JP6303019B2 - 殺菌装置 - Google Patents
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Description
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を体細胞に照射する殺菌装置であって、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、を出射し、前記第二波長光を発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射し、前記体細胞に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の紫外線の光強度が3mW/cm 2 未満であり、前記体細胞の損傷を抑制することを特徴としている。
以下、本発明の実施の形態について、図1から図3に基づいて説明すれば以下のとおりである。本実施形態に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を患部(対象物)に照射して殺菌するものである。本明細書において、紫外線とは、波長が10nm以上400nm未満の光のことを指し、一般的に殺菌効果が認められている波長範囲の光のことを意味する。
図1は、本実施形態に係る殺菌装置1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、殺菌装置1は、半導体レーザ素子(レーザ光源)2、周波数倍増素子(周波数変換素子)3、減光素子4、およびケース5を備えている。
半導体レーザ素子2は、400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2を発振(出射)する光源である。この半導体レーザ素子2から発振される第二波長光Lλ2は、波長および位相が揃ったコヒーレントな可視光線レーザである。半導体レーザ素子2は、第二波長光Lλ2を、周波数倍増素子3へ向けて出射する。
周波数倍増素子3は、半導体レーザ素子2から発振された第二波長光Lλ2を受けて、当該第二波長光Lλ2の一部の周波数を倍増(波長を半減)させて、200nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1に変換する(λ1=λ2/2)。第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2の両方は、周波数倍増素子3からレーザ光として、同時に出射される。
減光素子4は、周波数倍増素子3から出射された第二波長光Lλ2を減光する(減衰させる)ものである。減光素子4は、第二波長光Lλ2の一部を吸収または反射することによって、第二波長光Lλ2を減光する。一方、減光素子4は、周波数倍増素子3から出射された第一波長光Lλ1をほぼ減光することなく透過させる。
ケース5は、半導体レーザ素子2、周波数倍増素子3、および減光素子4を収容する筐体である。ケース5の内部には、半導体レーザ素子2、周波数倍増素子3、および減光素子4がこの順で、直線上に配置されている。ケース5は減光素子4側の端部が開口しており、この端部から第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2が外部へ出射される。
図2は、殺菌装置1から患部6に照射される光のスペクトルを示すグラフであり、図3は、図2に示される230nm超400nm未満の波長範囲のスペクトルを拡大したグラフである。図2および図3では、縦軸が放射照度を示し、横軸が波長を示している。
1.光源が発熱する。
2.光源の寿命が低下する可能性が高い。
3.医師にとって非常に危険である。
4.医師の手などにより、紫外線が手術で発生した傷(創傷という)に届くことが妨げられる。
1.微生物菌が創傷に奥深く入ってしまう前に紫外線を照射する。
2.微生物菌がバイオフィルムを形成する前に紫外線を照射する。
ことが必要であると言える。
本発明に係る殺菌装置は、半導体レーザ素子2および周波数倍増素子3に代えて、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光Lλ1を出射する第一光源と、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光Lλ2を出射する第二光源とを、それぞれ備えていてもよい。
また、本発明に係る殺菌装置は、第一波長光Lλ1を走査しつつ患部6に照射するスキャン機構を備えていてもよい。これにより、局所的のみならず、広い範囲に第一波長光Lλ1を照射することが可能となる。広い範囲に第一波長光Lλ1を照射することはLEDや紫外線ランプでも可能であるが、紫外線レーザである第一波長光Lλ1を走査しつつ照射することにより、複雑で急峻な患部6に対しても一定の光強度で第一波長光Lλ1を照射することが可能となる。
本発明の他の実施形態について、図4に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図4は、本実施形態に係る殺菌装置11の構成を示すブロック図である。なお、図4に示す符号a1は殺菌装置1から出射される第一波長光Lλ1のビーム径を示し、a2は平凹レンズ8から出射される第一波長光Lλ1のビーム径を示し、a2’は患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径を示している。
平凸レンズ7は、殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を集光する光学部材である。平凸レンズ7は、殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を入射させる凸曲面状の入射面7aと、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を出射する平面状の出射面7bとを備えている。
平凹レンズ8は、平凸レンズ7から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を略平行光にする光学部材である。平凹レンズ8は、平凸レンズ7から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を入射させる平面状の入射面8aと、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を出射する凹曲面状の出射面8bとを備えている。
第一波長光Lλ1を例にして、光の平行度について説明する。光の平行度をk、平凹レンズ8から出射される第一波長光Lλ1のビーム径をa2、患部6に照射される第一波長光Lλ1のビーム径をa2’とした場合、平行度kは、
k=a2/a2’・・・式(1)
で表される。
d=f1−f2・・・式(2)
を満たすときに、第一波長光Lλ1を完全な平行光とすることができる。
0.2<k<5・・・式(3)
を満たすことを意味するものとする。
本発明の他の実施形態について、図5に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図5は、本実施形態に係る殺菌装置12の構成を示すブロック図である。この殺菌装置12は、医療用インプラントの殺菌装置として用いられるものである。なお、殺菌装置1から出射される光には第二波長光Lλ2が含まれるが、図面では第二波長光Lλ2を省略し第一波長光Lλ1のみを図示している。
光ファイバ9は、殺菌装置1から出射された第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を導光する導光部材である。この光ファイバ9は、一端から第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を入射させ、他端近傍の周面に複数形成された出射孔から第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2を出射する。
医療用インプラントとしては、広く左心補助心臓ポンプやカテーテル10が知られている。左心補助心臓ポンプは、心臓治療において、重要度が増してきている。これらは、完全心臓移植を待つ患者にとって希望となっている。しかし、医療用インプラントには、決定的な問題がある。それは、医療用インプラントが体外と接触する部分、すなわち左心補助心臓ポンプであれば電源との電気伝達経路、カテーテル10であれば体外に置かれるカテーテルの出口部分(ポンプなどを置くことが多い)から、シャワー時などに容易に感染が起こることである。
本発明の他の実施形態について、図6〜図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図6は、ペンシル型の殺菌装置13を示す斜視図である。図13に示すように、本発明に係る殺菌装置を、ペンシル型の殺菌装置13とすることが考えられる。また、ペンシル型の殺菌装置13に光ファイバ9を接続して、第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を伝搬させて出射させてもよい。
図7は、医療用手袋40に取り付け可能な殺菌装置14を示す模式図である。図7に示すように、医療用手袋40に殺菌装置14を取り付けてもよい。これにより、術者が指差したところに、素早く第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を照射することが可能となる。
図8は、医療用ゴーグル型の殺菌装置15を示す模式図である。この医療用ゴーグル型の殺菌装置15は、ゴーグル50に図示しない殺菌装置1が内蔵されたものである。
図9は、ヘルメット60に取り付け可能な殺菌装置16を示す模式図である。図9に示すように、ヘルメット60に殺菌装置16を取り付けてもよい。また、例えばカメラやセンサをヘルメット60に取り付けることにより、術者の視線の先に第一波長光Lλ1および第二波長光Lλ2(図示省略)を照射することが可能となる。
図10は、歯科手術に使用可能な殺菌装置17を示す模式図である。歯科手術において、特に歯周病はすぐに再発することが知られている。口内では、善玉菌および悪玉菌の両方が存在し、両菌がバイオフィルムを生成している。そのバイオフィルムに微生物菌が逃げ込んで増殖する。
本発明の態様1に係る殺菌装置は、紫外線を含む光を対象物(患部6)に照射する殺菌装置であって、190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、400nm以上780nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、を出射することを特徴としている。
本発明は以下のように表現することもできる。すなわち、本発明に係る殺菌装置は、少なくとも一つの紫外線を発生する殺菌装置であって、波長約190nm〜230nmの第一波長にピークを持ち、さらに波長約400nm〜780nmの第二波長にピークを持つ光源を備えることを特徴としている。
2 半導体レーザ素子(光源)
3 周波数倍増素子(周波数変換素子)
4 減光素子
5 ケース
6 患部(対象物)
7 平凸レンズ
8 平凹レンズ
9 光ファイバ
10 カテーテル
11 殺菌装置
12 殺菌装置
13 殺菌装置
14 殺菌装置
15 殺菌装置
16 殺菌装置
17 殺菌装置
61 皮膚
62 穿孔(対象物)
a2’ ビーム径
Lλ1 第一波長光
Lλ2 第二波長光
P1 ピーク波長
P2 ピーク波長
Claims (6)
- 紫外線を含む光を対象物に照射する殺菌装置であって、
190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、
400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、
を出射し、
前記第二波長光を発振するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、
前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射し、
前記対象物に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の紫外線の光強度が3mW/cm2未満であり、
前記周波数変換素子は周波数倍増素子であり、
前記第二波長光を減光する減光素子をさらに備え、
前記減光素子は、前記第一波長光を減光させないことを特徴とする殺菌装置。 - 紫外線を含む光を体細胞に照射する殺菌装置であって、
190nm以上230nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第一波長光と、
400nm以上460nm以下の波長範囲にピーク波長を有する第二波長光と、
を出射し、
前記第二波長光を発振するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振された前記第二波長光を受けて、当該第二波長光の一部を前記第一波長光に変換する周波数変換素子とを備え、
前記周波数変換素子は、前記第一波長光および当該第一波長光に変換されなかった前記第二波長光を出射し、
前記体細胞に照射される230nm超400nm未満の波長範囲の紫外線の光強度が3mW/cm 2 未満であり、
前記体細胞の損傷を抑制することを特徴とする殺菌装置。 - 前記体細胞に向けて紫外線を含む光を照射する光学部材を備えることを特徴とする請求項2に記載の殺菌装置。
- 前記周波数変換素子は周波数倍増素子であることを特徴とする請求項2または3に記載の殺菌装置。
- 前記第二波長光を減光する減光素子を備えることを特徴とする請求項4に記載の殺菌装置。
- 前記減光素子は、前記第一波長光を減光させないことを特徴とする請求項5に記載の殺菌装置。
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