第8回国際ユニヴァーサルデザイン会議 2021
in ザ・クラウド 2021/2/26
基調講演 1

様々な感染症に対応可能な
工学的感染制御技術の活用
Practical
Practical use
use ofof thethe engineeringengineering control
control technology
technology
forfor various
various infection
infection

大阪府立大学 放射線研究センター
秋吉 優史
E-Mail: akiyoshi@riast.osakafu-u.ac.jp
http://anticovid19.starfree.jp/従来から行われてきた新型コロナウイルスへの対抗策「感染を広げない」
目的で全員が着用

人と人とが近付かない→
ソーシャルディスタンス

密集+こまめに水等を飲む。

密閉
エアロゾル

飛沫
5μm以上の液滴の飛程は2m程度。

SARS-CoV-2

マスクを付けていても20%程度が飛散する。

表面の接触
脂質の膜、エンベ
ロープを溶かすことが重要。物理的に洗い流すだけでも効果的。

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）。

元々5μm以下の液滴や、飛沫が蒸発して出来た「飛沫核」は数分間空気中に滞留し、広い範囲に拡散しうる。喋るだけでも飛散する。
マスクをしていても半分程度が漏れ出てきてしまう。

密接
どこに潜んでいるか分からないトラップ。
消毒をしても、その後に触った人が無症状の感染者かも知れない。材質によっては数日間感染力を保っている。

手にウイルスが付着しただけ
では感染しないが、口腔、鼻腔や目の粘膜に存在する
ACE2受容体まで運んでしま
うと感染する。

新型コロナウイルスへの工学的対抗策の検討(1)
マスクリーン
高性能フィルターにきちんと紫外線を照射できるかが問
題となる

UV-C 殺菌灯 or
光触媒 + UV-Aランプ or
100℃ 5分などの加熱処理
で滅菌・不活化して再利用

世界的な
供給不足

「感染を広げない」
目的で全員が着用+フェイスガード、
ゴーグル等
（防御用）

小型の光触媒空気清浄機
フィルターと光触媒の組み合わせでキャッチして分解。
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

密集飛沫

COVID-19

感染者から2m程度の範囲に飛び散る。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。

サージカルマスクには、防御の力はほぼ無い（フィルター以外の隙間がふさげないため）。
自分からの飛沫を防ぐだけならば布マスクでも十分で、いずれも8割程度を止めることが出来るが、2割程度は隙間などから飛散する。

新型コロナウイルスへの工学的対抗策の検討(2)どうしても換気が悪い場所もある

光触媒空気清浄機

密閉
エアロゾル

COVID-195μm以下の微粒子で数分間空気中に滞留し、広い範囲に拡散しうる。喋るだけでも飛散する。

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。

部屋の空気を撹拌するとエア
ロゾルが拡散してしまう恐れも。
発生源の近くに設置する小型機によるネットワークの必要性。

密閉容器内での紫外線照射式
空気清浄機

高温になるガス・石油ファンヒーター、ストーブなど人が居ない高いところへ照射するタイプもある

×エアコンは不活化するほど温度が上がらず撹拌してしまうだけ

絶対に近距離で人に照射されることが無いような工
夫が必要

マスク表面への光触媒塗布
光触媒は、可視光線での活性の高い酸化タングステン系の製品などが望ましい
LED照明では紫外線が出ていない

新型コロナウイルスへの工学的対抗策の検討(3)密接

最も対策が難しい。
手にウイルスが付着しただけでは感染しないが、口腔、鼻腔や目の粘膜に存在するACE2受容体から感染。

COVID-19

物体表面への接触
手袋、衣類への
光触媒塗布
防護具へのUV-C照射
感染症対策の医療現場では、防護具を脱装する際のリスクが高い。
ため、Cold エリアへの境界で防護具に対してUV-C照射を行う。

どこに潜んでいるか分からないブービートラップ

定期的なUV-C照射
距離の二乗に反比例して弱くなる
ためロボット技術の活用などで広い範囲に照射する必要性

共有物品表面への光触媒や、銅・銀などの金属微粒子の塗布
金属含有の光触媒は暗くなっても一定期間不活化の効力を発揮
最も簡単には、銅箔テープの貼付けなどでも一定の効果が。

UV-C はわずかでも皮膚、眼に当たると強い炎症を生じるため、絶対に人体に直接照射しないように安全対策が必要。

紫外線による遺伝子損傷
放射線を被ばくすることにより細胞中のDNAの鎖が切断されてしまう場合がある。γ線やβ線では一本鎖切断が主であるが、LETの大きいα線では二本とも切断してしまう二本鎖切断が起こる場合が有る。いずれの場合もバックアップデータから修復が行われるが二本鎖切断ではよ
り困難であり、修復ミスが最終的に発がんに繋がる。
紫外線は電離放射線には分類されず（法令上空気を電離できるエネル
ギーを有する光子、荷電粒子を電離放射線と呼ぶ）、DNA の主鎖を切るだけのエネルギーは無いが、配列している塩基同士を励起して接合してしまう場合がある。特に、ピリジミン二量体の生成が 紫外線による損傷の主たる物と言われており、DNAの複製を妨げる遺伝子損傷となるが、ほとんどの細胞はこれらの損傷を修復する酵素を持っている。
ところがウイルスは自分自身では生命活動を行えず、これらの損
傷は感染先の細胞に入って初めて修復される。また、コロナウイ
ルスは1鎖RNAウイルスで有り、バックアップを持つ二重鎖では無い。このため比較的紫外線に弱いのでは無いか、と言うのが研究を始めたきっかけ。結局、1鎖RNAタイプのウイルスが系統的に紫外線に弱いというようなことは無いようだが、吸収線量の正確な評価など更なる検討が必要。
さらに、波長 254 nm の紫外線は 4.9 eV 程度のエネルギーを持ち、酸化還元電位 2.42 eV のスーパーオキシドや同じく 2.85 eV のOHラジカルなどの活性酸素を生成可能で、間接作用も起こりうる。

UV-A / UV-B による滅菌・不活化
私の知っている限りで UV-A/UV-B によるウイルス不活化のデータは、徳島大学の高橋先生のインフルエンザウイルスに対する論文のみです。
この論文のデータ元に、太陽光線によるウイルスの不活化にどれぐらい時間がかかるかを計算してみました。
UV-A のみの場合(高橋先生は365nmのLEDで実験)

UV-A では 1/100 に減らすのに 50J/cm2が必要です。
紫外線強度が一番強い場合でおおよそ 2.5mW/cm2 ですので、50 / 2.5x10-3 =20,000sec、5.5時間ほど必要です。12月では(日照時間を一日として) 1.4日ほどかかる計算になります。
UV-B のみの場合(高橋先生は310nmのLEDで実験)

UV-B では 1/100 に減らすのに、0.45J/cm2 が必要です(UV-A のおよそ1/100)。
7-8月では、25kJ/m2/day となっており、0.18day, ピーク時であれば1.6時間程度で済みます。が、UV-B は UV-A よりも吸収されやすく冬場は 1/5 程度に大きく落ち、ほぼ丸一日必要、と言う計算になります。

UV-Cによるウイルスの不活化
インフルエンザウイルスのデータを元にすると、4.4mJ/cm2 で 1/100に（UV-B の1/100の照射量）、6.6 mJ/cm2 で 99.9%= 1/1,000、 8.8 mJ/cm2 で 1/10,000 まで不活化が可能。
国産の殺菌灯及び器具を使用すると、8 W のランプではトータルの紫外線出力は2.5 W 程度であり、計算からも実測からも、15 cmの距離ではおよそ 0.9 mW/cm2となる。この紫外線強度では、およそ10秒で 1/10,000 までインフルエンザウイルスの不活化が可能。 新型コロナウイルスについても既に査読の済んだ論文が出てきており、インフルエンザウイルスよりも不活化されやすいと考えられる。
安全側に考え、10mJ/cm2 で 1/10,000 まで不活化出来るとして暫定的な指標とすることを提唱している。
なお、現在大阪府立大学りんくうキャンパスにあるBSL3 実験室により新型コロナウイルスを用いた実験が予定されている。新型コロナウイルスに対する 254 nm
UV-C 殺菌灯による不活化影響を定量的に評価する予定である。また同様にUVB, UV-A についても影響を評価する予定である。
本研究では、このコロナウイルスを用いた実験と同一のセットアップで、大腸菌やバクテリオファージQβなど既存のデータが得られている対象についてのUV-Cでの実験を行い、実験セットアップの妥当性を検証する。

UV-C によるウイルスの不活化
殺菌作用の紫外線波長依存性

DNAに対する紫外線吸収の波長依存性
岩崎電気ウェブサイトより

UV-C
200-290nm

殺菌灯の波長 = 254nm
紫外線に対する殺菌、ウイルスの不活化の研
究はほぼ全てが波長254nmの殺菌灯について行われている。様々な菌、ウイルスについて横断的なデータが存在する。
太陽光に含まれるUV-Bについては古くから殺菌効果が知られているが、定量的研究は極めて限られている。

UV-B
290320nm

UV-A
320-400nm

近年話題になっている222nmの遠紫外光は、透過力が極めて小さく、皮膚ごく表面の 20μm 程度の厚さの角質層などで止まってしまい生きている細胞にまで到達せず、炎症や皮膚癌などを引き起こさない。
その一方で物体の表面に付着した直径 0.1μm 程度のウイルスの中までは届くため、 遺伝子に損傷を与えて不活化できる。ウイルスよりも大きい菌（直径1μm程度）の場合細胞質の中のDNAまで到達する量が少なくなるため効果は小さくなる。

UV-Cによるウイルスの不活化
既に世界中で研究が進められており、SARS-CoV-2 に対しても複数の研究者からデータが出てきている。2), 3), 5) については査読が終了しています。
No

1)

2)

3)

4)

5)

グループ

イタリア
Biancoら

ボストン大
Stormらスタンレー電気宮崎大
Inagakiら

広島大
Kitagawaら

光源

254nm殺菌灯

254nm殺菌灯

265nm LED

280nm LED222nm
エキシマランプ

Wet: 5.3
Dry: 4.1

5.1

37.5

99.9%まで不活化に必要な線量(mJ/cm2)
査読

3.7
査読中

査読済

査読無し

査読済

3.6
査読済

インフルエンザウイルスの 254nm 殺菌灯 6.6mJ/cm2 で 99.9% まで不活化、よりも低い値となっており、新型コロナウイルスの紫外線耐性は低いと言える。
査読が完了している280nmLEDに対しても、高橋先生のインフルエンザに対する実験では99.9% まで不活化に75mJ/cm2（最新の論文では 60mJ/cm2）となっており、10倍程度殺菌灯波長よりも積算照度が必要と、整合性が取れている。

紫外線の弱点
距離の二乗に反比例して強度が下がる
広い範囲に照射するために光源を遠くに設置すると、強度が非常に弱くなり、同じ量を照射するのに必要な時間が長くなります。
ほとんどの物質に対して透過力が非常に小さい
石英ガラスや水などの一部の物を除いて、数10μm 程度しか透過できません。ゴム
手袋や紙一枚で完全に止まります。照射できるのは表面に付着している物に限られますし、光源から影になる部分には効果がありません。
皮膚や目に強い炎症を起こし、人体に有害波長が短くエネルギーの高いUV-Cは皮膚や目に強い影響を与えます。このため、人がいる場所での使用が基本的に出来ません。JIS Z8812 では、UV-C に対する許容限界値基準は6mJ/cm2となっています。
殺菌灯の入手が困難
2019年4月以降、省エネと水銀に対する規制のために蛍光灯器具の販売がほとんどのメーカーで終了しています。その一方で UV-C 波長の LED は出力が100mW以下と小さく、エネルギー変換効率も数%程度で高価であり、代換できていません。

放射線防護の基本
1.遮へいによる防護

2.距離による防護

3.時間による防護（線量率）＝遮へい体が厚い程低下（線量率）＝距離の二乗に反比例（線量）＝（作業場所の線量率）
×（作業時間）

コンクリート距離

放射性物質（mSv/h）（mSv/h）

（mSv）

1

2

3

4

5

コ ン ク リ ート の 厚 さ

6（cm）

線 量

線 量 率

線 量 率
0

0

1

2

3

4

5

6（m）

放 射 性 物 質 からの 距 離

6 - 3 -1
原子力・エネルギー図面集 2015

0

0.5

1.0

作 業 時 間2.0（h）

市販されている様々な紫外線グッズ(1)
7月頃にイベント関係の音響担当大手S社から担当者が訪問してマイクなどの紫外線滅菌について相談を受け、いくつかの製品の評価を行った。その中で、市販されている LED を使った製品は非常に照射強度が弱かったり(マスクリーンS の1/100程度)、場合によってはUV-Aも含めて紫外線が検出限界(0.001 mW/cm2) 以下となる製品もあったりするなど、極めて悪質であることが明らかになった。

そもそもどの程度照射すれば良いのかというガイドラインが存在しない事も問題。

（ケニス SDカード式紫外線強度計 YK-37UVSD で測定）

この製品は、BOX 底面中央では全く紫外線を検出できませんでした。LED にベタ付けで測定すると、UV-C 3mW/cm2 程度が測定されるが、実際にBOXに物品を入れて謳い文句の通り表面のウイ
ルスを99.9% 不活化するとしたら、7.5mJ/cm2 必要であり、仮に0.001 mW/cm2 としても7500秒ほどかかり、非現実的。

①

②

③

④

⑤

ウェブサイトでの謳い文句
距離5cm での照射強度① 僅か10分間 殺菌率は99.99％に達します。 →検出限界以下② 10秒即効 99.9%細菌消滅 （距離の記載無し） →0.03 mW/cm2③ 10秒以内に 99.99%の滅菌率（距離の記載無し）→
0.02 mW/cm2④ 10秒快速殺菌、99%細菌消滅、推奨距離は2cm → 0.04 mW/cm2⑤ 「紫外線は、99％殺菌機能を科学的に証明されています。」
距離、時間記載無し →検出限界以下④の製品は「推奨距離は2cmで、照射範囲は直径4cmで、最大距離は5cmを超えないでください、5cmの場合、照射範囲は直径10cmです」と謳っていて、比較的良心的だが実測とは乖離が有り、至近距離で長時間照射し続けるのは非現実的。

市販されている様々な紫外線グッズ(2)UV のピーク波長は280nmでやや幅が広い

以前はUV-C光源として低圧水銀ランプについてのみ考えれば良かったが、近年260nm程度までの波長のLED光源が販売されるようになった。しかし、多くの製品で使用されている280nmでは不活化の効果は254nmの場合の1/10程
度であり、分光放射照度計での測定、補正が必要。
# そもそもこういったUV-C LED を使用した製品は絶対的な強度が弱く、使い物にならない。

90Σ各波長毎の照度×不活化効果相対値

8070Intensity60と言う形で表わされる、放射線で言うところの実効線量のような指標が必要。

50
40
30
20
10
0
200

300

400

500

600

700

800

Walelength /nm

低圧水銀ランプのピーク
波長は 254nmでシャープ菌に対しては、JIS Z8811 (1968) で既に与えられている。
(G-ワットという名称)
ウイルスに対しては公式な物が与えられていない。

100

ハンディな放射照度計は、254nmを前提に校正されているが、それすら製品規格が存在せず、メーカーにより値が異なる。

90

80

70

Intencity

60

50

40

30

20

10

0
200

300

400

500

Wave length / nm

600

700

800

分光放射照度計
USHIO USR45 で測定

市販されている様々な紫外線グッズ(3)蛍光管式の物ならば大丈夫かというと、左の商品は蛍光管を謳っているがユーザーのレビューによると実測値がゼロとのこと。サイズ的に GL8 だと思われるのでランプを交換すれば使えるかも知れないが、写真はどう見ても蛍光管では無く、仮にちゃんと出ていたとすると非常に危険な持ち方をしている。

左の写真のように、衣類などを詰め込んだ状態で殺菌している例も見受けられるが、UV-C は透過率が低いため表面近傍しか殺菌されず、ほとんど意味が無い。
右の写真2枚はマスク用の薄型の除菌器だが、上の製品は中央部に2灯、下の製品はケース側面に2灯のLEDを配しているが、どう見ても全面に紫外線が当たらない構造になっている。また、「0.5Wの超強力
UV-C LED」など、LEDの性能を消費電力で表記しているようである。

市販されている様々な紫外線グッズ(4)
この製品はCCFL（冷陰極管）を使用した製品であり、熱陰極を利用した蛍光灯同様に水銀からの254nm殺菌線を出している。蛍光灯よりも水銀使用量が少ないとの事で現在でも製造が続けられている。12V電源などでインバータ回路を駆動するため、バッテ
リーでの利用も現実的で、左の写真のようなポータブルな製品も売られている（CCFL管の部分が100mm）。
5cmの距離でランプと平行な面に 0.5mW/cm2 の照度があり、LEDと比べると出力が高く十分実用的。逆に、人体に当たると危険であるため、タイマーをセットして10秒後に点灯、15分後に自動消灯するようになっている。
100

ピークは 254nm

90

80

70

60

Intencity

50mm, 100mm, 200mmのランプ長さの製品が販売されている。水銀
使用量が少なく、規制対象外で現在でも生産されている。

50

40

30

20

10

0
200

300

400

500

Wave length / nm

600

700

800

リスクの考え方
放射線に関しても同様であるが、一般公衆のリスクの捉え方は実態からかなり乖離している場合が多い。安全か危険かの、0 か 1 で考えている例が多く見られる。
しかしながら当然絶対の安全も危険も存在せず、程度の問題に帰結する。
コロナウイルスの場合、個人から見ると感染するかしないかの 0 か 1 と言うこともできるが、社会全体で考えると個々人がわずかでも感染するリスクを下げることが重要である。小さいことの積み重ねでも、一人の感染者が何人の次の感染者を生み出すかという実効再生算数が少し下がるだけで系全体の感染者数の動向は大きく左右される。
紫外線でも、光触媒でも、空気清浄機などはその効果を定量的に示すことは非常に困難であり、実際に使われる環境の換気の状況や人の配置などで効果は大きく左右される。当然完全に感染リスクを0にする製品というのは絶対に存在し得ない。
しかし少しでもリスクを低減する措置を積極的に進めていくべきである。もちろん、より性能の高い製品、コストの低い製品の開発を進め、それを何らかの指標で評価することも必要である。

光触媒とは・光（Photon）には、目に見える光（可視光）の他に、目に見えない赤外線、紫外線、さらにはX線やガンマ線などの、様々なエネルギーの物があります。それぞれが、様々な相互作用で身の回りの役に立っています。
・赤外線はエネルギーは低いですが熱を運ぶ働きをし、紫外線やガンマ線などエ
ネルギーの高い光は殺菌に使われたり、化学合成などに使われています。
・目に見える光、可視光も、植物の光合成や太陽電池による発電など、とても大きな役割を果たしています。
・1967年に本多・藤嶋効果によって水が酸素と水素に分解することが発見されて以降、日本発の技術して「光触媒」が注目され、開発が続けられています。

・光触媒は半導体の一種で、光が当たることで小さな太陽電池のように電気エネルギーが発生します。 そのエネルギーを電流として取り出すのではなく、小さな粒子の表面でスーパーオキサイドアニオンやOHラジカルなどの活性酸素を作り出し、非常に強い酸化力によって有機物を水と二酸化炭素にまで完全に分解します。ウイルスや菌も不活化、殺菌され分解され、これまで効果が無かったという報告は成されていません。
・二酸化チタンを使用した光触媒では、既に新型コロナウイルスに対する効果が実証されています。

光(Photon)
目に見える可視光線
光触媒粒子

光触媒の中での反応

還元

O2バンドギャップ

伝導帯

光による
励起

価電子帯

・O2-

空気中の酸素e- 電子

酸化還元電位
2.42eV

オゾンよりも強力な酸化力

H2Oh+
正孔(ホール)

活性酸素

酸化

水分

・OH

OHラジカル
酸化還元電位
2.85eV
活性酸素などは百万分の一秒程度で消滅するため(※)表面から数ミク
ロン程度の範囲にしか届きません

様々な有機物を酸化して化学的に分解

最終的には水と二酸化炭素にまで分解される（完全分解）。
※ 一瞬で大量の有機物を分解するわけではありません光触媒の応用
・光触媒の一番分かりやすい応用例が脱臭です。空気中の様々な臭いの元になる物質や、ホルムアルデヒドなどのシックハウス症候群の元になる有害物質などを、酸化分解してしまいます。光の当たるカーテンなどに塗布すると効果的です。部屋干しの臭いの付いたタオルなども、繊維の奥まで脱臭されます。
・ドアノブやつり革、机などの物品の表面や、マスクや上着に塗布する事で付着したウイルスを徐々に不活化する事が出来るため、接触感染を抑制することが出来ます。
・光触媒自体は反応の前後で変化しないため、粒子が洗い流されたりしない限り半永久的に使用出来ます。
・フィルターに塗布して強い光を当て、そこに空気を流し込むことで空気清浄機を作ることが出来ます。活性酸素は寿命がマイクロ秒オーダーで、一瞬で反応して消滅するため、活性酸素がまき散らされることはありません。
汚れた空気

信頼性の高い高性能PC用ファン

浄化された空気

超高輝度LEDモジュール

光触媒を塗布したフィルター

ひかりクリーナー

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

A型インフルエンザウイルス（H1N1）
抗ウイルス
性試験方法

フィルム密着法（JIS R 1756：2013を参考に実施）

光源

白色蛍光灯 2000lx（400nmの紫外光はフィルターでカット）

作用時間

8h

試料塗布量

5mg/2.5×5cm

試験機関︓北⾥環境科学センター

光触媒の塗布量はひかりクリーナーの標準仕様で 727mg/m2 、2.5x5cm に換算すると0.91mgだが、試作している高性能フィルターでは27.7g/m2 で、 2.5x5cm に換算すると34.6mgにもなる。

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。

フィルターによる飛沫の捕集
空気中の微粒子を可視化する特殊
動画撮影を実施しました。
1m 程度の範囲に於いて、 口から発声に伴って出た飛沫や、スプレーからの模擬飛沫、エアロゾルを模した電子タバコのベーパー などが吸い込まれていき、なおかつフィルターによってマスクと同じように 止められていることが確認出来るかと思います。
発声に伴う飛沫の撮影に際しては、「ブーブー」と言う破裂音により 意図的に大量の飛沫を出しています。

フィルターによる飛沫の捕集(2)HEPAフィルターを使用したクリーン
ブース内にダクトを設置し、フィルターによる口腔からの飛沫を模擬した超音波加湿器ミスト捕集率を評価しました。5μm以上の飛沫に関しては、ほぼ完全に捕集できています。
測定条件

目張り無しクリーンベンチ内目張りしたクリーンベンチ内目張りしたクリーンベンチ内
加湿器使用 (1回目)
目張りしたクリーンベンチ内
加湿器使用 (2回目)目張りしたクリーンベンチ内
加湿器使用 (3回目)

Particle 上流側 下流側
Size
粒子濃度 粒子濃度
3
3
μm
/m
/m
0.3～1
7.4E+06 2.7E+06
1～5
5.1E+04 1.7E+04
5～25
9.0E+02 1.8E+02
0.3～1
1.2E+04 6.7E+03
1～5
1.4E+02 1.8E+01
5～25
2.0E+01 0.0E+00
0.3～1
4.1E+08 4.6E+08
1～5
1.2E+07 3.6E+06
5～25
3.7E+06 2.1E+02
0.3～1
2.8E+08 2.5E+08
1～5
2.6E+06 1.0E+06
5～25
3.0E+05 1.8E+01
0.3～1
2.7E+08 2.7E+08
1～5
2.0E+06 1.5E+06
5～25
1.1E+05 5.3E+01

キャッチしてゆっくり分解
透過率
0.37
0.34
0.20
0.54
0.13
0
1.14
0.30
5.76E-05
0.87
0.40
5.99E-05
0.99
0.76
4.73E-04

一般に5μm以上の液滴を飛沫、それ以下の物をエアロゾルと呼んでいます。
1μm以下の液滴は計測可能な濃度を超えており透過率が評価できませんでしたが、空気中の埃は6割以上捕集されており、さらに小さいホルムアルデヒド分子が分解されることから、光触媒による不活化は期待できます（カルテッ
ク社の実験で実証されています）。

Number of Droplets / m-3

109
108

109
10

107
106
105
104

L=90cm, Prefilter 2 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

10

106
105

風速0.6m/s程度のクリー
ンベンチ内での飛沫捕集
試験。

8

7

Height = 30cm
Prefilter 2 layer
Particle size
0.3-1.0μm
1.0-5.0μm
5.0-25μm

104
30

40
50
60
70
Distance from Nebulizer / cm

粒径毎の飛沫数の飛距離依存性

Number of Droplets / m-3

Number of Droplets / m-3

フィルターによる飛沫の捕集(3)

108
107

20

30

40

L=90cm, Prefilter 2 layer
Without luminary cleaner
5.0-25μm
With luminary cleaner
5.0-25μm

ひかりクリーナー作動で、着席時顔の高さの40cm程度の飛沫は大幅に減少することが確認できた。

106
105
104
103
10

20
30
Height / cm

大きな粒子は距離と共に数が減少した。重力で落下するのと蒸発による縮小の双方が考えられる。
50cm離れた位置での垂直分布はミストが立ち上る高さ付近で最大であったため、余り下に落ちてはいないらしい。

40

HCHO density / mg・m3

ホルムアルデヒド分解実験
5k=8.84×10-4/min

k1=1.81×10-2/min
k2=1.41×10-3/min

k=6.70×10-3/min
-2

1

0.5
0

k=2.15×10 /min
Blank
Standard nonwoven fabric filter
Ceramic fiber paper
Ceramic fiber paper after 500℃ baking

100

200
Time / min

300

400

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試作機は、市販の小型空気清浄機をはる
かに凌ぐ性能を発揮しました。現在、さらに高性能のフィルターを開発中です。

ひかりクリーナーでの有機色素分解実験
・メチレンブルーという有機色素を用いて、ひかりクリーナーの光源と光触媒フィル
ターを用いての実験では、 30μg程度 の有機色素が3時間程度で分解されていることが確認され、光の量によって分解の程度が異なることも確認できました。

・コロナウイルスは直径 100nm 程度の大きさで、密度をざっくりと 1g/cm3 とすると、
5.2×10-7μg しかないため、 単純に重さで比較すると上記と同じ時間で1億個程度のウイルスを分解出来ることになります。 不活化するだけであればさらに短時間で済むはずです。もちろん、物質によって酸化のされやすさなども異なるため単純に色素とウイルスを比較することは出来ませんが、桁（オーダー）レベルで考えて比較を行っていきます。
・くしゃみ1回でまき散らされるウイルスは200万個程度で、 通常の会話などでエアロゾルとして空気中を漂うウイルスの数はずっと少なく、マスクを着用していればさらに少なくなります。 残念ながらどの程度の数を摂取すると感染するのかというデータが見当たらないのですが、 ノロウイルスはわずか 100個程度で感染するとして恐れられているため、 それよりずっと沢山取込まないと感染しないと思われます。

ホルムアルデヒド分解量
光触媒による分解反応速度は対象物の濃度と反応速度定数に比例する、濃度律速になっていますので、単位時間あたりの分解量は簡単には言えません。今回の標準機の結果を考えると、4.8mg/m3 から 1時間で 3.3mg/m3 まで下がりました。光触媒無しのブランクでの測定でも0.7mg/m3 程度下がっていますから、正味0.8mg/m3 の減少です。アクリルデシケーターの容積は38Lですから、絶対量に換算すると30μgが分解された計算になります。コロナウイルスを 5.2×10-7μg とすると、 5,800万個に相当します。 もちろん、ホルムアルデヒドガスとウイルスは分解のされ方が違います。
ホルムアルデヒドは還元性を示し、酸化されやすい化合物ですので、実際にはもっと少ないはずですが、完全に分解しなくてもウイルスは不活化されてしまいます。無機
材質の特別仕様フィルターは、15倍以上の反応速度定数となっており、紫外線と二酸化チタンを使用した高性能フィルターTMiPを使用したM社の小型空気清浄機をはるかに凌ぐ性能を示しています。くしゃみ1回でばらまかれるウイルスは200万個程度と言われていますので、分解性能的には余裕があると言えます。
実際のウイルスを噴霧しての実験は極めてハードルが高いのですが、カルテック社
が日本大学、理化学研究所と共同で行った実験では、噴霧されたSARS-CoV-2 ウイ
ルスに対して光触媒は明確な効果を示しています。光触媒自体が様々なウイルスを不活化するデータは各社から公開されており、酸化分解というウイルスの微妙な違いに関わらない反応では、それらのデータが参考になります。特に、大腸菌のみに感染する安全なマクロファージQβウイルスなどを指標とした試験が光触媒工業会などで推奨されています。