株式会社ナノシード様

ナノシードαによる空間除菌に関する試験報告書－100 畳相当の室内におけるナノシードαでの除菌効果－

１ 除菌測定の目的

Ｐ2２ 測定場所と計測条件

Ｐ2

３ 測定結果Ｐ6

４ ナノシードαから放出される微粒子の流れ

Ｐ7

５ 除菌効果比・放出範囲の理論解析

Ｐ8

６ まとめ

Ｐ10

７ 謝辞

Ｐ10

令和 2 年 12 月 26 日
公立大学法人 前橋工科大学
工学部 生物工学科 博士(農学）教授〒371-0816

善野修平
前橋市上佐鳥町 460-1
1

１

除菌測定の目的

広さ 100 畳相当の室内を、溶液（XCS-11D）を用いて、除菌装置（ナノシードα）で空間除菌した場合に、空気中に浮遊する微生物(真菌と細菌)の減少率を評価基準とし、除菌効果を評価する。
（注）真菌は、キノコ、カビ、酵母などの真核微生物であり、細菌は原核微生物である。
２

測定場所と計測条件(1)測定対象： 広さ 100 畳相当の床面積180ｍ２(幅 15.5m×長さ 11.6m)（100 畳＝50 坪＝3.3 m2/坪×50 坪＝165 m2）
容積 539 m3（横 15.5ｍ×縦 11.6ｍ×高さ 3ｍ）
場所 前橋工科大学 3 号館 1F、生物工学科学生実験室
生物工学科学生実験室の外観：図 1(2)使用容液：XCS-11D 溶液（精製水 99.99％、亜塩素酸ナトリウム 0.01％）(3)除菌装置：ナノシードα
製造者 株式会社ナノシード〒385-0051 長野県佐久市中込 1267-1
TEL 0267-77-7652
外観：図 2
溶液放出：1 分間１mL 放出の連続放出
設置台数：1 台
設置位置：図 3(4)浮遊菌の捕集装置：RCS エアサンプラー、型式 940-010
製造者 メルク株式会社
外観：図 4空気の吸引と菌の捕集：1 分間で 40L（0.04m3）の空気を吸引し、寒天培地上に浮遊菌を捕集設置位置：図 3(5) 室内空気の攪拌：4 台のファンと除菌装置を同時に稼働して、室内空気と除菌装置溶液を均一化させた(6) 浮遊菌の捕集：除菌装置稼働の 0 分後、5 分後、20 分後、40 分後に、除菌装置を止めてから、浮遊菌を採取した(7) 浮遊菌の捕集時間と採取量：1 回あたり 8～24 分間捕集することで、空気量を 0.32～0.96 m3 採取した
(8) 培地の種類：真菌用としてアガーストリップ SDX（メルク株式会社）を、細菌用としてアガーストリップ TSM（メルク株式会社）を用いた(9) 培養条件：真菌は 23℃で 4 日間培養し、細菌は 37℃で 2 日間培養した(10) 菌数の計測：目視によりコロニー数をカウントして計測した
2

(11) 室内の湿度：44％～45％

図1

生物工学科学生実験室 313 の外観

図2

除菌装置（ナノシードα）の外観

3

図3

生物工学科学生実験室 313（横 15.5m × 縦 11.6m × 高さ 3m）内の除菌装置（ナノシードα）、捕集装置（エアサンプラー）、4 個のファンの設置位置

4

図4

図5

浮遊菌の捕集装置（RCS エアサンプラー）の外観

室内空気の攪拌用ファン（BF-100V、BF-125V）の外観

5

３

測定結果
真菌の菌数測定の結果を図 6 に示し、細菌の菌数測定の結果を図７に示す。

図6

図7

真菌の菌数測定の結果

細菌の菌数測定の結果

図 6 より、100 畳相当の広い室内でも 40 分後には 81%の真菌が除去されていることが分かる。
図 7 より、細菌は 40 分後には 92％除去されていることが分かる。

6

４

ナノシードαから放出される微粒子の流れ

図８，図９にナノシードαから放出される微粒子の流れを示す。
図８

レザー光線による微粒子の流れ（その１）

図９

レザー光線による微粒子の流れ（その２）7５除菌効果比･放出範囲の理論解析(1) 除菌効果比の理論解析
ナノシードαから放出される超微粒子の粒子径をｄα、除菌効果を比較したい別の機種（以下では従来品と呼ぶ）の粒子径をｄc とし、粒径比ａを次の様に定義する。
粒径比ａ＝ｄc/ｄα（１）

例えば、ナノシードαから放出される粒子径をｄα＝50ｎm、従来品での粒子径をｄc＝10μm とすると、
粒径比

ａ＝ｄc/ｄα＝10μm/50ｎm＝0.010mm/0.00005mm＝200 （倍）（２）この得られた値の 200 の意味は、ナノシードαから放出される粒子の大きさは、従来品の粒子より、200 倍小さいことを意味し、粒子の大きさが 1/200 になっていることを意味している。
ナノシーﾄﾞαにより、従来品より、粒子の大きさが 1/ａになった場合に、放出される粒子の「トータルの総面積」、「粒子の個数」、「粒子の断面積」の変化は次のようになる。
1) ナノシーﾄﾞαから放出される粒子のトータルの表面積はａ倍に増える（注 1）2) ナノシードαから放出される粒子の数は a３倍に増える（注 2）3) 粒子の質量は 1/ａ３倍となるため、個々の粒子は軽くなる（注 3）4) 同じエネルギを与えた場合は、粒子の初速度はａ1.5 倍に速くなる（注 4）。
5) 個々の粒子の断面積は 1/ａ2 倍になり、断面積は小さくなる（注 5）以上のことより、粒子径が、従来品の 1/ａになると、理論的には次の様に云うことができる。
ナノシードαの理論的特性
放出粒子をナノ化することにより、従来品と比較し、粒子の径が 1/ａになることにより(1)放出粒子の表面積がａ倍になり、菌と接触する面積もａ倍になり、除菌効果はａ倍となることが期待される。
(2 放出される粒子の断面積が 1/ａ2 に小さくなり、粒子に対する空気抵抗が小さくなる。放出される粒子の速度はａ1.5 倍に速くなる。このことより、空気抵抗が小さくなり、初速度が速くなるので、粒子の飛ぶ距離は遙かに長くなることが期待される（注 6）。
8

ナノシードαにより、放出される粒子が、従来品より 1/ａに小さくなった場合、従来品と比較し、「粒子の到達高さ」および「粒子の広がり範囲」がどれほどは大きくなる
かは、次の物理量を計測することができれば、理論値を示すことができる。
① 従来品による放出粒子の粒径（ｄ）、②ナノシードαによる放出粒子の粒径（ｄ、③従来品による放出粒子の初速度(ｖ0 ）④放出された粒子の一定時間後の速度α）(ｖ)、⑤速度がｖ０からｖに変化するまでの時間(ｔ)、⑥直径ｄの粒子に対する空気抵抗の大きさ(αa)。
（注１）粒径を 1/ａにすると球の総面積はａ倍になる
粒径をｄとすると球の表面積はＳ＝πｄ２
粒径を 1/ａにしたとき表面積がｎ倍になるとすると
Ｓ＝πｄ２＝ｎ倍×π（ｄ/ａ）２＝ｎ倍×（1/a）×（πｄ２）＝ｎ倍×（1/a）×S∴ｎ＝ａ倍（注 2）粒径を 1/ａにすると粒子の数は a３倍になる
粒径をｄとすると粒子の体積はＶd=1/6･πｄ３
粒径を 1/ａにしたときｎ倍の粒子数になるとすると
Ｖd＝1/6･πｄ３＝ｎ倍×1/6･π（ｄ/ａ）３＝ｎ倍×（1/ａ）３×（1/6･πｄ３）＝ｎ倍×1/ａ３×Ｖd∴ｎ＝ａ３倍（注 3）粒径を 1/ａにすると質量はｎ＝1/ａ３倍になる
粒径が 1/ａになると、粒子の数はａ３倍になるから、質量は 1/ａ３倍になる。
（注 4）同じエネルギを与えたときの初速度はａ1.5 倍速くなる。
粒子の質量をｍ、速度をｖとすると、運動エネルギは E＝1/2･ｍｖ２となるエネルギ保存の法則より、粒子が細かくなっても、トータルの運動エネルギは同じであるため、粒径を 1/ａにすると、初速度がｎ倍になるとするとE＝1/2･ｍｖ２＝1/2･（ｍ/ａ３）×（ｎ倍×ｖ）２＝（1/ａ３）×ｎ２×（1/2･ｍｖ２）
ここで（1/ａ３）×ｎ２＝１ゆえ
ｎ２＝ａ３∴ｎ＝√ａ３＝ａ3/2（注 5）粒子径が 1/ａになると、粒子の断面積は 1/ａ2 倍になる。
Ｃ＝（1/4）π（ｄ/ａ）2＝1/ａ2×（1/4）πｄ2
9

（注 6）直線運動の場合、初速度をｖ0、加速度をα、時間ｔ後の変位をｓとすれば、変位ｓは次式となる。
ｓ＝ｖ0×ｔ＋1/2αｔ2
上式において、粒子径を 1/ａにすると、粒子の初速度ｖ0 はａ1.5 倍となる。
加速度αは空気抵抗によるブレーキであり、マイナスの値である。
粒子の断面積が 1/ａ2 になれば、空気抵抗も 1/ａ2 に小さくなる。
群馬大学で求めた粒子の速度分布より、加速度αは計算により求められる。
粒径を 1/ａにすれば、初速度、加速度のいずれからも、飛ぶ距離ｓは長くなる。

６

まとめ除菌装置（ナノシードα）を１台用い、溶液 XCS-11D により、100 畳相当の 180ｍ2の室内の除菌試験を行った結果、1 時間弱で、広い空間の除菌がおおむね可能であることが分かった。除菌液を、ナノ化し、マイナス電荷を帯びさることで、広い空間での除菌ができるようになったものと考えられる。
７

謝辞「ナノシードαから放出される微粒子の流れ」の静止画は、群馬大学理工学部知能機械創製部門 教授石間経章博士に撮影して頂きました。
「空間除菌に関する実験」は、本学生物工学科の卒業研究生の松倉優くんおよび 3 年生の木下美咲さんに実施して頂きました。
本試験を進めるにあたり本学客員教授の下田祐紀夫博士には多大なご助言、ご指導を頂きました。ご協力頂いた各位に感謝申し上げます。

10