222nm 226nm UVC LED 滅菌率と安全性テスト

現在、222nmや193nmなど250nm以下の波長の光源は主にエキシマ光源などのガス励起光源であり、超短波長のUVC LEDはまだ市場には出回っていません。 250nm未満の波長のLEDは製造が非常に困難です。

最近、ある日本の企業が、現在市場で最も短い波長の UVC LED である 226nm LED を商品化しました。 また、226nm LEDを使用して殺菌効果試験と人体安全性試験も実施しました。 具体的なテスト手順と結果は以下の通りです。

日本の企業である旭化成は、奈良県立医科大学と協力して、新型コロナウイルスに対する226nm UVC LEDの不活化効果と動物の皮膚細胞に対するその効果を研究しています。研究結果は、226nm UVC LEDが新型コロナウイルスに素早く生き残ることができ、270nm UVC LEDと比較して、動物の皮膚細胞に対する226nm UVC LEDの影響が小さいことを示しています。

旭化成の子会社であるCrystal ISはすでに波長265nmのKlaran UVC LEDを使用していることがわかっています。 Klaran UVC LEDがダイキン工業の空気清浄機UVストリーマに採用されました。

現段階では、Crystal IS は旭化成による短波長 UVC LED の研究を支援しています。 このほど、旭化成は共同研究開発に基づき、226nm UVC LEDの試作製品を製造し、新型コロナウイルスに対する活性化効果や動物の皮膚細胞への影響について複数の試験を開始した。

226nm LEDの殺菌効果

図に示すように、100 個の 226nm UVC LED が 10 × 10 アレイでパネル上に配置され、270nm UVC LED も同様のアレイで配置されます。

この研究で使用されているすべての UVC LED は、Crystal IS 独自の AlN 基板と AlGaN テクノロジーに基づいています。 すべての生物学的実験は奈良県立医科大学のレベル3生物学的安全性試験施設で行われます。 研究者は、活動性ウイルスを制御するためにさまざまな適切かつ安全な方法を採用しています。

研究者らは活性型の新型コロナウイルスを含む溶液を食堂に注入し、乾燥させた。 226nmと270nmのUVC LEDパネルアレイを同じ出力(440μw/cm2)で照射し、ウイルスを収集し、プラーク技術(ウイルスが細胞に感染した後のウイルス量を測定する方法)により感染量を測定しました。 結果は、図 2 に示すように、2 つの波長 UVC LED がウイルスの 99.9 パーセントを約 6 秒で不活化できることを示しました。

226nm LEDの安全性テスト

旭化成と奈良県立医科大学は、殺菌効果に加えて、マウスの皮膚細胞に対する226nm UVC LEDの影響も試験した。目的は、226nm LED が適切かどうかを確認することです。と同じ222 nm LED は哺乳動物の皮膚に安全です。

研究者らはマウスの皮膚細胞を2層に分け、226nm UVC LEDまたは270nm UVC LED光を100mj/cm2と500mj/cm2の量で照射した。

照射後、上層の細胞を除去し、MTT 試薬色素 (テトラゾール塩比色分析) を下層の細胞に適用し、その吸光度をテストして下層の生細胞の相対比率を推定します。 そして、暗い色素が示すのは、生きている細胞の残りの数です。

試験結果は、紫外線量100mJ/cm2の226nm UVC LEDの影響はマウスの皮膚細胞に無視でき、紫外線量500mj/cm2の226nm UVC LEDの影響はマウスの皮膚細胞に比べてはるかに低いことを示しています。 270nm UVC LED（図 4 および図 5 を参照）

上記の研究結果は、226nm UVC LED が新型冠状ウイルスに対して迅速に生き残ることができることを示しています。 既存の 270nm UVC LED と比較して、226nm は動物の皮膚細胞への影響がはるかに低くなります。 これは、周囲に人がいる腕や物体を消毒するために 226nm UVC LED を使用しても安全である可能性があることをさらに説明しています。

結論

過去 2 年間、UVC LED の普及を促進するために、世界中のメーカーは、昨年普及した 222nm UVC 技術などの短波長 UVC LED の研究を含め、UVC LED 技術の進歩を加速してきました。

222nm UVCの殺菌率と人体への無害は多くの研究で証明されていますが、実際には222nm UVCの実現可能性と安全性については論争が続いています。 そして、現在、222nm UVCは主にエキシマランプであり、LED方式の研究はまだ進行中です。

226nm UVC LEDもさらなる検証が必要だと思いますが、今回、旭化成と奈良県立医科大学は空気感染ウイルスの影響や人体への影響については検証しませんでした。 したがって、安全性と実現可能性の観点からさらなる研究が必要です。 旭化成では、226nm UVC LED技術の実用化を推進するため、継続的に研究開発を推進しています。 旭化成 UVC LED(Crystal Is) は AlN 基板で製造されているため、その製品の格子欠陥は非常に少なく、達成が容易であると報告されています。< 265nm wavelength and high optical power. しかし、波長226nmのUVC LEDに関する研究はこれが世界初となる。 これは UVC LED 業界にとって朗報です。 今後、さらに技術的な研究と実験的テストが行​​われる予定です。

226nm LEDは現在商品化されている最短波長のUVC LEDです。 上記の研究により、226nm LEDは222nm UVC LEDと同等であり、優れた殺菌効果があり、同時に人のいる環境で使用する場合の安全性が証明されています。 しかし、226nm LEDの発光効率は非常に低く、各LEDの光パワーは非常に小さく、255nmのLEDよりもはるかに低くなります。265nm および 275nm UVC LED は、LED の波長が短いほど生産が難しくなるため、226nm LED の商品化はすでに UVC LED 業界の大きな発展となっています。 222 nm LED も研究室で研究されていますが、光効率は非常に低く、商品化できるレベルには遠く及ばません。 222nm LEDの商業化には、研究者がそれを実現するためにさらに時間がかかる必要があります。