好ましくは245nm~257nmの範囲に含まれる。好適な第一主発光ピークは、250.3nm、又は256nm、あるいは247.4nmとする。 The first UV-LED1 is a light-emitting diode that emits ultraviolet light having a first main emission peak wavelength. The first main emission peak wavelength is 280 nm or less, preferably in the range of 245 nm to 260 nm, and more preferably in the range of 245 nm to 257 nm. The preferred first main emission peak is 250.3 nm, 256 nm, or 247.4 nm.
第二UV-LED2は、第一UV-LED1と異なる第二主発光ピーク波長を有する紫外線を発光する発光ダイオードである。第二主発光ピーク波長は、280nm以下、好ましくは256.5nm~270nm、より好ましくは257nm~270nm、さらに好ましくは260nm~270nmの範囲に含まれる。好適な第二主発光ピークは、262.7nm、又は270nm、あるいは257.6nmとする。 The second UV-LED2 is a light-emitting diode that emits ultraviolet light having a second main emission peak wavelength different from that of the first UV-LED1. The second main emission peak wavelength is 280 nm or less, preferably in the range of 256.5 nm to 270 nm, more preferably 257 nm to 270 nm, and even more preferably 260 nm to 270 nm. A suitable second main emission peak is 262.7 nm, or 270 nm, or 257.6 nm.
好ましくは、ウイルスの吸収スペクトルのピークが1となるように正規化された状態で、第一UV-LED1の発光スペクトルの最大振幅を、0.95~0.99とする。また第二UV-LED2の発光スペクトルの最大振幅を、0.92~0.95とする。 Preferably, the maximum amplitude of the emission spectrum of the first UV-LED1 is set to 0.95 to 0.99 when the peak of the virus absorption spectrum is normalized to 1. The maximum amplitude of the emission spectrum of the second UV-LED2 is set to 0.92 to 0.95.
第一UV-LED1と第二UV-LED2は、それぞれ一個としてもよいし、複数の第一UV-LED、第二UV-LED2を、それぞれ直列又は並列に接続してもよい。UV-LEDの数を増やすことで、紫外線の照射量を大きくすることができる。また、第一UV-LED1と第二UV-LED2は、物理的に分離したパッケージとして構成される他、例えば共通のパッケージ内に2つのLEDチップを含めて構成してもよい。 The first UV-LED1 and second UV-LED2 may each be one, or multiple first UV-LEDs and second UV-LEDs2 may each be connected in series or parallel. By increasing the number of UV-LEDs, the amount of ultraviolet light irradiation can be increased. Furthermore, the first UV-LED1 and second UV-LED2 may be configured as physically separate packages, or, for example, may be configured with two LED chips included in a common package.
このような紫外線発光ダイオードには、窒化ガリウム系の半導体発光ダイオードが好適に利用できる。例えば、組成がInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物系半導体を用いた半導体発光素子を用いることができる。これによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した紫外線殺菌装置100が得られる。
(電流制御部5)
Gallium nitride semiconductor light emitting diodes can be suitably used for such ultraviolet light emitting diodes. For example, a semiconductor light emitting element using a nitride semiconductor with a composition represented by InXAlYGa1 -XYN (0≦X, 0≦Y, X+Y≦1) can be used. This provides a stable ultraviolet sterilization device 100 that is highly efficient, has high linearity of output relative to input, and is resistant to mechanical shock.
(Current control unit 5)
電流制御部5は、直流電源6に接続されている。直流電源6は、例えば交流50Hzや60Hzの商用電源を整流して直流に変換する電流変換器や直流安定化電源が利用できる。また、電流制御部5に、このような電流変換機能を持たせてもよい。この場合は、電流制御部5を直接商用電源に接続して利用できる。 The current control unit 5 is connected to a DC power supply 6. The DC power supply 6 can be, for example, a current converter that rectifies a commercial AC power supply of 50 Hz or 60 Hz and converts it to DC, or a DC stabilized power supply. The current control unit 5 may also be provided with such a current conversion function. In this case, the current control unit 5 can be used by connecting it directly to a commercial power supply.
電流制御部5は、第一UV-LED1及び第二UV-LED2にそれぞれ、駆動電流を供給して同時に発光させて、これらの発光を組み合わせた合成発光スペクトルS(λ)の光MSを照射する。なお、本明細書において光とは可視光を意味するものでなく、典型的には紫外光のような光又は電磁波を意味する。 The current control unit 5 supplies a drive current to each of the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 to cause them to emit light simultaneously, and irradiates light MS with a composite emission spectrum S(λ) that is a combination of these emitted lights. Note that in this specification, light does not mean visible light, but typically means light such as ultraviolet light or electromagnetic waves.
ここで、ウイルスの紫外線殺菌装置100で殺菌対象とする特定のウイルスの、吸収スペクトルA(λ)を予め取得しておく。そして、この吸収スペクトルA(λ)に対し、第一UV-LED1及び第二UV-LED2を同時に発光させた際の合成発光スペクトルを、ウイルスの吸収スペクトルと近似させるように電流制御部で発光させる。これにより、低圧水銀ランプを使用せずとも、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、殺菌対象のウイルスに対して効果的に殺菌性能を発揮させることが可能となる。 Here, the absorption spectrum A (λ) of the specific virus to be sterilized by the ultraviolet virus sterilization device 100 is acquired in advance. Then, the current control unit emits light so that the combined emission spectrum produced when the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 are simultaneously emitted in response to this absorption spectrum A (λ) is approximated to the absorption spectrum of the virus. This makes it possible to effectively exert sterilization performance against the target virus by combining multiple UV-LEDs with different wavelengths without using a low-pressure mercury lamp.
具体的には、吸収スペクトルA(λ)に対し、第一UV-LED1及び第二UV-LED2の紫外線を組み合わせた合成発光スペクトルS(λ)の相関度Roを、次式数1に基づいて計算する。 Specifically, the correlation R o of the combined emission spectrum S(λ) obtained by combining the ultraviolet rays of the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 with respect to the absorption spectrum A(λ) is calculated based on the following formula 1.
上式において上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。この相関度Roが、0.7000以上となるように、電流制御部5で第一UV-LED1と第二UV-LED2の駆動電流を調整する。これによって、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、優れた殺菌性能を発揮させることが可能となる。 In the above formula, N is the number of measured wavelengths, λ 1 ,... λ N are measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1. The current control unit 5 adjusts the drive currents of the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 so that the correlation degree R o is 0.7000 or more. This makes it possible to achieve excellent sterilization performance by combining multiple UV-LEDs with different wavelengths.
また、ウイルスの吸収スペクトルA(λ)と合成発光スペクトルS(λ)の相関度を求める式は、上式以外にも利用できる。例えば、次式数2を利用できる。 In addition, formulas other than the above can be used to calculate the degree of correlation between the virus absorption spectrum A(λ) and the composite emission spectrum S(λ). For example, the following formula (2) can be used.
上式において、covは吸収スペクトルA(λ)と合成発光スペクトルS(λ)の共分散を、σAは吸収スペクトルA(λ)の標準偏差を、σSは合成発光スペクトルS(λ)の標準偏差を、それぞれ示している。 In the above equation, cov represents the covariance of the absorption spectrum A(λ) and the composite emission spectrum S(λ), σ A represents the standard deviation of the absorption spectrum A(λ), and σ S represents the standard deviation of the composite emission spectrum S(λ).
相関度Rは、ウイルスの吸収スペクトルのエネルギー値で割ることにより、正規化することができる。このような例として、数1のウイルスの吸収スペクトルA(λ)と合成発光スペクトルS(λ)の相関度を求める式を変形した次式数3を用いてもよい。 The correlation degree R can be normalized by dividing it by the energy value of the virus absorption spectrum. As an example of this, the following formula 3, which is a modification of the formula 1 for calculating the correlation degree between the virus absorption spectrum A(λ) and the composite emission spectrum S(λ), may be used.
上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。 In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.
あるいはまた、ウイルスの吸収スペクトルA(λ)と合成発光スペクトルS(λ)の相関度を求める式として、次式数4で定義されるコサイン類似度cosθを用いてもよい。 Alternatively, the cosine similarity cosθ defined in the following formula 4 can be used to calculate the degree of correlation between the virus absorption spectrum A(λ) and the composite emission spectrum S(λ).
上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。 In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.
これらの相関度は、高いほど好ましい。好ましくは0.8000以上となるように、電流制御部5で駆動電流を制御する。 The higher the correlation between these, the better. The current control unit 5 controls the drive current so that the correlation is preferably 0.8000 or higher.
電流制御部は、第一UV-LED1と第二UV-LED2に供給する駆動電流の値を可変としてもよい。また電流制御部が、第一UV-LED1と第二UV-LED2に供給する駆動電流の比を、1:0から0:1とすることができる。
The current control unit may vary the value of the drive current supplied to the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2. Furthermore, the current control unit can change the ratio of the drive current supplied to the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 from 1:0 to 0:1.
さらにウイルスの紫外線殺菌装置100は、殺菌対象となる特定のウイルスを一種類に限定した構成とする他、複数の異なるウイルスの殺菌を効果的に行えるようにしてもよい。この場合は、殺菌対象のウイルスの吸収スペクトルと合成発光スペクトルとの相関度Rが高くなるように、複数のUV-LEDの駆動電流を調整可能とすることが好ましい。例えば、複数の異なるウイルスの吸収スペクトルに応じた、合成発光スペクトルとの相関度が0.7000以上となる駆動電流の値をそれぞれ、電流制御部に予め設定しておく。そして、殺菌対象のウイルスに応じて、これら複数の駆動電流の値を切り替え可能としてもよい。また、このような駆動電流の切り替えは、自動で行わせてもよい。例えば殺菌対象のウイルスを4種類として、各ウイルスの吸収スペクトルに応じた駆動電流の組み合わせを、周期的に変更する。例えば、30秒間ずつ、各ウイルスの吸収スペクトルに応じて相関度Rが0.7000以上となる駆動電流を供給して、順次自動で切り替えていくことにより、4種類のウイルスを同時に殺菌することが可能となる。
(ウイルスの紫外線殺菌方法)
Furthermore, the ultraviolet sterilization device 100 for viruses may be configured to effectively sterilize multiple different viruses, in addition to being limited to one specific type of virus to be sterilized. In this case, it is preferable to adjust the drive current of multiple UV-LEDs so that the correlation R between the absorption spectrum of the virus to be sterilized and the composite emission spectrum is high. For example, the drive current values that correspond to the absorption spectra of multiple different viruses and the composite emission spectrum of 0.7000 or more are preset in the current control unit. Then, the values of these multiple drive currents may be switched depending on the virus to be sterilized. In addition, such switching of the drive current may be performed automatically. For example, the number of viruses to be sterilized is set to four, and the combination of drive currents corresponding to the absorption spectrum of each virus is periodically changed. For example, by supplying drive currents that correspond to the absorption spectrum of each virus and have a correlation R of 0.7000 or more for 30 seconds each, and switching automatically in sequence, it becomes possible to sterilize four types of viruses simultaneously.
(UV sterilization method for viruses)
以上のウイルスの紫外線殺菌装置100を用いて、紫外線で特定のウイルスを不活化するウイルスの紫外線殺菌方法を説明する。まず、第一主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第一UV-LED1と、第一UV-LED1と異なる第二主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第二UV-LED2とを準備する。次に、これら第一UV-LED1及び第二UV-LED2にそれぞれ、電流制御部5で駆動電流を供給して発光させて、特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対し、第一UV-LED1及び第二UV-LED2の紫外線を組み合わせた合成発光スペクトルS(λ)の、次式で定義される相関度Rを、0.7000以上とする。これにより、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、優れた殺菌性能を発揮させることが可能となる。
[実施形態2]
A method for sterilizing viruses with ultraviolet light, in which a specific virus is inactivated with ultraviolet light using the above ultraviolet light sterilization device 100 for viruses, will be described. First, a first UV-LED 1 that emits ultraviolet light having a first main emission peak wavelength and a second UV-LED 2 that emits ultraviolet light having a second main emission peak wavelength different from that of the first UV-LED 1 are prepared. Next, a drive current is supplied to each of the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 by the current control unit 5 to cause them to emit light, and the correlation R, defined by the following formula, of the combined emission spectrum S(λ) of the ultraviolet light from the first UV-LED 1 and the second UV-LED 2 combined with the absorption spectrum A(λ) of the specific virus is set to 0.7000 or more. This makes it possible to achieve excellent sterilization performance by combining multiple UV-LEDs with different wavelengths.
[Embodiment 2]
上記の例では、UV-LEDとして、主発光ピーク波長の異なる第一UV-LEDと第二UV-LEDの2種類を使用しているが、さらに主発光ピーク波長の異なるUV-LEDを組み合わせてもよい。このような例として、実施形態2に係るウイルスの紫外線殺菌装置200を、図2のブロック図に示す。この図において、上述した図1と同様の部材について、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。 In the above example, two types of UV-LEDs, a first UV-LED and a second UV-LED, with different main emission peak wavelengths, are used, but UV-LEDs with different main emission peak wavelengths may also be combined. As such an example, an ultraviolet sterilization device 200 for viruses according to embodiment 2 is shown in the block diagram of Figure 2. In this figure, components similar to those in Figure 1 described above are given the same reference numerals and detailed descriptions are omitted as appropriate.
図2のウイルスの紫外線殺菌装置200は、第一UV-LED1と、第二UV-LED2と、第三UV-LED3と、電流制御部5を備えている。第三UV-LED3は、第一主発光ピーク波長及び第二主発光ピーク波長と異なる第三主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する。第三主発光ピーク波長は、270nm~380nm、好ましくは272nm~290nmの範囲に含まれている。 The ultraviolet sterilization device 200 for viruses in Figure 2 comprises a first UV-LED 1, a second UV-LED 2, a third UV-LED 3, and a current control unit 5. The third UV-LED 3 emits ultraviolet light having a third main emission peak wavelength different from the first main emission peak wavelength and the second main emission peak wavelength. The third main emission peak wavelength is in the range of 270 nm to 380 nm, preferably 272 nm to 290 nm.
電流制御部5は、これら第一UV-LED1、第二UV-LED2、第三UV-LED3にそれぞれ、駆動電流を供給して発光させる。そして、これら第一UV-LED1、第二UV-LED2、第三UV-LED3の紫外線を組み合わせた合成発光スペクトルS(λ)と、ウイルスの吸収スペクトルA(λ)との、数1で定義される相関度Rを、0.7000以上とする。
(特定のウイルス)
The current control unit 5 supplies a drive current to each of the first UV-LED 1, the second UV-LED 2, and the third UV-LED 3 to cause them to emit light. The correlation R defined by the formula 1 between the synthetic emission spectrum S(λ) obtained by combining the ultraviolet rays from the first UV-LED 1, the second UV-LED 2, and the third UV-LED 3 and the absorption spectrum A(λ) of the virus is set to 0.7000 or more.
(certain viruses)
近年のCOVID-19、いわゆる新型コロナウイルスの世界的流行により、新型コロナウイルスを含めた有害なウイルスの殺菌の重要性が叫ばれている。 The recent global pandemic of COVID-19, the so-called novel coronavirus, has highlighted the importance of sterilizing harmful viruses, including the novel coronavirus.
従来の殺菌方法としては、塩素等の薬剤を用いた殺菌、オゾン殺菌、加熱殺菌、紫外線殺菌等が知られている。この内、塩素などによる薬剤殺菌では、殺菌後に残留する塩素が人体に有害であるという問題がある。また、薬剤耐性菌の出現も懸念されている。一方、オゾン殺菌では殺菌効果持続が困難であり、また人体に有害という問題がある。さらに加熱殺菌は、加熱のためのエネルギー消費量が大きい上、加熱に手間がかかるため利便性に欠けるという問題がある。 Conventional sterilization methods include sterilization using chemicals such as chlorine, ozone sterilization, heat sterilization, and ultraviolet sterilization. Of these, chemical sterilization using chlorine and other chemicals has the problem that the chlorine remaining after sterilization is harmful to the human body. There are also concerns about the emergence of drug-resistant bacteria. On the other hand, ozone sterilization has the problem that it is difficult to maintain the sterilization effect and is also harmful to the human body. Furthermore, heat sterilization has the problem that it requires a large amount of energy for heating and is inconvenient because the heating process is time-consuming.
これに対し、紫外線発光ダイオードを用いた殺菌では、薬剤殺菌と比べ、残留物質が発生せず、また広く普及している低圧水銀ランプと異なり、水銀性廃棄物も発生しない。さらに連続使用が可能であり、比較的低消費電力で、しかも装置の小型化が可能であるなどの利点を有する。 In contrast, sterilization using ultraviolet light-emitting diodes does not leave any residual substances, unlike chemical sterilization, and unlike the widely used low-pressure mercury lamps, does not produce any mercury waste. Furthermore, it has the advantages of being able to be used continuously, consuming relatively low power, and allowing the device to be made compact.
しかしながら、低圧水銀ランプで用いられている波長253.7nm(約254nm)の紫外線を、発光ダイオードで実現することは困難であり、未だ実用化には至っていない。特に、窒化ガリウム(GaN)は360nm以下の波長を吸収してしまうため、発光ダイオードの活性層にAlGaNを利用するところ、波長の短い領域ではAlGaNでは発光効率が悪いという問題があった。 However, it is difficult to achieve ultraviolet light with a wavelength of 253.7 nm (approximately 254 nm), which is used in low-pressure mercury lamps, in a light-emitting diode, and it has not yet been put to practical use. In particular, gallium nitride (GaN) absorbs wavelengths of 360 nm or less, so while AlGaN is used in the active layer of a light-emitting diode, there is a problem in that AlGaN has poor light-emitting efficiency in the short-wavelength region.
そこで本願発明者らは、現状得られている紫外線発光ダイオードを用いつつ、効果的なウイルスの殺菌を実現する方法を鋭意検討し、本願発明を成すに至ったものである。ここでは、ウイルスに対する紫外線発光ダイオードの照射による不活化効果の検討し、不活化機構の解明を試みた。具体的には、ウイルスとして鳥インフルエンザウイルスを用いて、紫外線発光ダイオードとして実用化されている、UVA-LED、UVB-LED及びUVC-LEDの、主発光ピーク波長の違いによる不活性効果を比較した。また、ウイルス亜型を用いたUV照射不活化機構を検討した。さらに、ウイルス亜型の違いによる不活化効果を比較した。ここでは、A型インフルエンザウイルス亜型として、以下の2種類を用いた。
・H1N1(A/Puerto Rico/8/1934):ヒトから分離した季節性インフルエンザウイルス
・H5N1(A/Duck/Hong Kong/960/1980):高病原性鳥インフルエンザウイルス(HPAI)。東南アジアをはじめ、世界各国で発生した。ヒトへ感染すると50%以上の高い致死率を示す。
(1:UV-LEDの主発光ピーク波長の違いによる不活性効果)
Therefore, the inventors of the present application have intensively studied a method for realizing effective virus sterilization using currently available ultraviolet light-emitting diodes, and have come to the present invention. Here, the inactivation effect of irradiation of ultraviolet light-emitting diodes on viruses was studied, and an attempt was made to clarify the inactivation mechanism. Specifically, using avian influenza virus as the virus, the inactivation effect due to differences in the main emission peak wavelengths of UVA-LED, UVB-LED, and UVC-LED, which are in practical use as ultraviolet light-emitting diodes, was compared. In addition, the UV irradiation inactivation mechanism using a virus subtype was studied. Furthermore, the inactivation effect due to differences in virus subtypes was compared. Here, the following two types of influenza A virus subtypes were used.
・H1N1 (A/Puerto Rico/8/1934): A seasonal influenza virus isolated from humans ・H5N1 (A/Duck/Hong Kong/960/1980): Highly pathogenic avian influenza virus (HPAI). It has occurred in Southeast Asia and other countries around the world. When it infects humans, it has a high mortality rate of over 50%.
(1: Inactivation effect due to differences in the main emission peak wavelength of UV-LED)
まず、UVA-LED、UVB-LED、UVC-LEDを、それぞれ発光させて、ウイルスに照射して不活性効果を比較した。ここでは、H1N1ウイルスを、ステンレス製容器に入れて、上部よりUV-LEDを照射した。容器は、高さ15mm、深さ10mm、直径10mmの、上端を開口した円筒状とした。このステンレス製容器に、ウイルス溶液をそれぞれ0.3mL入れて、容器の上部から紫外線を照射させた。 First, a UVA LED, a UVB LED, and a UVC LED were each turned on and irradiated onto a virus to compare their inactivation effects. Here, the H1N1 virus was placed in a stainless steel container and irradiated from above with a UV LED. The container was cylindrical, 15 mm high, 10 mm deep, and 10 mm in diameter, with an open top. 0.3 mL of virus solution was placed in each stainless steel container, and ultraviolet light was irradiated from the top of the container.
一般に近紫外線は、UVA(400~315nm)、UVB(315~280nm)、UVC(280nm未満)に分けられている。ここでは、実用化されているUVA-LEDとして、日亜化学工業株式会社製NVSU233A(主発光ピーク波長365nm、パワー106mW/cm2、UVB-LEDとして、同NCSU234A(310nm、4.4mW/cm2)、UVC-LEDとして同NCSU234A(280nm、5.5mW/cm2)を用いた。各UV-LEDは、それぞれ定格最大順電流で照射した。なお、365nmのUVA-LEDを参考例7、310nmのUVB-LEDを参考例6、280nmのUVC-LEDを参考例3とする。 Generally, near-ultraviolet rays are divided into UVA (400-315 nm), UVB (315-280 nm), and UVC (less than 280 nm). Here, Nichia Corporation's NVSU233A (main emission peak wavelength 365 nm, power 106 mW/cm 2 ) was used as the UVA-LED, Nichia Corporation's NCSU234A (310 nm, 4.4 mW/cm 2 ) was used as the UVB-LED, and NCISU234A (280 nm, 5.5 mW/cm 2 ) was used as the UVC-LED. Each UV-LED was irradiated with its rated maximum forward current. The 365 nm UVA-LED is Reference Example 7, the 310 nm UVB-LED is Reference Example 6, and the 280 nm UVC-LED is Reference Example 3.
ウイルス力価は106PFU/mLであった。その後、プラークアッセイ(PFU)によりH1N1亜型の不活化比を評価した。この結果を、図3及び図4のグラフに示す。これらの図において、図3は照射時間に対するUV照射の不活化効果を示している。また図4は、フルエンス(単位面積を通過する放射束の時間的積分値)に対するUV照射の不活化効果を示している。図4においては、一部を拡大したグラフを付記している。これらの図に示すように、H1N1亜型に対してUV-LEDの照射によって不活化効果が認められた。不活性化効果は波長の短さに比例し、280nmが最も不活化効率が高かった。 The virus titer was 10 6 PFU/mL. The inactivation ratio of the H1N1 subtype was then evaluated by plaque assay (PFU). The results are shown in the graphs of Figures 3 and 4. In these figures, Figure 3 shows the inactivation effect of UV irradiation versus irradiation time. Figure 4 shows the inactivation effect of UV irradiation versus fluence (the time integral value of the radiant flux passing through a unit area). A partially enlarged graph is also shown in Figure 4. As shown in these figures, the inactivation effect of UV-LED irradiation was observed against the H1N1 subtype. The inactivation effect was proportional to the shorter the wavelength, with 280 nm showing the highest inactivation efficiency.
次に、ウイルスの不活性化機構を調べるべく、参考例7に係るUVA-LED、参考例6に係るUVB-LED、参考例3に係るUVC-LEDのそれぞれについて、ウイルスを同程度、ここでは図5に示すようにウイルス不活化比[log 10 ratio]が-1~-1.5程度に不活化させる照射量の紫外線を照射した。この状態でRNAの傷害を調べた。ここでは、RT-qPCRで処理して、Segment6vRNAの量を調べた。この結果を図6のグラフに示す。この図に示すように、UVCの照射にのみRNA傷害が認められた。このことから、UVCとUVAとでは殺菌作用が異なることが判明した。すなわち、UVCでは、図7に示すように、核酸のチニジンに作用する物理的な力で二重螺旋を切断してRNAの能力を損なわせている。これに対し、UVAやUVBでは、図8に示すようにウイルスの不活性化機構は酸化作用によるものと推測される。 Next, to investigate the mechanism of virus inactivation, the UVA-LED of Reference Example 7, the UVB-LED of Reference Example 6, and the UVC-LED of Reference Example 3 were irradiated with ultraviolet light at an irradiation dose that inactivates the virus to the same extent, that is, to a virus inactivation ratio [log 10 ratio] of about -1 to -1.5 as shown in FIG. 5. In this state, RNA damage was investigated. Here, the amount of Segment 6 vRNA was examined by processing with RT-qPCR. The results are shown in the graph of FIG. 6. As shown in this figure, RNA damage was observed only with UVC irradiation. This revealed that UVC and UVA have different bactericidal effects. That is, with UVC, as shown in FIG. 7, the physical force acting on the chinidine of the nucleic acid cuts the double helix, impairing the ability of the RNA. In contrast, with UVA and UVB, as shown in FIG. 8, it is presumed that the virus inactivation mechanism is due to oxidation.
さらに、H1N1亜型に対するUV照射後の感染初期の宿主細胞内のvRNA、cRNA、mRNA量を調べた。この結果を、図9、図10、図11のグラフにそれぞれ示す。これらの図において、図9はH1N1亜型に対し、UV-LEDを照射しない例、参考例7に係るUVA-LEDを照射する例、参考例6に係るUVB-LEDを照射する例、参考例3に係るUVC-LEDを照射する例のそれぞれについて、照射から2時間後の宿主細胞内のvRNA量、図10はcRNA量、図11はmRNA量を、それぞれ示している。なおこれらの図において、vRNA、cRNA、mRNAは特異的に増加していることを確認済みである。これらの図から、UV-LED照射はvRNAには影響を与えないことが判明した。このことから、UV照射はH1N1亜型の細胞内への接着、侵入には影響を与えないことが推測される。 Furthermore, the amounts of vRNA, cRNA, and mRNA in host cells at the early stage of infection after UV irradiation of the H1N1 subtype were examined. The results are shown in the graphs of Figures 9, 10, and 11, respectively. In these figures, Figure 9 shows the amount of vRNA in host cells 2 hours after irradiation for the H1N1 subtype in the cases of no UV-LED irradiation, irradiation with UVA-LED according to Reference Example 7, irradiation with UVB-LED according to Reference Example 6, and irradiation with UVC-LED according to Reference Example 3, Figure 10 shows the amount of cRNA, and Figure 11 shows the amount of mRNA, respectively. Note that in these figures, it has been confirmed that vRNA, cRNA, and mRNA are specifically increased. From these figures, it was found that UV-LED irradiation does not affect vRNA. From this, it is inferred that UV irradiation does not affect the adhesion and invasion of the H1N1 subtype into cells.
さらにまた、H1N1亜型に対するUV照射後の宿主細胞内のvRNA、cRNA、mRNAの変動について測定した。この結果を、図12、図13、図14のグラフにそれぞれ示す。これらの図において、図12は、H1N1亜型に対し、UV-LEDを照射しない例、参考例7に係るUVA-LEDを照射する例、参考例6に係るUVB-LEDを照射する例、参考例3に係るUVC-LEDを照射する例のそれぞれについて、UV照射後の宿主細胞内のvRNA量の時間変動、図13はcRNA量の時間変動、図14はmRNA量の時間変動を、それぞれ示している。また図12のvRNAと図13のcRNAは宿主細胞内での複製抑制効果を、図14のmRNAは転写抑制効果を、それぞれ表す。これらの図から、UV照射は図16に示すように、UVA、UVB、UVCのいずれも、vRNPの複製と転写の両方を抑制することが判明した。 Furthermore, the changes in vRNA, cRNA, and mRNA in host cells after UV irradiation of the H1N1 subtype were measured. The results are shown in the graphs of Figures 12, 13, and 14, respectively. In these figures, Figure 12 shows the time variation in the amount of vRNA in host cells after UV irradiation for each of the cases of not irradiating the H1N1 subtype with UV-LED, irradiating with the UVA-LED of Reference Example 7, irradiating with the UVB-LED of Reference Example 6, and irradiating with the UVC-LED of Reference Example 3, Figure 13 shows the time variation in the amount of cRNA, and Figure 14 shows the time variation in the amount of mRNA. Furthermore, vRNA in Figure 12 and cRNA in Figure 13 represent the effect of suppressing replication in host cells, and mRNA in Figure 14 represents the effect of suppressing transcription. From these figures, it was found that UV irradiation, as shown in Figure 16, with UVA, UVB, and UVC, suppresses both the replication and transcription of vRNP.
以上から、(1)UV照射によるウイルスの不活化効率は、波長によって異なることが判明した。具体的には主発光ピーク波長により、280nm>310nm>365nmとなり、波長の短いほど不活性化効率が高かった。また(2)UV照射によるウイルスの不活化機構も、波長によって異なることが判明した。具体的は、UVAとUVBは、宿主細胞内での転写・複製抑制を示すこと、UVCはウイルスRNA傷害と、宿主細胞内での転写・複製抑制効果を示すことが確認された。さらに、(3)UV照射による不活化効果は、ウイルス亜型によって異なった。具体的には、H5N1のUV照射による不活化効果は、UVB、UVC照射の場合、H1N1よりも多かった。ここで、ウイルス亜種に対しUVA、UVB、UVCをそれぞれ照射してウイルス不活化比を測定した結果を図15に示す。この図において、UVAはUVA-LED(主発光ピーク波長365nmの参考例7)を、UVBについてはUVB-LED(310nmの参考例6)を、それぞれ用いて5分間照射した。前者はエネルギー密度31.8J/cm2、後者は1.32J/cm2であった。またUVCはUVC-LED(280nmの参考例3)を10秒間し、エネルギー密度は0.055J/cm2であった。またウイルス亜種はH1N1、H5N1を用いて、ウイルス不活化比[log 10 ratio]を測定して縦軸に示した。以下、これらの詳細について検討する。
(1:波長による不活化効率の違い)
From the above, it was found that (1) the efficiency of virus inactivation by UV irradiation differs depending on the wavelength. Specifically, the main emission peak wavelength was 280 nm>310 nm>365 nm, and the shorter the wavelength, the higher the inactivation efficiency. It was also found that (2) the mechanism of virus inactivation by UV irradiation differs depending on the wavelength. Specifically, it was confirmed that UVA and UVB show transcription and replication inhibition in host cells, and UVC shows viral RNA damage and transcription and replication inhibition effect in host cells. Furthermore, (3) the inactivation effect by UV irradiation differed depending on the virus subtype. Specifically, the inactivation effect of UV irradiation on H5N1 was greater than that of H1N1 when irradiated with UVB and UVC. Here, the results of measuring the virus inactivation ratio by irradiating each virus subtype with UVA, UVB, and UVC are shown in FIG. 15. In this figure, UVA was irradiated for 5 minutes using a UVA-LED (main emission peak wavelength 365 nm, Reference Example 7) and UVB was irradiated for 5 minutes using a UVB-LED (310 nm, Reference Example 6). The former had an energy density of 31.8 J/ cm2 and the latter 1.32 J/ cm2 . UVC was irradiated for 10 seconds using a UVC-LED (280 nm, Reference Example 3) with an energy density of 0.055 J/ cm2 . The virus subspecies H1N1 and H5N1 were used, and the virus inactivation ratio [log 10 ratio] was measured and shown on the vertical axis. These will be discussed in detail below.
(1: Differences in inactivation efficiency depending on wavelength)
まず、波長による不活化効率の違いについて、UV照射による不活化効率は波長によって異なる。ここで、現状の殺菌用途に多用されている主発光ピーク波長が253.7nmの水銀ランプを含めて検討すると、254nm<270nm>280nm>310nm>365nmとなり、270nmが最も不活性効率が高かった。このことから、単に波長が短いだけではなく、不活性効率の高い波長域、あるいはピーク波長の存在が推測される。Kim SJらによるバクテリア殺菌効果の報告(Kim S.J. et al. Appl. Environ. Microbiol. 2015, 18;82(1):11-7)では、水銀ランプの254nmよりも、UV-LEDの266nmの方が不活性化効率が高いとされている。この理由は、DNA最大吸収波長は細胞内では異なるため、又は長い波長の方が吸収され易いためと考えられる。波長260nm付近はDNAの最大吸収波長(細胞外)である。以上から、バクテリア殺菌やウイルス不活化に関して、より効果的な波長は260nm~270nm付近である可能性が示唆された。以上から、従来考えられてきた、波長の短い方がウイルスの不活性化効果が高い、または水銀ランプの254nmが殺菌に適しているとの認識とは、異なる知見が得られた。
(2:波長による不活化機構の違い)
First, regarding the difference in inactivation efficiency depending on wavelength, the inactivation efficiency by UV irradiation differs depending on the wavelength. Here, when considering mercury lamps with a main emission peak wavelength of 253.7 nm, which is currently widely used for sterilization purposes, the results are 254 nm < 270 nm > 280 nm > 310 nm > 365 nm, and 270 nm had the highest inactivation efficiency. From this, it is inferred that there is a wavelength range or peak wavelength with high inactivation efficiency, not just a short wavelength. In a report on the bacterial sterilization effect by Kim SJ et al. (Kim SJ et al. Appl. Environ. Microbiol. 2015, 18;82(1):11-7), it is said that the inactivation efficiency of UV-LED at 266 nm is higher than that of mercury lamp at 254 nm. The reason for this is thought to be that the maximum DNA absorption wavelength is different inside the cell, or that longer wavelengths are more easily absorbed. The wavelength of around 260 nm is the maximum absorption wavelength of DNA (outside the cell). The above suggests that the more effective wavelength for killing bacteria and inactivating viruses may be around 260 nm to 270 nm. This finding is different from the conventional belief that shorter wavelengths are more effective at inactivating viruses, or that the 254 nm wavelength of a mercury lamp is suitable for sterilization.
(2: Differences in inactivation mechanism depending on wavelength)
また、UV照射による不活化機構は波長によって異なった。具体的には、上述の通りUVA、UVBでは宿主細胞内での転写・複製抑制が、一方UVCではウイルスRNA傷害と宿主細胞内での転写・複製抑制が、それぞれ作用していると考えられる。特に、UVA、UVB照射による不活化機構では、核酸への傷害が認められなかったことから、ポリメラーゼ活性への傷害による転写・複製抑制が推測される。
(3:ウイルス種による不活化効果の違い)
The inactivation mechanism by UV irradiation differed depending on the wavelength. Specifically, as mentioned above, UVA and UVB are thought to suppress transcription and replication in host cells, while UVC is thought to damage viral RNA and suppress transcription and replication in host cells. In particular, since no damage to nucleic acids was observed in the inactivation mechanism by UVA and UVB irradiation, it is speculated that the inhibition of transcription and replication by damage to polymerase activity is involved.
(3: Differences in inactivation effect depending on virus species)
さらに、ウイルス種による不活化効果の違いについて、ウイルス種による感受性の違いが報告されている。例えばKim D.K. et al., Food. Res. Int. 2017, 91:115-123)の報告によれば、主発光ピーク波長280nmのUVC-LED照射は、コリファージ(Coliphage)を不活化させたとある。このことから、UVC-LEDに対する感受性は、H1N1よりもColiphageの方が高いと考えられる。また、Beck S.E. et al., Water. Res. 2016, 109:207-216.によれば、主発光ピーク波長280nmのUVC-LED照射によるUV抵抗性を持つヒトアデノウイルスセロタイプ2(HAdV2)の不活化には、IAVよりも、より多くの照射エネルギー量が必要であったとある。これらから、UV照射による感受性はウイルス種によって異なると推測される。 Furthermore, it has been reported that the inactivation effect differs depending on the virus species, and that the sensitivity differs depending on the virus species. For example, Kim D.K. et al., Food. Res. Int. 2017, 91:115-123, reported that UVC-LED irradiation with a main emission peak wavelength of 280 nm inactivated coliphage. From this, it is considered that the sensitivity of coliphage to UVC-LED is higher than that of H1N1. Also, according to Beck S.E. et al., Water. Res. 2016, 109:207-216, it was reported that a greater amount of irradiation energy was required to inactivate the UV-resistant human adenovirus serotype 2 (HAdV2) by UVC-LED irradiation with a main emission peak wavelength of 280 nm than that of IAV. From these, it is assumed that the sensitivity to UV irradiation differs depending on the virus species.
以上をまとめると、UV-LED照射は鳥インフルエンザウイルスを含むA型インフルエンザウイルスを不活化させたこと、また不活化効率はウイルス亜型、UV波長によって異なることから、不活化に最適な亜型、波長の組み合わせの探索が必要であることが判明した。
(波長による感受性の違い)
In summary, UV-LED irradiation inactivated influenza A viruses, including avian influenza viruses. Furthermore, because the inactivation efficiency differed depending on the virus subtype and UV wavelength, it was found that it was necessary to explore the optimal combination of subtype and wavelength for inactivation.
(Differences in sensitivity depending on wavelength)
次に、ウイルス種の波長による感受性の違いについて、検討する。まず、H1N1亜型に対する異なるピーク波長のUVC照射の不活化効果を比較した。ここでは、2種類のUV-LEDとして、従前の主発光ピーク波長が280nmのものと、より波長の短い270nmを用いた。また比較例として254nmの水銀ランプを用いた。この結果を図17のグラフに示す。グラフの横軸は照射エネルギー量、縦軸は不活化効果を示している。このグラフから、H1N1亜型に対するUV-LED、水銀ランプのそれぞれの照射によって不活化効果が認められたところ、その不活化効率は、波長の短さに比例せず、270nmが最も不活化効率が高いことが示された。 Next, we will examine the differences in sensitivity of virus species depending on the wavelength. First, we compared the inactivation effect of UVC irradiation with different peak wavelengths on the H1N1 subtype. Here, two types of UV-LEDs were used: one with a conventional main emission peak wavelength of 280 nm and one with a shorter wavelength of 270 nm. As a comparison example, a mercury lamp with a wavelength of 254 nm was used. The results are shown in the graph in Figure 17. The horizontal axis of the graph shows the amount of irradiation energy, and the vertical axis shows the inactivation effect. This graph shows that while an inactivation effect was observed when irradiating the H1N1 subtype with UV-LED and a mercury lamp, the inactivation efficiency was not proportional to the shorter wavelength, and 270 nm was shown to have the highest inactivation efficiency.
ここで、一般に使用されている低圧水銀ランプとUV-LEDの、インフルエンザウイルスに対する不活化効果の違いは不明である。またインフルエンザウイルスに対する各波長域での不活化効果も不明である。そこで、様々な波長領域の紫外線発光ダイオード(UV-LED)照射による鳥インフルエンザウイルスの不活化効果の検討を行った。具体的には、
(1)低圧水銀ランプとUV-LEDの比較
(2)どの波長のUV-LEDが効果的か
(3)高い不活性化が期待できる照射条件の検討
を行った。
Here, the difference in the inactivation effect on influenza viruses between commonly used low-pressure mercury lamps and UV-LEDs is unclear. The inactivation effect on influenza viruses in each wavelength range is also unknown. Therefore, we investigated the inactivation effect of avian influenza viruses by irradiation with ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs) in various wavelength ranges. Specifically,
(1) We compared low-pressure mercury lamps and UV-LEDs, (2) determined which wavelength of UV-LED is effective, and (3) examined the irradiation conditions that can be expected to achieve high inactivation.
まず、低圧水銀ランプとUV-LEDの比較を行う。ここでは、ウイルスとして上述したH1N1亜型へ照射を行い、宿主となるMDCK細胞と発育鶏卵(Embryonated Chicken egg)を用いた。これらに対して、主発光ピーク波長254nmの低圧水銀ランプ(比較例1)、主発光ピーク波長260nmのUV-LED(参考例1)、同じくUV-LEDとして主発光ピーク波長が270nm(参考例2)、280nm(参考例3)、290nm(参考例4)、300nm(参考例5)、310nm(参考例6)、365nm(参考例7)のものを用いて、紫外線を照射した。これらの結果を、図18~図21に示す。これらの図において、図18、図19は紫外光光源毎の感染比[log]を示すグラフ、図20、図21は波長[nm]毎の感染比[log]を示すグラフを、それぞれ示している。また図18、図20はMDCK細胞、図19、図21は発育鶏卵に感染した結果を示している。これらの図から、260nmのUV-LEDが他の波長に比べ、優位にウイルスを不活性化できることが確認された。 First, a comparison is made between low-pressure mercury lamps and UV-LEDs. Here, the virus was irradiated to the above-mentioned H1N1 subtype, and MDCK cells and embryonated chicken eggs were used as hosts. These were irradiated with ultraviolet light using a low-pressure mercury lamp with a main emission peak wavelength of 254 nm (Comparative Example 1), a UV-LED with a main emission peak wavelength of 260 nm (Reference Example 1), and UV-LEDs with main emission peak wavelengths of 270 nm (Reference Example 2), 280 nm (Reference Example 3), 290 nm (Reference Example 4), 300 nm (Reference Example 5), 310 nm (Reference Example 6), and 365 nm (Reference Example 7). These results are shown in Figures 18 to 21. In these figures, Figures 18 and 19 show graphs showing the infection ratio [log] for each ultraviolet light source, and Figures 20 and 21 show graphs showing the infection ratio [log] for each wavelength [nm], respectively. Figures 18 and 20 show the results of infection of MDCK cells, and Figures 19 and 21 show the results of infection of developing chicken eggs. These figures confirm that a 260 nm UV-LED is superior in inactivating viruses compared to other wavelengths.
また、各ウイルスに対してHAタイター実験を行った結果を、図22の写真に示す。HAタイターの実験の結果、いずれの光源においてもHAタイターを変化させなかった。すなわちウイルスHAには変化が見られなかった。このことからUV照射は細胞への侵入活性に変化を及ぼさないと考えられる。 The photograph in Figure 22 shows the results of an HA titer experiment performed on each virus. As a result of the HA titer experiment, none of the light sources changed the HA titer. In other words, no changes were observed in the viral HA. This suggests that UV irradiation does not affect the cell invasion activity.
次に、不活化は何に起因するものかを検討する。ここでは、RT-qPCRを使用してウイルスvRNAセグメント6の傷害性を確認した。この結果を、主発光ピーク波長毎のSegment6vRNA[log 10 ratio]をプロットしたグラフである図23に示す。またSegment6vRNA[log 10 ratio]を横軸に取り、感染比[log]を縦軸に取ったグラフを、図24に示す。図24においては、宿主として、発育鶏卵(Embryonated chicken eggs:R=0.91027;P=1.69×10-3, 図24の●)と、MDCK細胞(R=0.9524;P=2.6×10-4, 図24の□))を用いた。さらに、横軸にUV-LEDによるウイルスRNA傷害性、縦軸にRNA傷害比[log]を取ったグラフを図25に示す。各UV-LEDの照射は、エネルギー密度4.8mJ/cm2とした。これら図から、260nmで優位な傷害が得られることが確認された。ここではウイルスvRNAに傷害性が見られた。このように、傷害性と不活性化比の間で強い相関が確認できることから、ウイルスの不活性化はウイルスRNAの傷害によるものであると考えられる。 Next, we consider what causes the inactivation. Here, we used RT-qPCR to confirm the toxicity of viral vRNA segment 6. The results are shown in FIG. 23, which is a graph plotting Segment 6vRNA [log 10 ratio] for each main emission peak wavelength. FIG. 24 shows a graph with Segment 6vRNA [log 10 ratio] on the horizontal axis and infection ratio [log] on the vertical axis. In FIG. 24, embryonated chicken eggs (R = 0.91027; P = 1.69 × 10 -3 , ● in FIG. 24) and MDCK cells (R = 0.9524; P = 2.6 × 10 -4 , □ in FIG. 24)) were used as hosts. Furthermore, FIG. 25 shows a graph with viral RNA toxicity by UV-LED on the horizontal axis and RNA damage ratio [log] on the vertical axis. The energy density of each UV-LED was 4.8 mJ/cm 2 . These figures confirm that dominant damage was obtained at 260 nm, where damage was observed in viral vRNA. As such, a strong correlation was confirmed between damage and inactivation ratio, suggesting that viral inactivation is due to damage to viral RNA.
以上から、低圧水銀ランプとUV-LEDとの比較においては、主発光ピーク波長270nm、280nmのUV-LEDと同程度のウイルス不活化効果を示しており、特に260nmで最も効果的に不活化されることが確認された。また、不活性化に効果的な波長として、上述の通り260nmのUV-LEDが最も効果的であり、ピーク波長が短いほど効果的という訳ではないことが判明した。さらにウイルスを不活化できた要因として、ウイルス構成するHAへの影響は見られなかった一方で、RNAの傷害性を確認したところ、感染後細胞内での増殖が抑制された可能性があることが判明した。このことからウイルスの不活性化の要因はHAではなく、ウイルスRNAの傷害性によるものであると考えられる。よって、最大吸収波長よりも吸収曲線に波形が近いことが重要である可能性があるとの考えに至り、次にRNA吸収曲線と発光スペクトルを比較した。
(ウイルスRNA吸収曲線とLEDの関係性)
From the above, in the comparison between the low pressure mercury lamp and the UV-LED, it was confirmed that the virus inactivation effect was the same as that of the UV-LED with the main emission peak wavelength of 270 nm and 280 nm, and that the most effective inactivation was especially at 260 nm. In addition, as described above, it was found that the 260 nm UV-LED was the most effective wavelength for inactivation, and that the shorter the peak wavelength, the more effective it was. Furthermore, as a factor in inactivating the virus, no effect was observed on the HA constituting the virus, while when the damage to RNA was confirmed, it was found that the proliferation in cells after infection may have been suppressed. From this, it is considered that the cause of the inactivation of the virus is not the HA but the damage to the viral RNA. Therefore, it was thought that it may be important that the waveform is closer to the absorption curve than the maximum absorption wavelength, and then the RNA absorption curve and the emission spectrum were compared.
(Relationship between viral RNA absorption curve and LED)
ウイルスRNAの吸収曲線を図26に、また各紫外光源の発光スペクトルを図27A~図27Fに、それぞれ示す。ここで、図27Aは主発光ピーク波長254nmの低圧水銀ランプ、図27Bは主発光ピーク波長260nmのUV-LED、図27Cは270nm、図27Dは280nm、図27Eは290nm、図27Fは310nmの発光スペクトルを、それぞれ示している。 The viral RNA absorption curve is shown in Figure 26, and the emission spectra of each UV light source are shown in Figures 27A to 27F. Here, Figure 27A shows the emission spectrum of a low-pressure mercury lamp with a main emission peak wavelength of 254 nm, Figure 27B shows the emission spectrum of a UV-LED with a main emission peak wavelength of 260 nm, Figure 27C shows the emission spectrum of 270 nm, Figure 27D shows the emission spectrum of 280 nm, Figure 27E shows the emission spectrum of 290 nm, and Figure 27F shows the emission spectrum of 310 nm.
ここで、両者の関係性を示す指標として、相関度Roを次式数5で規定した。 Here, as an index showing the relationship between the two, the correlation degree R o is defined by the following equation (5).
上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。 In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.
図26のRNAの相関度RAを100とした場合の、図27A~図27Fの相関度RAEを計算したところ、それぞれ11.1、68.6、42.2、21.4、8.8、0.3であった。以上から、インフルエンザウイルスRNAの吸収波長スペクトルと最も相関の高い波長は、相関度RAE=68.6の260nmであることが確認された。そして上記試験結果から、260nmのUV-LEDのウイルスの不活性化効果が最も高いことから、この相関度がウイルスの不活化を示す指標となり得ると考えられる。次に、この260nmよりも高いRAEのUV-LEDの作成を検討した。
[実施例1:3波長合体型LED(HYBRID-LED)]
When the correlation degree R A of RNA in FIG. 26 was set to 100, the correlation degrees R AE of FIG. 27A to FIG. 27F were calculated to be 11.1, 68.6, 42.2, 21.4, 8.8, and 0.3, respectively. From the above, it was confirmed that the wavelength with the highest correlation with the absorption wavelength spectrum of influenza virus RNA is 260 nm with a correlation degree R AE = 68.6. And, from the above test results, since the virus inactivation effect of the 260 nm UV-LED is the highest, it is considered that this correlation degree can be an index showing the inactivation of the virus. Next, the creation of a UV-LED with an R AE higher than this 260 nm was considered.
[Example 1: Three-wavelength combined LED (HYBRID-LED)]
ここでは、複数のUV-LEDを組み合わせたハイブリッドLEDを検討した。具体的には、UV-LED単体で相関度RAE=68.6を達成していることから、これよりも高い相関度RAE=70以上を目標とした。まず、図2に示すように3つのUV-LEDを用いて、各主発光ピーク波長をそれぞれ256nm、260nm、270nmとしたウイルスの紫外線殺菌装置を実施例1として作成した。ここでは、各UV-LEDを各波長0.8mW/cm2(合計2.4mW/cm2)で照射した。各光源はいずれも放射照度2.4mW/cm2であった。この紫外線殺菌装置の合成発光スペクトルを、ウイルスRNAの吸収スペクトルと重ねたグラフを図28に示す。また、実施例1の合成発光スペクトル(RAE=86.3)に加えて、上述した260nmのUV-LEDを参考例1(RAE=68.6)、270nmのUV-LEDを参考例2(RAE=42.2)、280nmのUV-LEDを参考例3(RAE=21.4)、及び低圧水銀ランプを比較例1(RAE=11.1)として、それぞれ発光スペクトルを重ねて表示させたグラフを図29に示す。 Here, we considered a hybrid LED that combines multiple UV-LEDs. Specifically, since a correlation degree R AE = 68.6 was achieved with a single UV-LED, we aimed for a higher correlation degree R AE = 70 or more. First, as shown in Figure 2, we created an ultraviolet sterilization device for viruses as Example 1, using three UV-LEDs with main emission peak wavelengths of 256 nm, 260 nm, and 270 nm, respectively. Here, each UV-LED was irradiated with a wavelength of 0.8 mW/cm 2 (total 2.4 mW/cm 2 ). Each light source had an irradiance of 2.4 mW/cm 2. Figure 28 shows a graph of the combined emission spectrum of this ultraviolet sterilization device superimposed on the absorption spectrum of viral RNA. In addition to the composite emission spectrum of Example 1 (R AE = 86.3), Figure 29 shows a graph in which the emission spectra of the above-mentioned 260 nm UV-LED as Reference Example 1 (R AE = 68.6), the 270 nm UV-LED as Reference Example 2 (R AE = 42.2), the 280 nm UV-LED as Reference Example 3 (R AE = 21.4), and the low-pressure mercury lamp as Comparative Example 1 (R AE = 11.1) are superimposed.
図28において、ウイルスRNAの吸収スペクトルとの相関度RAEは86.3であり、上述した260nmのUV-LEDよりも高い相関を確認した。
(3波長合体型LED(HYBRID-LED)の不活化効果)
In FIG. 28, the degree of correlation R AE with the absorption spectrum of viral RNA was 86.3, which was higher than that of the above-mentioned 260 nm UV-LED.
(Inactivation effect of 3-wavelength combined LED (HYBRID-LED))
次に、実施例1に係るウイルスの紫外線殺菌装置で、複数のウイルスに対する不活性効果を確認した。ここではウイルスとして、H1N1とH6N2を用いた。H1N1は季節性インフルエンザであり、スペイン型(1918年)や、ソ連型(1977年)が知られている。一方、H6N2は低病原性鳥インフルエンザウイルス(LPAI)であり、ヒトへの感染事例はない。これらを用いた結果を、図30~図33に示す。これらの図において、図30はH1N1に対する実施例1、参考例1~3及び比較例1の紫外線光源を用いて、各4.8mJ/cm2で照射し、MDCK細胞に感染したときの感染比[log]、図31は同じくH6N2に対する不活化比を、それぞれ示している。また図32は宿主となる発育鶏卵に対しH1N1ウイルスを適用した場合の不活化比、図33は同じく発育鶏卵に対しH6N2ウイルスを適用した場合の不活化比を、それぞれ示している。これらの図に示すように、RNAの吸収スペクトルとの相関度の高い実施例1に係るウイルスの紫外線殺菌装置で、効果的に不活化できることが確認された。
(実施例1のRNA傷害性)
Next, the inactivation effect against multiple viruses was confirmed by the ultraviolet sterilization device of Example 1. Here, H1N1 and H6N2 were used as viruses. H1N1 is a seasonal influenza, and the Spanish type (1918) and the Soviet type (1977) are known. On the other hand, H6N2 is a low pathogenic avian influenza virus (LPAI), and there have been no cases of human infection. The results of using these viruses are shown in Figures 30 to 33. In these figures, Figure 30 shows the infection ratio [log] when MDCK cells are infected with H1N1 using the ultraviolet light sources of Example 1, Reference Examples 1 to 3, and Comparative Example 1 at 4.8 mJ/cm 2 , and Figure 31 shows the inactivation ratio against H6N2. Also, Figure 32 shows the inactivation ratio when the H1N1 virus is applied to the host embryonated chicken egg, and Figure 33 shows the inactivation ratio when the H6N2 virus is applied to the embryonated chicken egg. As shown in these figures, it was confirmed that the ultraviolet sterilization device of Example 1, which has a high correlation with the absorption spectrum of RNA, can effectively inactivate viruses.
(RNA toxicity of Example 1)
さらに、実施例1に係るウイルスの紫外線殺菌装置のRNA傷害性を調べた。ここでは、不活性化を示すlog生存比を縦軸に、RNAとの相関を示す相関度RAEを横軸に散布図にプロットした。この結果を図34~図35に示す。これらの図において、図34は宿主がMDCK、図35は発育鶏卵の例を示している。このように、ウイルスRNAの吸収スペクトルと高い相関のある波長の紫外線を照射すると、効果的に不活化できることが確認された。すなわち、ウイルスRNA吸収スペクトルと紫外線発光スペクトルとの間で強い相関を確認した。さらに、不活化比と波長の相関、及び不活化と相関度RAEを、宿主がMDCK、発育鶏卵のそれぞれについてまとめた結果を、図36に示す。この図に示すように、不活化と相関度RAEにおいて高い相関があることが確認された。またウイルスの不活化には波長ではなく、RNA吸収曲線によりフィットした波形の発光スペクトルであることが重要であることが確認された。 Furthermore, the RNA damage of the ultraviolet sterilization device for viruses according to Example 1 was examined. Here, the log survival ratio indicating inactivation was plotted on the vertical axis, and the correlation degree R AE indicating the correlation with RNA was plotted on the horizontal axis in a scatter diagram. The results are shown in Figures 34 to 35. In these figures, Figure 34 shows an example of a host being MDCK, and Figure 35 shows an example of an embryonated chicken egg. In this way, it was confirmed that effective inactivation can be achieved by irradiating ultraviolet light of a wavelength that is highly correlated with the absorption spectrum of the viral RNA. That is, a strong correlation was confirmed between the viral RNA absorption spectrum and the ultraviolet emission spectrum. Furthermore, the results of summarizing the correlation between the inactivation ratio and the wavelength, and the correlation degree R AE between inactivation and the correlation degree R AE for the hosts being MDCK and embryonated chicken eggs are shown in Figure 36. As shown in this figure, it was confirmed that there is a high correlation between inactivation and the correlation degree R AE . It was also confirmed that for the inactivation of viruses, it is important that the emission spectrum has a waveform that fits the RNA absorption curve, rather than the wavelength.
以上の通り、ウイルスRNAとの相関の高い実施例1に係るウイルスの紫外線殺菌装置で効果的に不活化できることが確認された。すなわち、波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせた合成発光スペクトルを、吸収曲線と近似させることにより、ウイルスを効果的に不活化できることが確認された。 As described above, it was confirmed that the ultraviolet sterilization device of Example 1 can effectively inactivate viruses that are highly correlated with viral RNA. In other words, it was confirmed that viruses can be effectively inactivated by approximating the combined emission spectrum of a combination of multiple UV-LEDs with different wavelengths to an absorption curve.
また、ウイルスの亜型と宿主との関係について、2つのウイルスの亜型間においては、感受性に違いがあることが確認されたものの、不活化傾向は変わらなかった。また宿主が変わった場合には、感染力は変化した。ただしこの場合も、不活化の傾向は変わらず示された。 In addition, regarding the relationship between the virus subtype and the host, although differences in susceptibility were confirmed between the two virus subtypes, the inactivation tendency did not change. Furthermore, when the host was changed, the infectivity changed. However, even in this case, the inactivation tendency was not changed.
さらに不活化の要因として、ウイルスの最大吸収波長ではなく、吸収曲線全体によりフィットする形の波長を照射することが重要であることが判明した。特に、相関度RAEが効果的な不活化を導く指標となり得ることが確認された。
(亜型・宿主の違い)
Furthermore, it was found that the key to inactivation is to irradiate the virus with a wavelength that fits the entire absorption curve, rather than the maximum absorption wavelength. In particular, it was confirmed that the correlation R AE can be an index for effective inactivation.
(Differences in subtypes and hosts)
図30~図33で示した通り、ウイルスの亜型の違いによって、UVに対する感受性が異なった。具体的には、H1N1、H6N2で比較すると、H1N1の方がlog(-0.5)~log(-1)程度、不活化された。なお、インフルエンザは亜型によって感染時の特徴が異なることが報告されている(Park J.E., et al., Infect. Genet. Evol.65:288-292.)。このように、H1N1の方がより不活化されるという結果は、亜型の違いによって感染時の特徴が異なるという報告例とも合致する。 As shown in Figures 30 to 33, the susceptibility to UV differed depending on the virus subtype. Specifically, when comparing H1N1 and H6N2, H1N1 was inactivated by approximately log(-0.5) to log(-1). It has been reported that the characteristics of influenza infection differ depending on the subtype (Park J.E., et al., Infect. Genet. Evol.65:288-292.). Thus, the result that H1N1 was inactivated more is consistent with reports that the characteristics of infection differ depending on the subtype.
また宿主の違いによって、ウイルスの感染力が異なった。具体的には、宿主としてMDCKと発育鶏卵を使用して比較すると、両亜型ともMDCKの方が、発育鶏卵に比べて感染し難かった。なお、宿主の違いが感染状況に影響を与えるとの報告例もある(Kash J.C., et. al., Am. J. Pathol. 2015, 185(6):1528-36)。よって、MDCKと発育鶏卵の2つの宿主細胞を比較すると、発育鶏卵の方が感染し易く、宿主の違いが感染状況に影響を与えるという報告例とも合致する。 The infectivity of the virus also differed depending on the host. Specifically, when comparing MDCK and developing chicken eggs as hosts, MDCK was less susceptible to infection for both subtypes than developing chicken eggs. There are also reports that differences in hosts affect the infection status (Kash J.C., et. al., Am. J. Pathol. 2015, 185(6):1528-36). Therefore, when comparing the two host cells, MDCK and developing chicken eggs, developing chicken eggs are more susceptible to infection, which is consistent with reports that differences in hosts affect the infection status.
ただ、実施例1に係るウイルスの紫外線殺菌装置を用いることで最も不活化されるという傾向はいずれも同じであった。これらのことから、上記実施例で未検討の他のウイルス亜型においてもUV照射は同様に効果的であると思われる。
(有効な波長域)
However, the tendency that the virus was most inactivated using the ultraviolet sterilization device of Example 1 was the same for all viruses. From these findings, it is believed that UV irradiation is similarly effective for other virus subtypes not examined in the above examples.
(effective wavelength range)
さらに、UV-LED、低圧水銀ランプによる不活化効果は、波長によって異なった。上述の通り、主発光ピーク波長が260nmのUV-LEDが最も高かった。また、比較例1に係る254nmの低圧水銀ランプは、主発光ピーク波長270nmや280nmのUV-LEDと同程度の不活化を示した。さらに、これより波長の長いUV-LEDについては、波長が長くなるにつれて不活化効率が低下した。参考例に係るUV-LEDでは、290nm>300nm>310nm>365nmとなった。 Furthermore, the inactivation effect of UV-LEDs and low-pressure mercury lamps differed depending on the wavelength. As mentioned above, the UV-LEDs with a main emission peak wavelength of 260 nm were the most effective. The 254 nm low-pressure mercury lamp of Comparative Example 1 showed the same level of inactivation as UV-LEDs with main emission peak wavelengths of 270 nm and 280 nm. Furthermore, for UV-LEDs with longer wavelengths, the inactivation efficiency decreased as the wavelength increased. For the UV-LEDs of the Reference Example, the order was 290 nm > 300 nm > 310 nm > 365 nm.
なお、ウイルスHAには変化が見られず、一方でウイルスvRNAには傷害性が見られた。このことから、ウイルスを構成するRNAが傷害され、宿主細胞内で増殖できなくなったと考えられる。 No change was observed in the viral HA, but toxic effects were observed in the viral vRNA. This suggests that the RNA that constitutes the virus was damaged, preventing it from replicating within the host cell.
また、実施例1に係るウイルスの紫外線殺菌装置と他の6種類の光源を比較すると、実施例1に係る260nmのUV-LEDが他の光源に比べ、最も効果的に不活化できた。また、広く利用されている低圧水銀ランプよりも効果的であり、ウイルスRNAに傷害を与えたことに起因するものと考えられる。特に実施例1によれば、3つの異なる波長のUV-LEDを組み合わせて、合計4.8mW/cm2を照射した効果は、図30に示すようにFFU(focus forming unit)でlog(-3)であった。なお、インフルエンザウイルスでは無いものの、複数の波長を組み合わせた場合、より殺菌効果が高いという報告例もある(Nyangaresi P.O., et al. Water. Res. 2018, 147:331-341.)。これによれば、267nm、275nmを組み合わせた他の報告よりも約半分のエネルギーで同等の効果が得られたとされており、当該報告例にも沿う結果が得られた。なお、3種類以上の波長を組み合わせて照射した報告例は、本願発明者の知る限り存在しない。また、相関の高い波長の紫外線は、ウイルスRNAに対し高い傷害性があることも確認している。さらに大腸菌に対しUVC/UVBとUVAを組み合わせることで効果的に不活化できる報告例(Song K., et al. Sci. Total. Environ. 2019, 665:1103-1110.)や、腸炎ビブリオに対してUVA-LEDと低圧水銀ランプの組み合わせが相乗的に殺菌効果を発揮する報告例(Nakahashi M., et al. Photochem. Photobiol. 2014, 90(6):1397-1403.)もある。 In addition, when comparing the ultraviolet sterilization device for viruses according to Example 1 with the other six types of light sources, the 260 nm UV-LED according to Example 1 was the most effective in inactivating viruses compared to the other light sources. It was also more effective than the widely used low-pressure mercury lamp, which is thought to be due to the damage it caused to the viral RNA. In particular, according to Example 1, the effect of combining UV-LEDs of three different wavelengths and irradiating them with a total of 4.8 mW/cm 2 was log(-3) in FFU (focus forming unit) as shown in FIG. 30. There is also a report that a combination of multiple wavelengths is more effective for sterilization, although not for influenza viruses (Nyangaresi PO, et al. Water. Res. 2018, 147:331-341.). According to this, it is said that the same effect was obtained with about half the energy compared to other reports that combined 267 nm and 275 nm, and the results were in line with the report. As far as the inventors of this application know, there are no reports of irradiation using a combination of three or more types of wavelengths. It has also been confirmed that ultraviolet light with a highly correlated wavelength is highly damaging to viral RNA.Furthermore, there are reports that a combination of UVC/UVB and UVA can effectively inactivate Escherichia coli (Song K., et al. Sci. Total. Environ. 2019, 665:1103-1110.), and that a combination of UVA-LED and low-pressure mercury lamps has a synergistic bactericidal effect on Vibrio parahaemolyticus (Nakahashi M., et al. Photochem. Photobiol. 2014, 90(6):1397-1403.).
これらから、効果的に不活化するためには、ウイルスRNAの最大吸収波長に、ピーク波長(260nm)を合わせることが重要なのか、あるいはウイルスRNAの吸収曲線に光源の発光スペクトル波形全体を合わせることが重要であるのかを検証したところ、ウイルスRNAに発光波長をフィットさせることが重要と考えられ、これによって最もウイルスを不活化できると思われる。また、上述の通り定義した相関度RAEによって、効果的な照射曲線を求めることができ、インフルエンザウイルスの不活化において新たな指標として利用できる。 From these, in order to effectively inactivate the virus, it was verified whether it is important to match the peak wavelength (260 nm) to the maximum absorption wavelength of the viral RNA, or to match the entire emission spectrum waveform of the light source to the absorption curve of the viral RNA. It was found that it is important to fit the emission wavelength to the viral RNA, which is believed to be the most effective way to inactivate the virus. In addition, the correlation degree R AE defined as above allows an effective irradiation curve to be obtained, which can be used as a new index for inactivating influenza viruses.
以上の通り、UV-LEDの中では260nmがインフルエンザウイルスを効果的に不活化させることが可能であり、この260nmに加えて、3つのUV-LEDを組み合わせることでさらに256nm、270nmを組み合わせることで、さらに不活性化効率を向上することに成功した。また、ウイルスRNAから不活化に最適な波長を、相関度RAEを指標に導出できる。
(他のウイルス)
As described above, 260 nm is the most effective UV-LED for inactivating influenza viruses, and by combining three UV-LEDs, 256 nm and 270 nm in addition to 260 nm, we succeeded in further improving the inactivation efficiency. In addition, the optimal wavelength for inactivation from viral RNA can be derived using the correlation degree R AE as an index.
(Other viruses)
次に、他のウイルスついても検討する。ウイルスは、国際ウイルス分類委員会の分類体系によれば、以下のように分類される。
・第1群(GroupI)-2本鎖DNA
・第2群(GroupII)-1本鎖DNA
・第7群(GroupVII)-2本鎖DNA逆転写
・第3群(GroupIII)-2本鎖RNA
・第4群(GroupIV)-1本鎖RNA+鎖(mRNAとして作用)
・第5群(GroupV)-1本鎖RNA-鎖
・第6群(GroupVI)-1本鎖RNA+鎖逆転写
Next, we will consider other viruses. Viruses are classified as follows according to the classification system of the International Committee on Taxonomy of Viruses:
Group I - double-stranded DNA
Group II - single stranded DNA
Group VII - double-stranded DNA reverse transcription Group III - double-stranded RNA
Group IV - single stranded RNA + strand (acts as mRNA)
Group V - single-stranded RNA negative strand Group VI - single-stranded RNA positive strand reverse transcription
ここでは、ウイルスとして、Feline calci virus、HSV-1、Adenovirusの3種類を用いた。これらのウイルスにUV照射した際の不活化の結果を、図37のグラフに示す。ここでは、比較例1に係る低圧水銀ランプ、参考例1に係る主発光ピーク波長260nmのUV-LED、参考例2に係る主発光ピーク波長270nmのUV-LED、参考例3に係る主発光ピーク波長280nmのUV-LED、参考例6に係る主発光ピーク波長310nmのUV-LED、参考例7に係る主発光ピーク波長365nmのUV-LEDを用いて、それぞれ4.8J/cm2で紫外線を照射した。 Here, three types of viruses were used: Feline calci virus, HSV-1, and Adenovirus. The results of inactivation of these viruses when irradiated with UV are shown in the graph of FIG. 37. Here, ultraviolet light was irradiated at 4.8 J/cm 2 using a low-pressure mercury lamp according to Comparative Example 1, a UV-LED with a main emission peak wavelength of 260 nm according to Reference Example 1, a UV-LED with a main emission peak wavelength of 270 nm according to Reference Example 2 , a UV-LED with a main emission peak wavelength of 280 nm according to Reference Example 3, a UV-LED with a main emission peak wavelength of 310 nm according to Reference Example 6, and a UV-LED with a main emission peak wavelength of 365 nm according to Reference Example 7.
また、参考のためUVA-LED、UVB-LEDを用いたUV照射による不活化の結果を、図38、図39のグラフにそれぞれ示す。これらの図において、横軸はUV-LEDのエネルギー[J/cm2]、縦軸は細胞変性単位(Log TCID50(Tissue Culture Infectious Dose 50))としている。また用いたウイルスは、FCV、Herpes simplex virus-1(HSV-1)、Adenovirus、H1N1とした。 For reference, the results of inactivation by UV irradiation using a UVA-LED and a UVB-LED are shown in the graphs of Figures 38 and 39, respectively. In these figures, the horizontal axis represents UV-LED energy [J/ cm2 ], and the vertical axis represents cytopathic units (Log TCID50 (Tissue Culture Infectious Dose 50)). The viruses used were FCV, Herpes simplex virus-1 (HSV-1), Adenovirus, and H1N1.
図40は、FCVへ4.8mJ/cm2でUV照射後の、RT-qPCRプロダクト及びFCVの感染比の相関関係を示している。このグラフは、横軸にLog CFU、縦軸にRT-qPCR(reverse transcription qPCR)を取っている。これらの図から、UV照射によるRT-qPCRプロダクトの減少(ウイルスRNAの傷害度)と不活化効果には高い相関があることが判る。 Figure 40 shows the correlation between RT-qPCR products and FCV infection ratio after UV irradiation at 4.8 mJ/ cm2 . This graph shows Log CFU on the horizontal axis and RT-qPCR (reverse transcription qPCR) on the vertical axis. These figures show that there is a high correlation between the reduction in RT-qPCR products (damage to viral RNA) and the inactivation effect due to UV irradiation.
以上から、ウイルスのよりUVの感受性が異なること、ウイルスゲノムの損傷と不活化はよく相関することが確認された。 These findings confirm that viruses differ in their sensitivity to UV light, and that there is a good correlation between damage to the viral genome and inactivation.
以上の実施例1では、主発光ピーク波長の異なる3種類のUV-LEDとして、主発光ピーク波長が256nm、260nm、270nmのものを用いてウイルスの紫外線殺菌を構成した例を説明したが、各UV-LEDの主発光ピーク波長は上記に限定されるものでないことは、いうまでもない。例えば第一UV-LEDの第一主発光ピークを245nm~260nmに、第二UV-LEDの第二主発光ピークを260nm~270nmに、第三UV-LEDの第三主発光ピークを270nm~290nmに、それぞれ設定することができる。
[実施例2]
In the above embodiment 1, an example of ultraviolet sterilization of viruses was described using three types of UV-LEDs with different main emission peak wavelengths, namely, those with main emission peak wavelengths of 256 nm, 260 nm, and 270 nm, but it goes without saying that the main emission peak wavelength of each UV-LED is not limited to the above. For example, the first main emission peak of the first UV-LED can be set to 245 nm to 260 nm, the second main emission peak of the second UV-LED can be set to 260 nm to 270 nm, and the third main emission peak of the third UV-LED can be set to 270 nm to 290 nm.
[Example 2]
また実施例1では、予め選択された第一UV-LED、第二UV-LED、第三UV-LEDに対して、これらのUV-LEDを発光させた紫外線の合成発光スペクトルS(λ)の相関度Rを演算する例を説明した。逆に、相関度Rから、これら第一UV-LED、第二UV-LED、第三UV-LEDの最適な組み合わせをシミュレーションで求めることもできる。このような例を実施例2に係るウイルスの紫外線殺菌装置として、以下説明する。 In addition, in Example 1, an example was described in which the correlation degree R of the composite emission spectrum S(λ) of ultraviolet light emitted by a preselected first UV-LED, second UV-LED, and third UV-LED was calculated. Conversely, it is also possible to obtain an optimal combination of the first UV-LED, second UV-LED, and third UV-LED from the correlation degree R by simulation. Such an example is described below as an ultraviolet sterilization device for viruses according to Example 2.
実施例2では、3つのLEDを使用して、ウイルス不活化に最適なLEDの組み合わせを検討する。ここでは、図41のフローチャートに示す手順により、コンピュータシミュレーションを実行する。 In Example 2, three LEDs are used to study the optimal combination of LEDs for virus inactivation. Here, a computer simulation is performed according to the procedure shown in the flowchart in Figure 41.
まずステップS1として、組み合わせの候補となるUV-LEDの発光スペクトルを取得する。ここでは、組み合わせの候補となる候補UV-LEDを準備して、各UV-LEDの発光スペクトルを計測する。ここでは、候補UV-LEDとして、主発光ピーク波長が、256nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、365nmの8つを準備する。またLED発光スペクトルは、必要に応じて補間する。例えばスプライン補間により、245nmから400nmの範囲で、0.1nmの間隔で補間する。 First, in step S1, the emission spectrum of the UV-LEDs that are candidates for combination is obtained. Here, candidate UV-LEDs that are candidates for combination are prepared, and the emission spectrum of each UV-LED is measured. Here, eight candidate UV-LEDs with main emission peak wavelengths of 256 nm, 260 nm, 270 nm, 280 nm, 290 nm, 300 nm, 310 nm, and 365 nm are prepared. The LED emission spectrum is also interpolated as necessary. For example, spline interpolation is used to interpolate in the range from 245 nm to 400 nm at intervals of 0.1 nm.
次にステップS2で、ウイルスRNA吸収スペクトルA(λ)を得る。ここで対象となるウイルスとして、H1N1のRNAを測定する。ここでもLED発光スペクトルと同様、必要に応じて補間する。例えばスプライン補間により、245nmから400nmの範囲で、0.1nmの間隔で補間する。ここでは、ウイルスRNA吸収スペクトルは0から1の範囲となるように正規化されている。 Next, in step S2, the viral RNA absorption spectrum A(λ) is obtained. Here, the RNA of H1N1 is measured as the target virus. Here, as with the LED emission spectrum, interpolation is performed as necessary. For example, spline interpolation is used to interpolate in the range from 245 nm to 400 nm at intervals of 0.1 nm. Here, the viral RNA absorption spectrum is normalized to be in the range from 0 to 1.
さらにステップS3で、LED発光スペクトルから3つのLED発光スペクトルを抽出し、合成発光スペクトルS(λ)を取得する。ここでは、ステップS1で得られた8つのLED発光スペクトルSi(λ),i=1,2,...,8から、3つのLED発光スペクトルを選ぶ。その組み合わせは、8C3=56通りであり、各組み合わせについて重ね合わせを行う。例えば、1つ目のLED発光スペクトルと、2つ目のLED発光スペクトルと、3つ目のLED発光スペクトルを重ね合わせて、合成発光スペクトルS(λ)=S1(λ)+S2(λ)+S3(λ)を生成する。また3つのLEDを組み合わせた混合型LEDの合成発光スペクトルS(λ)は、ウイルスRNA吸収スペクトルと同様に、0から1の範囲となるように正規化される。 Further, in step S3, three LED emission spectra are extracted from the LED emission spectrum to obtain a composite emission spectrum S(λ). Here, three LED emission spectra are selected from the eight LED emission spectra S i (λ), i=1, 2,...,8 obtained in step S1. The number of combinations is 8 C 3 =56, and each combination is superimposed. For example, the first LED emission spectrum, the second LED emission spectrum, and the third LED emission spectrum are superimposed to generate a composite emission spectrum S(λ)=S 1 (λ)+S 2 (λ)+S 3 (λ). The composite emission spectrum S(λ) of the mixed LED combining three LEDs is normalized to be in the range of 0 to 1, similar to the viral RNA absorption spectrum.
最後にステップS4で、上述した数1の相関度Roが最大となる組み合わせを算出する。ここでは、56通りのUV-LEDの組み合わせをすべて実行し、相関度Roが最大となる組み合わせを導き出す。 Finally, in step S4, a combination is calculated that maximizes the correlation R 0 in the above-mentioned equation 1. Here, all 56 combinations of UV-LEDs are examined to derive the combination that maximizes the correlation R 0 .
このようなシミュレーションを実行した結果、3つのUV-LEDとして、主発光ピーク波長が256nm、270nm、280nmのUV-LEDを用いて得られる混合型LED合成発光スペクトルを使用した場合、相関度Roが最大となることが確認された。この実施例2に係るウイルスの紫外線殺菌装置で、第一UV-LEDとして256nm、第二UV-LEDとして270nm、第三UV-LEDとして280nmの主発光ピーク波長を用いた場合の、合成発光スペクトルと、除菌対象ウイルスであるH1N1の吸収スペクトルを、図42のグラフに示す。この例では、相関度Roは119.3948という高い値を示した。
[実施例3]
As a result of carrying out such a simulation, it was confirmed that the correlation R o was maximized when a mixed LED composite emission spectrum obtained by using UV-LEDs with main emission peak wavelengths of 256 nm, 270 nm, and 280 nm was used as the three UV-LEDs. The graph in Figure 42 shows the composite emission spectrum and the absorption spectrum of the H1N1 virus to be sterilized when the main emission peak wavelengths of 256 nm for the first UV-LED, 270 nm for the second UV-LED, and 280 nm for the third UV-LED are used in the ultraviolet sterilization device for viruses according to Example 2. In this example, the correlation R o showed a high value of 119.3948.
[Example 3]
以上の例では、主発光ピーク波長の異なる3種類のUV-LEDを用いてウイルスの紫外線殺菌装置を構成した例を説明した。ただ本発明は、用いるLEDの数を3個に特定するものでなく、4個以上としてもよいし、逆に2個としてもよい。このように本発明においては、複数のUV-LEDを使用すれば足りる。 In the above example, an ultraviolet sterilization device for viruses was constructed using three types of UV-LEDs with different main emission peak wavelengths. However, the present invention does not limit the number of LEDs used to three, but may use four or more, or conversely, may use two. In this way, the present invention requires only the use of multiple UV-LEDs.
ここで、実施例3に係るウイルスの紫外線殺菌装置として、図1に示すようにUV-LEDを2個用いる例を説明する。実施例3でも、実施例2と同じくシミュレーションによって、8つのUV-LEDの中から、2つのLEDを抽出して、ウイルス不活化に最適なLEDの組み合わせを検討した。シミュレーションの結果、256nmと270nmの2つのUV-LEDから得られる混合型LED合成発光スペクトルを使用した場合、相関度Roが最大となることが確認された。この合成発光スペクトルと、ウイルスRNAの吸収スペクトルを、図43のグラフに示す。この例では、相関度Roは107.6404であった。 Here, an example of an ultraviolet sterilization device for viruses according to Example 3, using two UV-LEDs as shown in FIG. 1, will be described. In Example 3, as in Example 2, two LEDs were extracted from eight UV-LEDs by simulation to study the optimal combination of LEDs for virus inactivation. As a result of the simulation, it was confirmed that the correlation ratio R o was maximized when using a mixed LED composite emission spectrum obtained from two UV-LEDs of 256 nm and 270 nm. This composite emission spectrum and the absorption spectrum of the viral RNA are shown in the graph of FIG. 43. In this example, the correlation ratio R o was 107.6404.
以上の結果から、数1の相関度Roは、2つのUV-LEDを組み合わせた場合よりも、3つのUV-LEDを組み合わせた場合の方が大きくなることが示唆された。
[実施例4]
The above results suggest that the correlation R o of Equation 1 is greater when three UV-LEDs are combined than when two UV-LEDs are combined.
[Example 4]
以上の実施例2、3では、シミュレーションにより、相関度Rから第一UV-LEDと第二UV-LED、選択的に第三UV-LEDを加えた最適な組み合わせを求める例を説明した。ただ本発明は相関度Rから選択する対象を候補UV-LEDに限らず、その主発光ピーク波長の組み合わせをシミュレーションで演算することもできる。このような例を実施例4に係るウイルスの紫外線殺菌装置及び方法として、以下図44のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、LEDの発光スペクトルが製品や個体差により異なることが考えられるため、スペクトル半値幅を推定して、相関度Roが最大となるUV-LEDの組み合わせを探索する。 In the above embodiments 2 and 3, examples were described in which an optimal combination of a first UV-LED, a second UV-LED, and optionally a third UV-LED was determined by simulation based on the correlation degree R. However, in the present invention, the targets selected based on the correlation degree R are not limited to candidate UV-LEDs, and combinations of their main emission peak wavelengths can also be calculated by simulation. Such an example will be described below as an ultraviolet sterilization device and method for viruses according to embodiment 4, based on the flowchart in FIG. 44. Here, since it is considered that the emission spectrum of the LEDs differs depending on the product and individual differences, the spectral half-width is estimated and a combination of UV-LEDs with the maximum correlation degree R o is searched for.
まず、2つのUV-LEDを使用して、相関度Roが最大となる最適なUV-LEDの組み合わせを検討する。ここでは、以下の手順により、モンテカルロ・シミュレーションを実行する。 First, two UV-LEDs are used to study the optimum combination of UV-LEDs that maximizes the correlation R o . Here, a Monte Carlo simulation is performed according to the following procedure.
ステップS1’において、UV-LEDの発光スペクトルを取得する。具体的にはUV-LED発光スペクトルは、正規分布f(m,σ)を基に推定する。ここでmはLED発光スペクトルの中心波長、σはスペクトルの半値幅とする。σは、計測したLED発光スペクトルから推定することができる。このようにして実測したLED発光スペクトル(中心波長:310nm)と、推定されたLED発光スペクトル(正規分布f(650,50))を、図45に示す。実施例4では、図45のようにフィッティング処理を行い、σ=50と推定された。また上述した実施例2、3と同様、スプライン補間により245nmから400nmの範囲で、0.1nmの間隔で補間した。さらに振幅は、0から1の範囲になるよう正規化した。 In step S1', the emission spectrum of the UV-LED is acquired. Specifically, the UV-LED emission spectrum is estimated based on a normal distribution f(m, σ). Here, m is the central wavelength of the LED emission spectrum, and σ is the half-width of the spectrum. σ can be estimated from the measured LED emission spectrum. The measured LED emission spectrum (central wavelength: 310 nm) and the estimated LED emission spectrum (normal distribution f(650, 50)) are shown in FIG. 45. In Example 4, fitting processing was performed as shown in FIG. 45, and σ was estimated to be 50. Also, as in Examples 2 and 3 described above, spline interpolation was used to interpolate in the range from 245 nm to 400 nm at intervals of 0.1 nm. Furthermore, the amplitude was normalized to be in the range from 0 to 1.
次にステップS2’において、合成発光スペクトルを取得する。ここでは、正規分布f(m,50)を基に、LED発光スペクトルを2つ推定する。mは245nmから310nmの範囲でランダムに選定することができる。同様に合成発光スペクトルS(λ)の振幅は、α、βを使用して、0から1の範囲でランダムに選択することができる。例えば、S(λ)=αS1(λ)+βS2(λ)として表現される Next, in step S2', a composite emission spectrum is obtained. Here, two LED emission spectra are estimated based on a normal distribution f(m, 50). m can be selected randomly in the range of 245 nm to 310 nm. Similarly, the amplitude of the composite emission spectrum S(λ) can be selected randomly in the range of 0 to 1 using α and β. For example, it can be expressed as S(λ) = αS 1 (λ) + βS 2 (λ).
このようにmとスペクトルの振幅α、βを選定した後、2つのLED発光スペクトルを重ね合わせる。この合成発光スペクトルS(λ)=αS1(λ)+βS2(λ)も、ウイルスRNA吸収スペクトルと同様に、0から1の範囲となるように正規化される。 After selecting m and the spectral amplitudes α and β in this way, the two LED emission spectra are superimposed. This composite emission spectrum S(λ) = αS 1 (λ) + βS 2 (λ) is also normalized to be in the range of 0 to 1, similar to the viral RNA absorption spectrum.
最後にステップS3’において、相関度Roが最大となる組み合わせを演算する。ここでは、試行回数をN回、mとスペクトル振幅α、βをランダムに選定して、相関度Roが最大となる組み合わせを導き出す。この結果、N=1000回、モンテカルロ・シミュレーションを実行した結果、2つの推定されたLED発光スペクトルを使用した場合、250.3nmと262.7nmから得られる合成発光スペクトルを用いた場合、相関度Roが最大となることが確認された。このような合成発光スペクトルを図46に示す。ここでは、相関度Roは152.6380を示した。また、このときの第一UV-LED、第二UV-LEDの発光スペクトルの最大振幅は、ウイルスの吸収スペクトルのピークが1となるように正規化された状態で、それぞれ0.9812、0.9353であった。
[実施例5]
Finally, in step S3', the combination with the maximum correlation R o is calculated. Here, the number of trials is set to N, and m and the spectral amplitudes α and β are randomly selected to derive the combination with the maximum correlation R o . As a result, a Monte Carlo simulation was performed N=1000 times, and it was confirmed that the correlation R o is maximum when two estimated LED emission spectra are used, and when a synthetic emission spectrum obtained from 250.3 nm and 262.7 nm is used. Such a synthetic emission spectrum is shown in FIG. 46. Here, the correlation R o was 152.6380. In addition, the maximum amplitudes of the emission spectra of the first UV-LED and the second UV-LED at this time were 0.9812 and 0.9353, respectively, in a state normalized so that the peak of the virus absorption spectrum was 1.
[Example 5]
以上の実施例4では、2つのUV-LEDを用いた場合の合成発光スペクトルから、相関度Roが最大となる主発光ピーク波長の組み合わせをシミュレーションで演算する例を説明した。同様にして、3つのUV-LEDを用いた場合の合成発光スペクトルから、相関度Roが最大となる主発光ピーク波長の組み合わせをシミュレーションで演算する例を、実施例5に係るウイルスの紫外線殺菌装置として、以下説明する。 In the above embodiment 4, an example was described in which a combination of main emission peak wavelengths with a maximum correlation R o was calculated by simulation from a composite emission spectrum when two UV-LEDs are used. Similarly, an example in which a combination of main emission peak wavelengths with a maximum correlation R o was calculated by simulation from a composite emission spectrum when three UV-LEDs are used will be described below as an ultraviolet sterilization device for viruses according to embodiment 5.
ここでは、3つの推定されたLED発光スペクトルを使用して、図41と同様の手順でN=1000回、モンテカルロ・シミュレーションを実行した。この結果、第一主発光ピーク波長が247.4nm、第二主発光ピーク波長が257.6nm、第三種発光ピーク波長が268.1nmの第一UV-LED、第二UV-LED、第三UV-LEDから得られる合成発光スペクトルを使用した場合、相関度Roが最大となる。この合成発光スペクトルとウイルスRNAの吸収スペクトルを、図47のグラフに示す。このときの相関度Roは、181.9675となった。また、そのときの第一UV-LED、第二UV-LED、第三UV-LEDの発光スペクトルの最大振幅は、ウイルスの吸収スペクトルのピークが1となるように正規化された状態で、それぞれ0.9814、0.7312、0.9293であった。
[実施例6]
Here, the Monte Carlo simulation was performed N=1000 times using the three estimated LED emission spectra in the same procedure as in FIG. 41. As a result, when a composite emission spectrum obtained from the first UV-LED, the second UV-LED, and the third UV-LED, each having a first main emission peak wavelength of 247.4 nm, a second main emission peak wavelength of 257.6 nm, and a third emission peak wavelength of 268.1 nm, was used, the correlation degree R o was maximized. This composite emission spectrum and the absorption spectrum of the virus RNA are shown in the graph of FIG. 47. The correlation degree R o at this time was 181.9675. In addition, the maximum amplitudes of the emission spectra of the first UV-LED, the second UV-LED, and the third UV-LED at this time were 0.9814, 0.7312, and 0.9293, respectively, in a state normalized so that the peak of the virus absorption spectrum was 1.
[Example 6]
以上の実施例2~5では、ウイルスの吸収スペクトルと合成発光スペクトルの相関度を、数1を用いて演算した。ただ本発明は、相関度の演算を数1に限定するものでなく、他の式、例えば数2~数4を用いてもよい。ここでUV-LEDを3つ用いる実施例2の例において、数1に変えて数2を用いて相関度Rを演算した場合を、実施例6として説明する。ここでは、図41のフローチャートに示す手順により、コンピュータシミュレーションを実行した。組み合わせの候補となる候補UV-LEDとして、主発光ピーク波長が256nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、365nmの8つを準備して演算したところ、図49のグラフに示すように、3つのUV-LED、すなわち主発光ピーク波長256nm、260nm、270nmから得られる合成発光スペクトルを使用した場合、数2のRが最大(R=0.8266)となることが確認された。このときの各UV-LEDの駆動電流の比率は、主発光ピーク波長256nmの第一UV-LEDと、260nmの第二UV-LEDと、270nmの第三UV-LEDで、0.1:1:0.68であった。
[実施例7]
In the above Examples 2 to 5, the correlation between the absorption spectrum of the virus and the composite emission spectrum was calculated using Equation 1. However, the present invention does not limit the calculation of the correlation to Equation 1, and other equations, for example, Equation 2 to Equation 4, may be used. Here, in the example of Example 2 using three UV-LEDs, a case where the correlation R is calculated using Equation 2 instead of Equation 1 will be described as Example 6. Here, a computer simulation was performed according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 41. As candidate UV-LEDs for combination, eight LEDs with main emission peak wavelengths of 256 nm, 260 nm, 270 nm, 280 nm, 290 nm, 300 nm, 310 nm, and 365 nm were prepared and calculations were performed. As shown in the graph of FIG. 49, it was confirmed that when a composite emission spectrum obtained from three UV-LEDs, i.e., main emission peak wavelengths of 256 nm, 260 nm, and 270 nm, was used, R in Equation 2 was maximized (R = 0.8266). At this time, the ratio of the drive currents of the first UV-LED with a main emission peak wavelength of 256 nm, the second UV-LED with a main emission peak wavelength of 260 nm, and the third UV-LED with a main emission peak wavelength of 270 nm was 0.1:1:0.68.
[Example 7]
同様に、UV-LEDを2つ用いる実施例3の例において、数1に変えて数2を用いて相関度Rを演算した場合を、実施例7として説明する。ここでも、図41のフローチャートに示す手順でコンピュータシミュレーションを実行するに際し、組み合わせの候補となる候補UV-LEDとして、主発光ピーク波長が256nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm、310nm、365nmの8つを準備して演算したところ、図50のグラフに示すように、2つのUV-LED、すなわち主発光ピーク波長256nmと270nmから得られる合成発光スペクトルを使用した場合、数2のRが最大(R=0.8287)となることが確認された。このときの各UV-LEDの駆動電流の比率は、主発光ピーク波長256nmの第一UV-LEDと、270nmの第二UV-LEDで、0.9:1であった。 Similarly, in the example of Example 3 using two UV-LEDs, the case where the correlation degree R is calculated using Equation 2 instead of Equation 1 will be described as Example 7. Here again, when performing a computer simulation using the procedure shown in the flowchart of FIG. 41, eight candidate UV-LEDs with main emission peak wavelengths of 256 nm, 260 nm, 270 nm, 280 nm, 290 nm, 300 nm, 310 nm, and 365 nm were prepared as combination candidates, and calculations were performed. As shown in the graph of FIG. 50, it was confirmed that when using two UV-LEDs, that is, a composite emission spectrum obtained from main emission peak wavelengths of 256 nm and 270 nm, R in Equation 2 was maximized (R = 0.8287). In this case, the ratio of the drive current of each UV-LED was 0.9:1 for the first UV-LED with a main emission peak wavelength of 256 nm and the second UV-LED with a main emission peak wavelength of 270 nm.
このように、数2の相関度に基づけば、8つの候補UV-LEDからLEDの組み合わせを検討する場合においては、数2の相関度Rは、3つの候補UV-LEDを組み合わせた場合よりも、2つの候補UV-LEDを組み合わせた場合の方が、若干ではあるが、大きくなることが示唆された。
[実施例8]
Thus, based on the correlation degree of Equation 2, when considering a combination of LEDs from eight candidate UV-LEDs, it is suggested that the correlation degree R of Equation 2 will be slightly greater when two candidate UV-LEDs are combined than when three candidate UV-LEDs are combined.
[Example 8]
以上の実施例6、7では、実施例2、3と同様、シミュレーションにより、相関度Rから第一UV-LEDと第二UV-LED、選択的に第三UV-LEDを加えた最適な組み合わせを求める例を説明した。ただ本発明は上述の通り、相関度Roから選択する対象を候補UV-LEDに限らず、実施例4のように主発光ピーク波長の組み合わせをシミュレーションで演算することもできる。この場合においても、相関度として数1に限らず、他の相関度を用いてもよい。ここで、図44のフローチャートに基づきスペクトル半値幅を推定して、数2の相関度Rが最大となるUV-LEDの組み合わせを探索する例を、実施例8として説明する。この実施例8において、N=5000回、モンテカルロ・シミュレーションを実行した結果、2つの推定されたLED発光スペクトルを使用した場合、254.1nm、268.5nmから得られる混合型LED発光スペクトルを使用した場合に、Rが最大となることが確認された。この結果、図51に示すように相関度R=0.9184であった。また、このときのスペクトルの最大振幅は、それぞれ、0.8066、0.6711であった。
[実施例9]
In the above-mentioned Examples 6 and 7, as in Examples 2 and 3, an example was described in which an optimal combination of the first UV-LED and the second UV-LED, and optionally the third UV-LED, was found from the correlation degree R by simulation. However, as described above, in the present invention, the target to be selected from the correlation degree R o is not limited to the candidate UV-LEDs, and a combination of main emission peak wavelengths can be calculated by simulation as in Example 4. In this case, the correlation degree is not limited to Equation 1, and other correlation degrees may be used. Here, an example is described as Example 8 in which the spectrum half width is estimated based on the flowchart of FIG. 44, and a combination of UV-LEDs with the maximum correlation degree R of Equation 2 is searched for. In this Example 8, as a result of performing Monte Carlo simulation N=5000 times, it was confirmed that when two estimated LED emission spectra were used, and when a mixed type LED emission spectrum obtained from 254.1 nm and 268.5 nm was used, R was maximum. As a result, the correlation degree R was 0.9184 as shown in FIG. 51. Furthermore, the maximum amplitudes of the spectra at this time were 0.8066 and 0.6711, respectively.
[Example 9]
以上の実施例8では、2つのUV-LEDを用いた場合の合成発光スペクトルから、相関度Rが最大となる主発光ピーク波長の組み合わせをシミュレーションで演算する例を説明した。同様にして、3つのUV-LEDを用いた場合の合成発光スペクトルから、数2で規定した相関度Rが最大となる主発光ピーク波長の組み合わせをシミュレーションで演算する例を、実施例9として以下説明する。 In the above Example 8, an example was described in which a combination of main emission peak wavelengths with a maximum correlation R was calculated by simulation from a composite emission spectrum when two UV-LEDs are used. Similarly, an example is described below as Example 9 in which a combination of main emission peak wavelengths with a maximum correlation R defined by Equation 2 was calculated by simulation from a composite emission spectrum when three UV-LEDs are used.
ここでも、3つの推定されたLED発光スペクトルを使用して、図41と同様の手順でN=5000回、モンテカルロ・シミュレーションを実行した。その結果、249.7nm、261.4nm、274.2nmから得られる混合型LED発光スペクトルを使用した場合に、相関度Rが最大となることが確認された。このときの相関度Rは、図52に示すようにR=0.9694であった。またこのときのスペクトルの最大振幅は、それぞれ、0.8542、0.8687、0.8822であった。 Again, using the three estimated LED emission spectra, a Monte Carlo simulation was performed N=5000 times in the same manner as in FIG. 41. As a result, it was confirmed that the correlation degree R was maximum when using a mixed LED emission spectrum obtained from 249.7 nm, 261.4 nm, and 274.2 nm. The correlation degree R in this case was R=0.9694, as shown in FIG. 52. The maximum amplitudes of the spectra in this case were 0.8542, 0.8687, and 0.8822, respectively.
以上のように、主発光ピーク波長の異なる複数のUV-LEDを組み合わせることで、殺菌対象のウイルスRNAの吸収スペクトルとの相関度をより高めて、不活性効果を向上させたウイルスの紫外線殺菌装置を得ることが可能となる。 As described above, by combining multiple UV-LEDs with different main emission peak wavelengths, it is possible to obtain an ultraviolet sterilization device for viruses with improved inactivation effect by increasing the correlation with the absorption spectrum of the viral RNA to be sterilized.
本開示に係るウイルスの紫外線殺菌装置及び紫外線殺菌方法は、工場の入口や天井に設置する殺菌灯、トイレなどに設置する殺菌灯、車内や電車内に設置する殺菌灯、ドアやカウンターなど不特定多数の人が使用する場所への殺菌灯等として好適に利用できる。 The ultraviolet sterilization device and ultraviolet sterilization method for viruses disclosed herein can be suitably used as germicidal lamps installed at factory entrances or on ceilings, in toilets, in cars or trains, and in places used by an unspecified number of people, such as doors and counters.
100、200…紫外線殺菌装置
1…第一UV-LED
2…第二UV-LED
3…第三UV-LED
5…電流制御部
6…直流電源
WK…殺菌対象物
MS…合成発光スペクトルの光
100, 200...Ultraviolet sterilization device 1...First UV-LED
2...Second UV-LED
3...Third UV-LED
5... Current control unit 6... DC power supply WK... Sterilization object MS... Light of composite emission spectrum
Claims (14)
第一主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第一UV-LEDと、
前記第一UV-LEDと異なる第二主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第二UV-LEDと、
前記第一UV-LED及び第二UV-LEDを同時に発光させた合成発光スペクトルを、前記特定のウイルスの吸収スペクトルと近似させるように、前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ駆動電流を供給して発光させるための電流制御部と、
を備えるウイルスの紫外線殺菌装置。 A virus ultraviolet sterilization device that inactivates specific viruses with ultraviolet light,
A first UV-LED emitting ultraviolet light having a first main emission peak wavelength;
A second UV-LED that emits ultraviolet light having a second main emission peak wavelength different from that of the first UV-LED;
a current control unit for supplying a drive current to each of the first UV-LED and the second UV-LED so that a composite emission spectrum obtained by simultaneously emitting light from the first UV-LED and the second UV-LED approximates an absorption spectrum of the specific virus; and
An ultraviolet sterilization device for viruses.
前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する、次式で定義される相関度Roを、0.7000以上とするウイルスの紫外線殺菌装置。
(上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。) The ultraviolet sterilization device for viruses according to claim 1,
The ultraviolet sterilization device for viruses has a correlation R o, defined by the following formula, of 0.7000 or more for a synthetic emission spectrum S(λ) produced by simultaneously emitting light from the first UV-LED and the second UV-LED when a driving current is supplied to each of the first UV-LED and the second UV- LED by the current control unit, with an absorption spectrum A(λ) of the specific virus.
(In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.)
前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する、次式で定義される相関度Rを、0.7000以上とするウイルスの紫外線殺菌装置。
(上式において、covは吸収スペクトルA(λ)と合成発光スペクトルS(λ)の共分散を、σAは吸収スペクトルA(λ)の標準偏差を、σSは合成発光スペクトルS(λ)の標準偏差を、それぞれ示している。) The ultraviolet sterilization device for viruses according to claim 1,
The ultraviolet sterilization device for viruses has a correlation R, defined by the following formula, of 0.7000 or more for a synthetic emission spectrum S(λ) produced by simultaneously emitting light from the first UV-LED and the second UV-LED when a driving current is supplied to each of the first UV-LED and the second UV-LED by the current control unit, and an absorption spectrum A(λ) of the specific virus.
(In the above formula, cov represents the covariance of the absorption spectrum A(λ) and the composite emission spectrum S(λ), σ A represents the standard deviation of the absorption spectrum A(λ), and σ S represents the standard deviation of the composite emission spectrum S(λ).)
前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する、次式で定義される相関度RAEを、0.7000以上とするウイルスの紫外線殺菌装置。
(上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。) The ultraviolet sterilization device for viruses according to claim 1,
The ultraviolet sterilization device for viruses has a correlation R AE, defined by the following formula, of 0.7000 or more for a synthetic emission spectrum S(λ) produced by simultaneously emitting light from the first UV-LED and the second UV-LED when a driving current is supplied to each of the first UV- LED and the second UV-LED by the current control unit, with an absorption spectrum A(λ) of the specific virus.
(In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.)
前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ、前記電流制御部で駆動電流を供給して同時に発光させた合成発光スペクトルS(λ)の、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対する相関度として、次式で定義されるコサイン類似度cosθを、0.7000以上とするウイルスの紫外線殺菌装置。
(上式において、Nは測定波長の数、λ1、...λNは測定波長であり、A(λi)とS(λi)の値は0から1に規格化されている。) The ultraviolet sterilization device for viruses according to claim 1,
The ultraviolet sterilization device for viruses has a cosine similarity cos θ, defined by the following formula as the correlation between a synthetic emission spectrum S(λ) produced by simultaneously emitting light by supplying a driving current to each of the first UV-LED and the second UV-LED via the current control unit and an absorption spectrum A(λ) of the specific virus, of 0.7000 or more.
(In the above equation, N is the number of measured wavelengths, λ 1 , . . . λ N are the measured wavelengths, and the values of A(λ i ) and S(λ i ) are normalized from 0 to 1.)
前記第一主発光ピーク波長が、280nm以下であり、
前記第二主発光ピーク波長が、280nm以下であるウイルスの紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 1 to 5,
The first main emission peak wavelength is 280 nm or less,
An ultraviolet sterilization device for viruses, wherein the second main emission peak wavelength is 280 nm or less.
前記第一主発光ピーク波長が、245nm~257nmに含まれており、
前記第二主発光ピーク波長が、257nm~270nmに含まれてなるウイルスの紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 1 to 6,
The first main emission peak wavelength is included in the range of 245 nm to 257 nm;
The ultraviolet sterilization device for viruses, wherein the second main emission peak wavelength is included in the range of 257 nm to 270 nm.
前記第一主発光ピーク波長及び第二主発光ピーク波長と異なる第三主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第三UV-LEDを備え、
前記電流制御部は、前記第一UV-LED、第二UV-LED、及び第三UV-LEDにそれぞれ、駆動電流を供給して発光させて、前記特定のウイルスの吸収スペクトルA(λ)に対し、前記第一UV-LED、第二UV-LED、及び第三UV-LEDの紫外線を組み合わせた合成発光スペクトルS(λ)の前記相関度を、0.7000以上としてなるウイルスの紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 2 to 5 , further comprising:
a third UV-LED that emits ultraviolet light having a third main emission peak wavelength different from the first main emission peak wavelength and the second main emission peak wavelength;
The current control unit supplies a drive current to each of the first UV-LED, the second UV-LED, and the third UV-LED to emit light, and the correlation degree of a synthetic emission spectrum S(λ) obtained by combining the ultraviolet rays of the first UV-LED, the second UV-LED, and the third UV-LED with an absorption spectrum A(λ) of the specific virus is 0.7000 or more.
前記第三主発光ピーク波長が、270nm~380nmに含まれてなるウイルスの紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device for viruses according to claim 8,
The third main emission peak wavelength is included in 270 nm to 380 nm.
前記電流制御部が、前記第一UV-LEDと第二UV-LEDに供給する駆動電流の値を可変としてなる紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 1 to 9,
The ultraviolet sterilization device, wherein the current control unit varies the value of the driving current supplied to the first UV-LED and the second UV-LED.
前記電流制御部が、前記第一UV-LEDと第二UV-LEDに供給する駆動電流の比を、1:0から0:1としてなる紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 1 to 10,
The ultraviolet sterilization device, wherein the current control unit sets the ratio of the driving current supplied to the first UV-LED and the second UV-LED to be from 1:0 to 0:1.
前記電流制御部が、複数の異なるウイルスの吸収スペクトルに応じた、合成発光スペクトルとの前記相関度が0.7000以上となる駆動電流の値を、それぞれ予め設定しておき、これら複数の駆動電流の値を切り替え可能としてなる紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 2 to 5 ,
The current control unit pre -sets drive current values at which the correlation with the synthetic emission spectrum is 0.7000 or more, corresponding to the absorption spectra of a plurality of different viruses, and is capable of switching between these plurality of drive current values.
前記相関度が0.8000以上であるウイルスの紫外線殺菌装置。 The ultraviolet sterilization device according to any one of claims 2 to 5 ,
An ultraviolet sterilization device for viruses, wherein the correlation degree is 0.8000 or more.
第一主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第一UV-LEDと、前記第一UV-LEDと異なる第二主発光ピーク波長を有する紫外線を放射する第二UV-LEDとを準備する工程と、
前記第一UV-LED及び第二UV-LEDを同時に発光させて、その合成発光スペクトルを、前記特定のウイルスの吸収スペクトルと近似させるように、電流制御部で前記第一UV-LED及び第二UV-LEDにそれぞれ駆動電流を供給して発光させる工程と、
を含むウイルスの紫外線殺菌方法。 A method for sterilizing a virus by ultraviolet light, which inactivates a specific virus with ultraviolet light,
Preparing a first UV-LED that emits ultraviolet light having a first main emission peak wavelength and a second UV-LED that emits ultraviolet light having a second main emission peak wavelength different from that of the first UV-LED;
a step of simultaneously emitting light from the first UV-LED and the second UV-LED, and supplying a drive current to each of the first UV-LED and the second UV-LED by a current control unit so that the combined emission spectrum is approximated to the absorption spectrum of the specific virus;
A method for sterilizing a virus with ultraviolet light, comprising:
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