JP5486441B2 - ウイルス捕集システム - Google Patents
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Description
前記フィルター再生手段が、
前記フィルターにフィルターを洗浄するための洗浄液を注入する洗浄液注入手段と、
前記フィルターから前記洗浄液を回収する洗浄液回収手段と、
前記ウイルス捕集部に気体を送り込む送風手段とから構成され、
前記制御手段が、
前記フィルター再生工程において、前記洗浄液注入手段を働かせて、フィルターに洗浄液を注入する洗浄液注入工程と、
前記洗浄液注入工程を実行した後、前記洗浄液回収手段を働かせて、フィルターから洗浄液を回収する洗浄液回収工程と、
前記洗浄液回収工程を実行した後、前記送風手段を働かせて、前記ウイルス捕集部に気体を送り込み、フィルターを乾燥させる送風工程を順に実行する点にある。
1.1 システムの動作概要
本実施例に係るウイルス捕集システムSは、ウイルスを捕集可能かつ再生可能なフィルターを使用して、空気中に浮遊するウイルスを捕集することを目的とし、下記の工程を連続的に繰り返すシステムである。下記の工程1〜3を1サイクルとして、そのサイクル繰り返し回数は、システムの詳細構成で後述するように、変更可能に構成されている。また、下記記載において、各工程における流量、作動時間は一例であり、サイクル繰り返し回数同様に、変更可能に構成されている。
フィルター11を介して、所定流量で所定時間、雰囲気空気aを吸引する。空気中に浮遊するウイルスは、人のくしゃみ、咳、会話などにより発生した飛沫粒子や埃など数μm程度の微小粒子に付着した状態で存在している。雰囲気空気aの吸引により、ウイルスが付着した微小粒子がフィルター11に捕集される。
フィルター11を、ウイルスを抽出する為の抽出液f1に1〜10分間浸し、その後抽出液f1を抽出液回収部15に送る。このとき、フィルター11に捕集されたウイルスだけが抽出液f1により抽出され、抽出液回収部15に集められる。飛沫粒子などの多くはフィルター11に残存する。ここで、ウイルス抽出液は、例えば、Triton X−100、Nonidet P−40等の界面活性剤を含む、リン酸緩衝液とすると好適である。
フィルター11を洗浄液f2に所定時間浸し、その後洗浄液f2を第1廃液タンク16に回収する。その後、空気を送り込むことによってフィルター11を乾燥させる。これにより、サンプリング工程においてフィルター11に捕集されたウイルス以外の飛沫粒子などは除去され、フィルター11は再利用可能となる。
図1は、本実施例に係るウイルス捕集システムSの概略構成図である。本システムは、大きく分けて3つのユニットU1、U2、U3から構成されている。
2.1 流路構成
図2に流路の全体図を示す。図面上部中央に位置するフィルター11、及び液面検出スイッチS1を備えたウイルス捕集部12は、バルブ等を介してポンプP1、ポンプP5、抽出液タンク14、ビーカー15、第1廃液タンク16、洗浄液タンク17、第2廃液タンク18と接続されている。
サンプリングメイン流路L1は、図3において太実線矢印で示す機能流路であり、ウイルス捕集部12とポンプP1との間を接続する流路である。この機能流路には、バルブV1〜V3が備えられている。このサンプリングメイン流路L1は、ポンプP1の働きによりフィルター11に雰囲気空気aを導入する役割を果たす。
抽出第1流路L3は、図4において太実線矢印で示す機能流路であり、フィルターF3とウイルス捕集部12との間を接続する機能流路である。この機能流路には、ポンプP3、バルブV1、V5、V6、V8、V10、圧力制御バルブR2、抽出液タンク14が備えられている。この抽出第1流路L3は、一定圧力で抽出液f1をウイルス捕集部12に導入する役割を果たす。
洗浄液第1流路L5は、図6において太実線矢印で示す機能流路であり、洗浄液タンク17とウイルス捕集部12との間を接続する機能流路である。この機能流路には、ポンプP4、バルブV1、V7、V8、V11が備えられている。この洗浄液第1流路L5は、ウイルス捕集部12に洗浄液f2を導入する役割を果たす。
ウイルス捕集部12から下方向に伸びるラインは、バルブV1を介して、三又に分かれており、それぞれのラインは、バルブV2、V4、V8に繋がっている。以下では、これら3つのバルブからそれぞれ伸びるラインについて説明する。
バルブV2から伸びるラインは、二又に分かれており、それぞれのラインはバルブV3、V9に繋がっている。
バルブV4から伸びるラインは、ポンプP2を介して、可動式ノズル19に繋がっている。ポンプP2はバルブV4の側から吸引するよう構成されている。可動式ノズル19は、ノズルの先が、第1廃液タンク16の上部に設けれられた廃液タンク開放口20又はビーカー15に向くよう、可動可能に構成されている。
バルブV8から伸びるラインは、二又に分かれており、それぞれのラインはバルブV6、V7に繋がっている。
抽出液タンク14は、タンク内に液面検出スイッチS2を備えている。また、タンク上部には、抽出液f1を注入する為の抽出液注入口21、抽出液f1注入時にタンク内の空気を抜くための開閉バルブB1を備えている。さらに、タンク上部には抽出液タンク14内を加圧する為のラインが接続されている。
洗浄液タンク17は、タンク内に液面検出スイッチS3を備えている。また、タンク上部には、洗浄液f2を注入する為の洗浄液注入口23、タンク内の空気を外部に放出する為の洗浄タンク内空気放出口24備えている。
第1廃液タンク16は、タンク上部に廃液タンク開放口20が設けられている。また、タンク内には液面検出スイッチS4を備え、タンク下部には廃液を抜くための開閉バルブB3が設けられている。
第2廃液タンク18は、バルブV10、V11と接続されている。また、タンク内に液面検出スイッチS5を備え、タンク下部には廃液を抜くための開閉バルブB2が設けられている。さらに、タンク上部にはタンク内の空気を外部に放出する為の廃液タンク内空気放出口22を備えている。
図1に示す制御パネル13は、ポンプP1〜P5、バルブV1〜11及び可動式ノズル19を制御可能に構成されると共に、液面検出スイッチS1〜5の出力を入力可能に構成されている。また、各機器の駆動時間などを、設定・記憶できるよう構成されている。以下では、具体的な制御内容について説明する。
図1の制御パネル13に備えられた実行キー(図示せず)を押すことで、サンプリング工程が開始される。以下では、制御パネル13による本実施例に係るウイルス捕集システムSの動作を説明する。
サンプリング工程においては、図3に示すサンプリングメイン流路L1、サンプリング補助流路L2を用いる。まず、サンプリングメイン流路L1に設けられたバルブV1〜3を開くと共に、ポンプP1を稼動させることで、フィルター11に雰囲気空気aを、例えば、流量約33.3リッター/分で30分間吸引する。流量の調整は、サンプリングメイン流路L1に設けられたニードルバルブNと、サンプリング補助流路L2に設けられた圧力制御バルブR1と、の設定で変更できる。
抽出工程においては、図4に示す抽出第1流路L3と、図5に示す抽出第2流路L4と、を用いる。まず、抽出第1流路L3に設けられたポンプP3により、抽出液タンク14内の抽出液f1が加圧される。このときの圧力は、圧力制御バルブR2で調圧される。抽出液f1はバルブV10、V6、V8、V1を通りフィルター11に注入される。注入量の調整は、上記バルブの開放時間を調整することで可能となっている。
(第1段階.洗浄液による機能流路の洗浄)
洗浄工程の第1段階においては、図6に示す洗浄液第1流路L5、図7に示す洗浄液第2流路L6、図8に示す洗浄液第3流路L7を用いる。まず、洗浄液第1流路L5に設けられたバルブV7、V8、V1を開くとともに、所定時間ポンプP4を稼動させる。これにより、フィルター11に洗浄液f2が注入される。
続いて、洗浄工程の第2段階においては、図9に示す乾燥用空気第1供給流路L8と、図10に示す乾燥用空気第2供給流路L9と、を用いる。まず乾燥用空気第1供給流路L8に設けられたバルブV9、V2、V1を開くと共に、所定時間ポンプP5を稼動させる。これにより、乾燥用空気吸引口25から雰囲気空気aが取り込まれ、フィルター11を乾燥させることができる。
フィルター11には、セラミックの一種であるコーディエライト製のフィルターを厚さ20mm程度にスライスしたものを用いている。
(インフルエンザウイルス捕集能力)
インフルエンザウイルスに相当するモデルウイルスとして、ファージφX174を散布し、エアフィルタを取り付けた市販のサンプリングユニットと本実施例に係るウイルス捕集システムSとにおけるファージφX174の回収量を確認してインフルエンザウイルス捕集能力を比較した。
○モデルウイルス
a.宿主大腸菌:
NBRC 13898:独立行政法人製品評価技術基盤機構(NBRC)より入手
NBRC 103405:NBRCより入手
ポリペプトン :10g
イーストエクストラクト:2g
MgSO4・7H2O :1g
上記材料に適当量の水を加えて溶解したのち、pH7.0に調製し、水を加えて1Lにする。これを、オートクレーブ滅菌する。
ポリペプトン 10g
イーストエクストラクト 2g
MgSO4・7H2O 1g
上記材料に適当量の水を加えて溶解したのち、pH7.0に調製し、水を加えて1Lにする。これにAgar15gを添加し、オートクレーブ滅菌を行ったのち、無菌的に浅型シャーレに10mlずつ分注、液がシャーレ内に均一に行き渡るようにし、固化させる。
エアフィルタとしては、以下のものを用いた。
ゼラチンフィルター
ザルトリウス社製、直径:9cm、ポアサイズ:3μm
MD8エアポート ザルトリウス社製
○宿主大腸菌とバクテリオファージ液の調製
宿主大腸菌およびバクテリオファージφX174は共に、NBRC(http://www.nbrc.nite.go.jp/)より入手した。NBRC添付のマニュアルに従い、宿主大腸菌のアンプルを開封し、200μlの復水液702を添加した。数分静置ののち、アンプル底部をタッピングして混和し、数μlを複数の寒天平板培地(medium 802)に塗布した。また、数十μlを、予め、培養試験管に分注した復水液702、4mlに加えて軽く混和した。30℃に設定したインキュベータ中に置き、平板寒天プレートは静置、培養試験管は180rpmで振とうし、終夜培養した。寒天平板培地、培養試験管ともに大腸菌の増殖が確認されたことから、液体培養にて復帰させて大腸菌液適当量をフレッシュな復水液702に植え込み、30℃下に振とうしつつ拡大した。十分な増殖を確認したのち、滅菌済みdimethylformamide(DMSO)を終濃度10%、あるいは、20%になるように大腸菌液に加えたのち、−80℃下に保存した。
前記モデルウイルスを使用し、容量24m3の実験空間内にモデルウイルスを散布し、ゼラチンフィルターおよび本実施例に係るウイルス捕集システムSによるモデルウイルス捕集実験を行った。
捕集終了後にゼラチンフィルターを取り外し、抽出液としての復水液702に溶解することによりフィルター上に捕集された捕集物を回収した。さらに捕集物に含まれるモデルウイルスを宿主大腸菌に感染させ、一定時間経過後、モデルウイルスによるプラークの形成(プラークアッセイ法)を観察した。
モデルウイルスを復水液702で10倍希釈(50μlのバクテリオファージφX174に復水液702を450μl加える)し、10-1〜10-14までの希釈系列を調整した。対数増殖期にあると思われる宿主大腸菌培養液を、培養試験管に250μlずつ分注し、ついで、モデルウイルス希釈系列を100μlずつ添加し、タッピングして十分混和した。37℃下に15分間振とう培養を行った。培養後の各試験管に、45℃下にインキュベートしておいた0.6%ソフトアガー溶液7mlを加え、泡立たせないよう素早くピペッティングにより攪拌した。予め、37℃下にインキュベートした寒天平板培地に播き込み、ソフトアガーが全面に行き渡るよう均し、室温で固化させた。37℃に設定したインキュベータ中に静置し3時間培養後(その後4℃保存)、形成されたプラーク数を計測した。
モデルウイルスの捕集量を、図12にまとめた。ゼラチンフィルターに比べれば劣るものの、本実施例に係るウイルス捕集システムSを用いた場合にも、効果的に捕集できることを確認できた。また、本実施例に係るウイルス捕集システムSにおいて、フィルターの再生処理を行い繰り返しサンプリングを行った場合にも、ほとんど捕集量が低下しないことを確認できた。以上の結果より、本実施例に係るウイルス捕集システムSが、フィルターの交換を行うことなく、長期的にウイルスを繰り返し捕集し得ることが実証できたと考えられる。
上記実施例においては、フィルター11には、上述のように平均気孔直径が3〜7μmのコーディエライト製フィルターを用いたが、異なる孔径のものを用いても構わないし、ポリカーボネイト、銀、又はその他の材質などからなる、ウイルスを捕集可能でかつ再生処理が可能なフィルターを用いても構わない。
a:空気(気体)
f1:抽出液
f2:洗浄液
P1:ポンプ(空気導入手段)
P2:ポンプ(抽出液回収手段、洗浄液回収手段)
P3:ポンプ(抽出液注入手段)
P4:ポンプ(フィルター再生手段、洗浄液注入手段)
P5:ポンプ(フィルター再生手段、送風手段)
11:フィルター
12:ウイルス捕集部
13:制御パネル(制御手段)
14:抽出液タンク(抽出液貯留部)
15:ビーカー(抽出液回収部)
16:第1廃液タンク(洗浄液回収部)
17:洗浄液タンク(洗浄液貯留部)
18:第2廃液タンク(洗浄液回収部)
Claims (7)
- ウイルスを捕集可能なフィルターを備えたウイルス捕集部と、
ウイルス捕集部に検査対象空気を導く空気導入手段と、
ウイルス捕集済みのフィルターにウイルス抽出液を注入する抽出液注入手段と、
ウイルス抽出済みの抽出液をウイルス捕集部から回収する抽出液回収手段と、
ウイルスが抽出されたフィルターを再生するフィルター再生手段と、
前記空気導入手段を働かせて、フィルターにウイルスを捕集するウイルス捕集工程と、
前記ウイルス捕集工程を実行した後、前記抽出液注入手段を働かせて、フィルターに捕集されたウイルスを抽出液に抽出するウイルス抽出工程と、
前記ウイルス抽出工程を実行した後、前記抽出液回収手段を働かせて、抽出されたウイルスが含まれる抽出液を回収する抽出液回収工程と、
前記抽出液回収工程を実行した後、前記フィルター再生手段を働かせて、フィルターを回復するフィルター再生工程を順に実行する制御手段とを備え、
前記フィルター再生手段が、
前記フィルターにフィルターを洗浄するための洗浄液を注入する洗浄液注入手段と、
前記フィルターから前記洗浄液を回収する洗浄液回収手段と、
前記ウイルス捕集部に気体を送り込む送風手段とから構成され、
前記制御手段が、
前記フィルター再生工程において、前記洗浄液注入手段を働かせて、フィルターに洗浄液を注入する洗浄液注入工程と、
前記洗浄液注入工程を実行した後、前記洗浄液回収手段を働かせて、フィルターから洗浄液を回収する洗浄液回収工程と、
前記洗浄液回収工程を実行した後、前記送風手段を働かせて、前記ウイルス捕集部に気体を送り込み、フィルターを乾燥させる送風工程を順に実行するウイルス捕集システム。 - 前記ウイルス捕集部より下方に、前記抽出液を貯留する抽出液貯留部を備え、
前記ウイルス抽出工程において、前記抽出液貯留部より前記ウイルス捕集部に前記抽出液を上昇導入する請求項1に記載のウイルス捕集システム。 - 前記ウイルス捕集部より下方に、前記抽出液を回収する抽出液回収部を備え、
前記抽出液回収工程において、前記ウイルス捕集部より前記抽出液回収部に前記抽出液を下降回収する請求項1又は2に記載のウイルス捕集システム。 - 前記ウイルス捕集部より下方に、前記洗浄液を貯留する洗浄液貯留部を備え、
前記洗浄液注入工程において、前記洗浄液貯留部より前記ウイルス捕集部に前記洗浄液を上昇導入する請求項1に記載のウイルス捕集システム。 - 前記ウイルス捕集部より下方に、前記洗浄液を回収する洗浄液回収部を備え、
前記洗浄液回収工程において、前記ウイルス捕集部より前記洗浄液回収部に前記洗浄液を下降回収する請求項1又は4に記載のウイルス捕集システム。 - 前記フィルターが、平均気孔直径が3〜7μmの多孔質コーディエライト製ハニカム構造体である請求項1〜5の何れか一項に記載のウイルス捕集システム。
- 前記フィルターに供給される検査対象空気を加湿する加湿手段を備える請求項1〜6の何れか一項に記載のウイルス捕集システム。
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