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G.R. Jhonson et al., Modality of human expired aerosol size distributions,
J. Aerosol Science, 42(2011)839-851.

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106
105
104

L=90cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
0.3-1.0 m
1.0-5.0 m
With luminary cleaner
0.3-1.0 m
1.0-5.0 m

103

108
107
106
10

5

104

L=110cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
0.3-1.0 m
1.0-5.0 m
With luminary cleaner
0.3-1.0 m
1.0-5.0 m

103
10

20
30
Height / cm

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Density of Droplets / m-3

109

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108

Density of Droplets / m-3

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Density of Droplets / m-3

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L=90cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
5.0-25 m
With luminary cleaner
5.0-25 m

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L=110cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
5.0-25 m
With luminary cleaner
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Height / cm

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HCHO density / mg m-3

bcGdefghijklmh5*5Masashi Uema et al., "Effect of Photocatalyst under
Visible Light Irradiation in SARS-CoV-2 Stability on an
Abiotic Surface", Biocontrol Science, 26 (2021) 119-125.

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大阪府立大学/大阪市立大学 バイオメディカルフォーラム
2022年 1月 31日（大阪府大 A12棟/オンラインハイブリッド）

可視光応答型光触媒を使用した
小型飛沫除去装置の開発
大阪府立大学
工学研究科 量子放射線系専攻
研究推進機構 放射線研究センター
大阪国際感染症研究センター
准教授 秋吉 優史
E-Mail: akiyoshi@riast.osakafu-u.ac.jp
http://anticovid19.starfree.jp/

口腔から放出される液滴の粒度分布
2μm程度

120～150μm程度
会話時

口腔から放出される液滴粒径分布は2コブのピークとなっており、
150μm程度の「飛沫」は2秒程度で落下し、1～2m程度までしか届かな
いが、2μm程度の「エアロゾル」は長時間空気中を漂っている（気流が無ければ余り移動もしない）。飛沫が蒸発してエアロゾルサイズの飛沫核となる場合もある。

咳をした時

G.R. Jhonson et al., Modality of human expired aerosol size distributions,
J. Aerosol Science, 42(2011)839-851.

竹川 暢之, エアロゾルと飛沫感染・空気感染, エアロゾル研究,
36(2021)65-74.

新型コロナウイルスへの工学的対抗策の検討(1)密集ソーシャルディスタンス

飛沫は2m程度しか飛ばないため、他人との距離を取ることで飛んでくる
飛沫から身を守れる

小型飛沫除去装置
フィルターと光触媒の組み合
わせで飛沫をキャッチしてウイ
ルスを酸化分解。
対面する人と人の間、飛沫の
飛ぶ距離の範囲に設置されていないと意味が無いため、たくさんの台数が必要。

飛沫
大きな液滴に大量のウイルス
口腔から放出される5μm以上の液滴を飛沫と呼び、120-150μm程度に分布のピークを持つ。数秒の間に2m程度までの範囲に飛び散る。咳やくしゃみだけで無く、普通にしゃべっているだけでも飛散する。

飛沫の放出を防ぐためにはマスクが有効で、不織布や布製のマスクでは8割程度の飛沫を止めることが出来るが、残りの2割「感染を広げない」
程度は隙間などから飛散する。このため、 目的で全員が着用
飛程よりも近くに座ってのミーティングや窓口などでの会話で感染リスクがある。また、食事中にマスクは困難で会食時のリスクが高い。

新型コロナウイルスへの工学的対抗策の検討(2)

密閉
エアロゾル

換気の状況は二酸化炭素濃度が一つの指標となる。

どうしても換気が悪い場所もある

空気清浄機△二酸化塩素・オゾンを空間に噴霧するアクティブな「空間除菌」は、有効な濃度と人体に悪影響を与える濃度が近く制御が困難なため推奨しない。

長時間空気中に滞留し風に乗って遠くまで移動する
5μm以下の微粒子で飛沫核とも呼ばれる。数分間空気中に滞留し、広い範囲に拡散しうる。

マスクをしていても、繊維の間や顔との隙間から半数近くのエア
ロゾルは飛散している。長時間滞留するため、換気が悪いと徐々に濃度が高くなる。

光触媒、紫外線、高性能フィルターを使用したものなど、様々なタイプが販売されており、エアロゾルの捕集、エアロゾ
ルに含まれるウイルスの不活化を行う。
高温になる、ファンヒーターやストーブでも不活化は可能。（エアコンでは不可）粘膜に付着してから15～20分で感染する
ため、うがいが出来ない状況であればこまめに飲み込んでしまい胃酸で不活化する方が better。感染者が居る状況で飲食しても大丈夫と言うことでは無い（飲み込む
途中で感染する可能性はゼロでは無く、鼻や目からの感染は防げない）。

人の居ない空間への紫外線照射
不活化の効果の高い UV-C は人体に対して有害（眼の角膜、皮膚に強い炎症）であるため、人にあたらないよう上方の空間に向けて UV-C を照射することで空気中のウイルスを不活化できるため食品工場などでは古くから用いられている。米国疾病予防管理センター、CDCでは公式サイトで Upper-room
Ultraviolet Germicidal Irradiation (UVGI) を推奨している。

人と人の間を飛び交う「飛沫」の除去に特化した飛沫除去装置
5μmよりも大きい液滴 → 飛沫
飛程が短いが大量のウイルス
5μmより小さい液滴や液滴が蒸発して出来た粒子 → 飛沫核、エアロゾル
長時間滞留するがウイルス量は少ない
そのままでは話す相手に飛んでいく飛沫

① 吸引

飛沫を含んだ
汚れた空気②フィルターで
キャッチ
③光触媒で
酸化分解

飛沫が除去
された空気
可視光LED

1m程度

会話によって放出された飛沫は最大で 2m 程度飛び、マスクをしていても2割程度が漏洩するとの報
告もあります。口腔からの飛沫の粒径は、最も数が多いもので150μm程度で、エアロゾルで最も多い2μmの粒子の42万倍の体積があり、含まれているウイルスもその分多いと考えられます。マスクを付けずに近距離で会話をする会食は、お互いにこの大きな飛沫をぶつけ合うことになり、感染リスクが高いと言えるわけです。
大型の空気清浄機は部屋の中を漂うエアロゾルの除去には効果がありますが、近距離を数秒程度で飛び交う飛沫にはほとんど効果は期待できません。
卓上に設置できる小型で静音の空気清浄機であれ
ば、「人と人の間」に設置することが可能で、飛び交う飛沫を①「吸引」し、②「フィルターでキャッチ」することで、会話の相手に到達する飛沫の数を減らすことが可能です。
キャッチした飛沫中に含まれるウイルスは、③「光触媒により酸化分解」し、再放出される可能性を減らします。また、フィルターでキャッチできない有機
ガスの分子も分解できることが確認されています。

可視光応答光触媒を用いた超低価格な
小型空気清浄機「ひかりクリーナー」

人と人の間に、安心の光を。

AMED事業で得られた成果を元にした高性能フィルターを使用した製品の産学連携での商品化に向けて、試作機を制作中。本年度中に試験的な提供を目指しています。

可視光応答の光触媒を使用しているため、漏れ光を完全に遮蔽する必要が無く、簡易な構造での動作が可能。
PC 用のパーツなどを組み合わせて、1台1,200円程度で製作が可能。中学生程度でも工作可能で、半田付けなどの危険な作業も不要。光触媒フィルターは、市販されている東芝「ルネキャット」スプレーにより製造が可能
で、より強力なファンを使用すれば性能向上も可能。
これまでに全国の医療機関や一般の方に合計で700台程度を提供し、実際に使用してもらっている。

空間を飛ぶ飛沫の捕集率

107
106
105
104

L=90cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
0.3-1.0μm
1.0-5.0μm
With luminary cleaner
0.3-1.0μm
1.0-5.0μm

103

108
107
106
105
104

L=110cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
0.3-1.0μm
1.0-5.0μm
With luminary cleaner
0.3-1.0μm
1.0-5.0μm

103
10

20
30
Height / cm

40

Density of Droplets / m-3

109

10

8

108

Density of Droplets / m-3

Density of Droplets / m-3

109

Density of Droplets / m-3

50 cm
70 cm

噴霧器からの距離

風速0.6m/s程度のクリーンベンチ内での飛沫捕集試験を行った。
超音波加湿器からの水道水の液滴を、下流側に設置したパーティクルカウンターで測定する。液滴は斜めに噴射され、40cm程
度の高さで水平に飛行した。

106

噴霧器からの距離50cm, 70cm の位
置にパーティクルカウンターを設置し、粒子数の高さ依存性を評価した。

107
106
105
104

いずれの距離でも、5.0～25μmの粒径の大きな「飛沫」は、飛沫除去装置の作動によって着席時の顔の高さである40cm程度の高さでは大幅に減少することが確認できた。

L=90cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
5.0-25μm
With luminary cleaner
5.0-25μm103

105

L=110cm, Prefilter 4 layer
Without luminary cleaner
5.0-25μm
With luminary cleaner
5.0-25μm

0.3～1.0μmのエアロゾルは測定可
能な粒子数を超えており評価できていないが、別途粒子数を落とした測定でも減少は見られなかった。その間の1.0～5.0μmのエアロゾルについては1桁程度の減少が見られた。

104
103
102
10

20
30
Height / cm

40

HCHO density / mg・m-3

ホルムアルデヒド分解実験

5
ブランク k2=7.19×10-4/min
ひかりクリーナー 標準機 k2=1.00×10-3/min
M社 TiO2使用小型空気清浄機 k=1.49×10-2/min
ひかりクリーナー2021型（低電力） k=2.29×10-2/min
ひかりクリーナー2022型 k=5.02×10-2/min

10.5

改良版ホルムアル
デヒド分解測定
38L チャンバー

0

100

200
Time / min

300

400

量産型高性能無機
材質フィルター

38L サイズのアクリルデシケーターを使用して、有機ガスの一種であるホルムアルデ
ヒド(HCHO)濃度の変化をホルムアルデメータ htV-m を使用して測定した。
簡易な構造かつ低価格で、教育現場などでの自作による普及を検討しているひかりク
リーナー標準機でも確実な分解性能が確認されると共に、さらに高濃度の光触媒と無機系の材料を使用したフィルターを用いた市販製品用試作機は、既存の光触媒式小型空気清浄機をはるかに凌ぐ性能を発揮した。

可視光応答光触媒によるウイルスの不活化
東芝ルネキャットウェブサイトより

Masashi Uema et al., "Effect of Photocatalyst under
Visible Light Irradiation in SARS-CoV-2 Stability on an
Abiotic Surface", Biocontrol Science, 26 (2021) 119-125.

査読付論文として公開されている

光触媒の塗布量はひかりクリーナーの標準仕様でおよそ 0.7g/m2 程度であるが、大量生産が可能な高性能フィルターでは
17g/m2 程度となる。

光の強度も全く異なり、ひかりクリー
ナーでは 68,500 lux にもなる。このため、ひかりクリーナーでは上記の条件よりも速い速度で不活化すると考えられる。