JP4771402B2 - 紫外線殺菌装置 - Google Patents
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Description
紫外線殺菌装置は、殺菌作用を奏する光源としてLEDを備える。LEDは、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する発光チップと、この発光チップの発光を集束する集光レンズとを備え、LEDが発光チップの発光を集光レンズで集束して放射する。
図5に示すように、紫外線殺菌装置は、平面状の基盤2に、2列のLED1を10cmの間隔に離して配置する。LED1は真下に向く姿勢で、基盤2の下面に固定される。LED1(日亜化学工業株式会社製)は、主発光ピーク波長を365nm、発光スペクトルの半値幅を10nm、光出力を100mW、指向特性を図4に示すものである。2個のLED1は直列に接続して電源3(菊水電子工業株式会社製PAS40−9)に接続される。電源3は、出力を安定化している直流安定化電源である。この電源3は、LED1の光出力を100mWとする定格電流の500mAで通電する定電流モードで使用する。図に示すように、LED1の下端から2cm離した真下の直接照射部分と、2個のLED1の中間の間接照射部分とに殺菌対象物4を配置する。直接照射部分における紫外線の放射強度は250mW/cm2である。間接照射部分における紫外線の放射強度は、図4に示すLEDの指向特性から紫外線がほとんど放射されない方向に配置されて、直接照射部分の1/100以下である。
(培養液の作成法)
殺菌対象物として使用する細菌の培養には、LB培地を用いる。液体培地と寒天培地(LBプレート)の作成方法を次に述べる。
・LB 培地の組成;
tryptone 1% 10g/l、
yeast extract 0.5% 5g/l、
NaCl 1% 10g/l
寒天培地の場合は、これに
agar を1.5% (W/V) になるように加える。
殺菌対象物の指標菌として、非病原性大腸菌DH5α株を使用する。実験で作製した殺菌装置の大腸菌に対する殺菌効果の検討を行うために、大腸菌はLB培地5mlを用いて、37℃の振盪培養器で16時間培養したものを使用する。
実験では、菌数の測定に、平板培養法を用いる。これは、寒天培地上に一定量の菌液を塗抹し培養して生成したコロニー数を数えるというものである。コロニーとは同一の細菌から成る集団のことで、1個の菌体は肉眼では見えないが、コロニーは肉眼で確認できる。菌数の調整には、まず分光光度計でおよその菌数を測定し、その後、段階希釈を行う。
ある波長の光がある物質の溶液層を通過する間に、その強さがI0(入射光の強さ)からI(透過光の強さ)に変化したとする。このとき、I0に対するIの比(I/I0)を透過度(t;transmittance)と言い、透過度を百分率で表したものを透過率(T;percent transmittance)と言う。光学密度(O.D.;optical density)は、透過度の逆数の常用対数である。
大腸菌の数を測定するためには波長600nmの光を用いて計測する。その結果をOD600と書く。
実験には、菌液を試料として、PBS[phosphate-buffeved saline(リン酸緩衝液)以下PBSという]を対照にOD600を計測する。菌液に希釈液(PBS)を混合し、OD600の値が1.0となるように調整する。OD600=1.0に調整した菌液を原液とし、これをPBSにより106倍まで段階希釈する。試料原液100μlをPBS900μlに混合し、10倍希釈液とし、さらに10倍希釈液100μlをPBS900μlに混合し100倍希釈液とする。同様に順次希釈し6段階まで調整した。
予備実験により、105倍、106倍に希釈した菌液が紫外線照射前の菌数の測定に適しているので、それぞれをを100μlずつLBプレートに滴下し、コンラージ棒でまんべんなく塗抹し、37℃、16時間培養する。その後、LB寒天培地上に出現したコロニー数の測定を行う。コロニー数を数えるには、シャーレの裏側から全てのコロニーを肉眼で数える。菌数は、各希釈倍数のプレートのコロニー数にその希釈倍数を乗じ、平均して求める。
前述した調整法にて調整した菌液を、滅菌済ウェルプレート(BectonDickinson Labware)に150μl入れ、直接照射部分と間接照射部分とに配置して、5分間紫外線を照射する。紫外線はポリスチレンのフタを透過して照射される。統計的な有意差を示すために、各条件とも日を変えて3回ずつ実験を行う。
紫外線照射後の菌数の測定は、紫外線照射後の菌液を取り出しPBSにより10倍、100倍に希釈する。そして、希釈なし(原液)、10倍希釈、100倍希釈した菌液をそれぞれ100μlずつLBプレートに滴下しコンラージ棒でまんべんなく塗抹する。これを37℃、16時間培養した後、LB寒天培地上に出現したコロニー数の測定を行い、各条件下における紫外線照射後の残存している菌数を算定する。
P=(N/N0)×100、Q=100―P
P:菌の生存率、Q:菌の致死率、
N0:紫外線照射前の菌数、N:紫外線照射後の菌の生存数
紫外線照射時間と大腸菌の殺菌率を図6と図7に示す。ただし、図6は図5において直接照射部分であるA点の殺菌率を示し、図7は図5において間接照射部分であるC点と、直接照射部分であるA点とB点の殺菌率を示している。図6から直接照射部分の殺菌率が時間と共に大きくなることがわかる。図7は直接照射部分と間接照射部分の殺菌率を比較値を示している。ただし、図6は、横軸を紫外線の照射時間、縦軸を殺菌率とし、5分、15分、30分、60分後の殺菌率を示している。図7は、横軸で直接照射部分と間接照射部分を示し、縦軸を殺菌率としている。この図は、紫外線照射時間を5分として、直接照射部分と間接照射部分の殺菌率の差を示している。これ等の図において、縦軸の殺菌率は、前述の式より求めた直接照射部分と間接照射部分における殺菌率を示している。
2…基盤
3…電源
4…殺菌対象物
Claims (11)
- 殺菌作用を奏する光源としてLEDを備える紫外線殺菌装置であって、LEDは、360ないし380nmの波長域に主発光ピークを有する発光チップと、この発光チップの発光を集束する集光レンズとを備え、LEDが発光チップの発光を集光レンズで集束して放射し、
かつ、LEDから1cm離れた中心線上の放射強度が300mW/cm 2 以上とするようにしてなる紫外線殺菌装置。 - LEDの集光レンズでもって集束して放射される発光出力の指向特性が、中心線上の放射強度の50%となる角度を、中心線から60度以内としている請求項1に記載される紫外線殺菌装置。
- LEDの集光レンズでもって集束して放射される発光出力の指向特性が、中心線上の放射強度の75%となる角度を、中心線から35度以内としている請求項1に記載される紫外線殺菌装置。
- LEDの集光レンズが、発光チップから放射される発光エネルギーの80%以上を、中心線から60度の範囲に集束して放射する請求項1に記載される紫外線殺菌装置。
- LEDから1cm離れた中心線上の放射強度が500mW/cm2以上である請求項1に記載される紫外線殺菌装置。
- LEDの主発光ピークが365ないし370nmの波長域にあることを特徴とする請求項1に記載される紫外線殺菌装置。
- LEDの主発光ピーク波長における発光スペクトルの半値幅が5nm以上であって15nm以下である請求項1ないし3のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。
- LEDが窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなることを特徴とする請求項1または6に記載される紫外線殺菌装置。
- LEDの発光のすべて又は一部が殺菌作用を奏する光源として、LEDの近傍における光触媒もしくは波長変換材料の有無に関わらず、殺菌対象物に直接照射されることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。
- LEDを、棒状、筒状、箱状、平面状、球状もしくは任意の形状の取り付け部材の表面及び/又は裏面に並べて取り付けることにより、LEDの発光が、取り付け部材の形状に応じて周囲に発散されるようにしたことを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。
- 水に対する密閉性と防水性を備え、かつ紫外線を透過する透明性のある容器またはカプセルにLEDを内蔵したことを特徴とする、請求項1ないし10のいずれかに記載される紫外線殺菌装置。
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