JP2017051440A

JP2017051440A - 殺菌装置

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Publication number: JP2017051440A
Application number: JP2015177981A
Authority: JP
Inventors: 保徳角; Yasunori Sumi; 健二松下; Kenji Matsushita; 堀岡　悟; Satoru Horioka; 悟堀岡
Original assignee: Nikkiso Co Ltd; National Center for Geriatrics and Gerontology
Current assignee: Nikkiso Co Ltd; National Center for Geriatrics and Gerontology
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】人体に与える影響を低減しつつ、口腔内の細菌等の殺菌に有効な殺菌装置を提供する。【解決手段】殺菌装置１００は、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の範囲にある紫外線を発する半導体発光素子と、半導体発光素子が発する紫外線を照射対象部に照射する照射部２４と、を備える。半導体発光素子は、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の範囲にある紫外線を発してもよい。また、半導体発光素子は、紫外線被照射部における照度が０．５〜３ｍＷ／ｃｍ２となるように構成されていてもよい。また、制御部は、紫外線の照射時間が１０〜６０秒の範囲となるように半導体発光素子の駆動を制御してもよい。【選択図】図１５

Description

本発明は、殺菌装置に関する。

従来、歯周病菌の殺菌として、抗生物質等の殺菌剤が用いられている。また、光を用いた歯周病用光治療器が考案されている（特許文献１参照）。この歯周病用光治療器は、波長４００〜４２０ｎｍの範囲に発光中心波長を有する光源と、この光源からの光を導光して光を照射すべき患部に放射するプローブと、を備えている。また、近年、従来よりも短波長の紫外線を発光する小型のＬＥＤが実用化されており、このような小型の紫外線ＬＥＤを口腔等の殺菌に応用して、効率的良く治療することができないか期待されている。

特開２００７−２０２８９１号公報

しかしながら、抗生物質を用いると、人体の広い範囲に存在する有用な菌まで殺菌してしまうおそれがある。また、波長が４００〜４２０ｎｍ程度の光は、殺菌性能がそれほど高くない。一方、２５０〜２６０ｎｍ程度の紫外線は、殺菌性能は非常に高いものの、人体に与える影響が大きい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、人体に与える影響を低減しつつ、口腔内の細菌等の殺菌に有効な殺菌装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の殺菌装置は、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の範囲にある紫外線を発する半導体発光素子と、半導体発光素子が発する紫外線を照射対象部に照射する照射部と、を備える。

この態様によると、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の範囲にある紫外線を照射することで、人体に与える影響を低減しつつ、歯周病菌等の口腔内細菌を殺菌できる。

半導体発光素子は、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の範囲にある紫外線を発してもよい。これにより、より効率よく口腔内細菌を殺菌できる。

半導体発光素子は、紫外線被照射部における照度が０．５〜３ｍＷ／ｃｍ^２となるように構成されていてもよい。

照射部は、紫外線が照射される開口部の径が０．５〜１０ｍｍであってもよい。これにより、所望の患部に選択的に紫外線を照射することが容易となる。

紫外線を所定時間照射するように半導体発光素子の駆動を制御する制御部を更に備えてもよい。これにより、過剰な紫外線を患部に照射することを防止できる。

制御部は、紫外線の照射時間が１０〜６０秒の範囲となるように半導体発光素子の駆動を制御してもよい。これにより、過剰な紫外線を患部に照射することを防止しつつ、口腔内細菌を適切に殺菌できる。

照射部は、プローブを有していてもよい。半導体発光素子は、プローブの先端に装着されていてもよい。これにより、半導体発光素子が発する紫外線を口腔内または切開部等の照射対象部に直接照射することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、人体に与える影響を低減しつつ、口腔内の細菌等の殺菌に有効な殺菌装置を実現できる。

殺菌作用を測定するための実験を模式的に示した図である。ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とEschelichia coli (E.coli)生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とE.coli生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とPorphylomonas gingivalis（P.gingivalis）生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とP.gingivalis生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とFusobacterium nucleatem（F.nucleatum）菌生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とF.nucleatum生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とStreptococcus sanguinis（S.sanguinis）生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とS.sanguinis生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とStreptococcus mutans（S.mutans）生存率との関係を示す図である。ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とS.mutans生存率との関係を示す図である。細胞障害性を測定するための実験を模式的に示した図である。ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とＬＤＨ放出量との関係を示す図である。ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とＬＤＨ放出量との関係を示す図である。第１の実施形態に係る殺菌装置の模式図である。第２の実施形態に係る殺菌装置の模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

（殺菌装置の光源）
波長が４００〜４２０ｎｍ程度の光は、殺菌性能がそれほど高くなく、殺菌時間が長くなりがちである。そこで、本実施の形態に係る殺菌装置は、光源として、ピーク発光波長が４００ｎｍ未満の範囲にある紫外線を発する半導体発光素子を用いている。半導体発光素子は、発光ダイオードやレーザである。そのため、光源を小型化できる。

本実施の形態では、半導体発光素子として深紫外線を発する発光ダイオード（以下、「ＵＶ−ＬＥＤ」と称する。）を用いている。本実施の形態に係るＵＶ−ＬＥＤは、サファイアからなる基板と、ＡｌＧａＮ系の発光層と、基板と発光層との間に積層されたＡｌＮからなる格子不整緩衝層と、を有している。これにより、小型で高効率の殺菌装置を実現できる。

（殺菌作用）
次に、ＵＶ−ＬＥＤによる殺菌作用について説明する。図１は、殺菌作用を測定するための実験を模式的に示した図である。紫外線照射器１０は、ＵＶ−ＬＥＤ１２を有する。

図１に示すように、９６ウェルプレートのウェル１４に、Eschelichia coli (E.coli)１６を含むＰＢＳ（リン酸緩衝生理食塩水）１８を満たし、紫外線照射器１０（波長２６５ｎｍまたは３１０ｎｍ）で紫外線Ｌを１０，３０，６０，１２０秒間照射し、希釈後寒天培地に塗抹して一晩培養後、形成されたコロニーを数えた。なお、ウェルプレート上では１ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を受けるように調整されている（波長２６５ｎｍ、３１０ｎｍ共通）。

図２は、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とE.coli生存率との関係を示す図である。図３は、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とE.coli生存率との関係を示す図である。

図２に示すように、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた紫外線照射器では、１０秒以上の照射でほぼ全部のE. coliが死滅していることがわかる。また、図３に示すように、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた紫外線照射器では、１０秒の照射で８０％程度のE. coliが死滅しており、３０秒以上の照射でほぼ全部のE. coliが死滅していることがわかる。

（他の口腔内殺菌に対する殺菌作用）
Porphyromonas gingivalis ATCC 33277、Fusobacterium nucleatem ATCC 25586 （以上歯周病関連細菌）、Streptococcus mutans ATCC 25175（齲蝕原性菌）、およびStreptococcus sanguinis ATCC 10556（非病原性口腔常在菌）の計４種の口腔内細菌をそれぞれＰＢＳに懸濁した後、ピーク発光波長が３１０ｎｍの紫外線ＬＥＤを用いて０〜１２０秒間それぞれに照射した。

その後、菌を含む懸濁液を寒天平板培地へ塗布し、形成されたコロニーを数えた。また、紫外線を照射していない非照射群を１００％とした時の各照射群の細菌生存率によって殺菌作用を評価した。

図４は、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とP.gingivalis生存率との関係を示す図である。図５は、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とP.gingivalis生存率との関係を示す図である。図６は、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とF.nucleatem生存率との関係を示す図である。図７は、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とF.nucleatem生存率との関係を示す図である。図８は、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とS.sanguinis生存率との関係を示す図である。図９は、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とS.sanguinis生存率との関係を示す図である。図１０は、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とS.mutans生存率との関係を示す図である。図１１は、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とS.mutans生存率との関係を示す図である。

各図に示すように、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた場合、１０秒以上の照射で各菌の生存率はほぼ０％となった。また、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた場合、P.gingivalisにおいては６０秒間以上の紫外線照射で生存率が６０〜３０％に、F.nucleatemにおいては３０秒以上の照射で７０〜５０％になった。またS.sanguinisは１０秒以上の照射で生存率は４０％まで低下し、S.mutansでは６０秒以上の照射で生存率が６０〜５０％まで低下した。このように、ピーク発光波長が４００ｎｍ未満の紫外線、より好ましくはピーク発光波長が３２０ｎｍ以下の紫外線は口腔細菌に対する殺菌作用がある。

（細胞障害性）
上述の殺菌作用の実験において、ＵＶ−ＬＥＤによる殺菌効果について明らかになった。一方で、殺菌装置を歯周病等の治療に用いるためには、殺菌作用以外に人体に与える影響についても把握しておく必要がある。図１２は、細胞障害性を測定するための実験を模式的に示した図である。

図１２に示すように、９６ウェルプレートのウェル１４に、ヒト口腔粘膜上皮細胞の培養細胞２０を含むＰＢＳ１８を満たし、紫外線照射器１０（波長２６５ｎｍまたは３１０ｎｍ）で紫外線Ｌを１０，３０，６０，１２０秒間照射し、一晩培養後、放出されたＬＤＨ（乳酸脱水素酵素）の活性を測定した。なお、ウェルプレート上では１ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を受けるように調整されている（波長２６５ｎｍ、３１０ｎｍ共通）。

図１３は、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とＬＤＨ放出量との関係を示す図である。図１４は、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた際の照射時間とＬＤＨ放出量との関係を示す図である。

図１３に示すように、ピーク発光波長が２６５ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた紫外線照射器では、１０秒以上の照射によりＬＤＨ放出量が約２倍以上に増大しており、細胞障害が認められる。一方、図１４に示すように、ピーク発光波長が３１０ｎｍのＵＶ−ＬＥＤを用いた紫外線照射器では、６０秒までの照射でＬＤＨ放出量が１．５倍未満となっており、特に３０秒までの照射ではＬＤＨ放出量はほとんど増加しておらず、細胞障害がほぼないことがわかる。

（殺菌装置）
上述の知見に基づいて歯周病等の口腔内の治療に好適な殺菌装置を考案した。図１５は、第１の実施形態に係る殺菌装置の模式図である。

紫外線を伝えるには紫外線を透過するコアが石英ガラスであるファイバが必要であるが、光源を外に置いて口腔内あるいは外科手術の切開部内へ自在に紫外線を導入するような柔軟な石英ファイバは得がたい。

第１の実施形態に係る殺菌装置１００は、照射部２４と制御部２６とを備える。照射部２４は、プローブ１１と小型化したＵＶ−ＬＥＤ１２とカバー１３を有し、プローブの先端にＵＶ−ＬＥＤ１２が装着されている。プローブ１１の中にはＵＶ−ＬＥＤ１２に電力を供給するための配線が納められている。プローブ１１にはアルミニウムまたはステンレスなどの金属あるいは樹脂を用いることができる。カバー１３には紫外線を吸収しにくい石英ガラス、樹脂などを用いることができる。電源としては電池あるいは外部からの電力供給が考えられる。ＵＶ−ＬＥＤ１２は、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の範囲、好ましくはピーク発光波長が３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の範囲にある紫外線を発する。照射部２４は、ＵＶ−ＬＥＤ１２が発する紫外線を口腔内または切開部等の照射対象部に直接照射する。これにより、より効率よく口腔内または切開部を殺菌できる。なお、紫外線の照度は、紫外線被照射部である照射対象部において、例えば０．５〜３ｍＷ／ｃｍ^２の範囲である。

図１６は、第２の実施形態に係る殺菌装置の模式図である。近年、紫外線を透過する樹脂材料（例えば、旭硝子製サイトップ等）が開発されている。本実施形態では、このような紫外線透過樹脂をコアとした光ファイバを用いることができる。殺菌装置１０２は、光源部３２と光ファイバ３４を備える。紫外線を照射する光ファイバコア開口部３４ａの径Ｒが０．５〜１０ｍｍ程度である。これにより、口腔内の正常な領域に紫外線を照射することなく、所望の患部に選択的に紫外線を照射することが容易となる。なお、光ファイバ３４の先端部がテーパー状に細くなっていてもよい。この場合、細くなったテーパー部を歯周ポケット内に入れ、テーパー部先端より紫外線を照射し殺菌を行う。ファイバは、ディスポーザブルなものであってもよく、患者毎に取り替えることができる。

このように構成された殺菌装置１００、１０２は、人体に与える影響を低減しつつ、口腔内または切開部を殺菌できる。このような殺菌装置の治療用途としては、歯周病治療、根管殺菌治療、ガン治療等が挙げられる。

制御部２６は、紫外線を所定時間照射するようにＵＶ−ＬＥＤ１２の駆動を制御する。これにより、過剰な紫外線を患部に照射することを防止できる。例えば、制御部２６は、ボタン２８を一度押すと、紫外線の照射時間が１０〜６０秒の範囲となるようにＵＶ−ＬＥＤ１２の駆動を制御する。これにより、過剰な紫外線を患部に照射することを防止しつつ、口腔内細菌を適切に殺菌できる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０紫外線照射器、１１プローブ、１２ＵＶ−ＬＥＤ、１３カバー、１４ウェル、１６大腸菌、１８ＰＢＳ、２０培養細胞、２１電源部、２４照射部、２６制御部、２８ボタン、３２光源部、３４光ファイバ、１００、１０２殺菌装置。

Claims

ピーク発光波長が３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の範囲にある紫外線を発する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が発する紫外線を照射対象部に照射する照射部と、
を備えることを特徴とする殺菌装置。
前記半導体発光素子は、ピーク発光波長が３００ｎｍ以上３２０ｎｍ以下の範囲にある紫外線を発することを特徴とする請求項１に記載の殺菌装置。
前記半導体発光素子は、紫外線被照射部における照度が０．５〜３ｍＷ／ｃｍ^２となるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の殺菌装置。
前記照射部は、紫外線が照射される開口部の径が０．５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の殺菌装置。
紫外線を所定時間照射するように前記半導体発光素子の駆動を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の殺菌装置。
前記制御部は、紫外線の照射時間が１０〜６０秒の範囲となるように前記半導体発光素子の駆動を制御することを特徴とする請求項５に記載の殺菌装置。
前記照射部は、プローブを有し、
前記半導体発光素子は、前記プローブの先端に装着されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の殺菌装置。