マスクのウイルス不活化 BOX マスクリーン
ただ単に UV-C 殺菌灯を仕込んだ箱です。
殺菌灯によるマスクの不活化について検討するための、研究開発品です。
現在は提供を行っておりません。
2020/05/18 の NHK 「ニュースシブ５時」、
2020/05/29 の MBS 毎日放送 ミント!、
2020/06/02 読売テレビ放送「情報ライブ ミヤネ屋」、
2020/06/03 関西テレビ「報道ランナー」
で取り上げて頂きました
国産の 8W の滅菌灯 GL8 と、
中国製の器具(JP-T5-UV) を利用した現在量産しているマスクリーン4 （正面位置 5cm の距離では 1.5mW/cm2 を保証）については、
下で示す実測値から、各ブースでの中央での線量 0.5mW/cm2 を計算に使用し、
安全側に考えて 10mJ/cm2 で 1/10,000 まで不活化が可能とすると、
20秒の照射で 1/10,000 まで不活化が可能であると計算されます。
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医療現場用の GL8 を使用したマスクリーン4 は、わずか20秒で4枚の処理が可能ですから、
感染の可能性がある度に頻繁に処理することで、感染率を下げられるのではないかと期待します。
世間ではかなりサージカルマスクの供給は余裕が出てきているようですが、これならば、医療現場においてマスクの使用数を抑える以上の効果が期待できます。
6W の殺菌灯 GL6 (器具はJP-T5-UV) を使用したマスクリーンS は、一度に一枚の処理ですが、
ランプとマスクの距離が近く、わずか5秒で1/10000まで不活化が可能な計算となっています。
こちらは個人向けですが、医療機関でも個人個人が頻繁に不活化したい場合などにニーズがあるのではないかと思います。
マスクに対する紫外線の透過率を求めてみました。
その結果、サージカルマスクを平面状にたたんだ形でも 7.3%、
プリーツを開いて重なりを無くすと 12.7% が裏面まで透過する、
と言う結果が得られました。
基本的にウイルスが付着しているとしたらマスクの外側であり、
内側に行くほど数は少なくなりますから、外側からだけ照射すれば十分で有ると思います。
もちろん、10秒程度で不活化できる、と言う結論が出ましたので、
両面照射しても大して時間はかかりませんが。
裏返す際はピンセットなどを使用して、ピンセットも BOX 内に入れて照射すると良いでしょう。
他にも様々な物の透過率を求めてみました。
かなりアバウトな実験ですが、同じ透明に見えるプラスチックでも、
マスクリーン4で容器として使用しているコンテナの材料、
ポリプロピレンは比較的透過率が高く、遮蔽をしないと危険な UV-C が漏洩してしまう、
と言う事が分かりました。
このため、青白い光が直接見えている場合、アルミテープなどで補修が必要です。
アルミシートを通してうっすら光が見えるのは問題有りません。
表面で実測しましたが、検出限界以下でした。
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遮蔽前 I0 |
遮蔽後 I |
透過率 |
| 遮蔽物 |
mW/cm2 |
mW/cm2 |
% |
| メガネ（プラレンズ） |
1.10 |
0.000 |
0.0 |
| ペットボトル横置き（空） |
1.10 |
0.000 |
0.0 |
| ポリスチレン（1.4mm厚コレクションケース） |
1.10 |
0.000 |
0.0 |
| ポリプロピレン（1.5mm厚コンテナケース） |
1.11 |
0.288 |
25.9 |
| コンテナ遮蔽用アルミシート |
1.12 |
0.003 |
0.3 |
| サージカルマスク （平面） |
1.10 |
0.080 |
7.3 |
| サージカルマスク （プリーツ開いて） |
1.10 |
0.140 |
12.7 |
| 塩ビラップ 6μm厚 1枚 |
1.11 |
0.952 |
85.8 |
| 塩ビラップ 6μm厚 2枚 |
1.11 |
0.900 |
81.1 |
| 塩ビラップ 6μm厚 4枚 |
1.11 |
0.660 |
59.5 |
| ニトリル手袋（モノタロウ、青）生地1枚 |
1.70 |
0.000 |
0.0 |
| クアラテック手袋（アズワン）生地1枚 |
1.70 |
0.000 |
0.0 |
| コピー用紙（再生紙） |
0.70 |
0.000 |
0.0 |
| コピー用紙（高白色） |
0.70 |
0.000 |
0.0 |
(2020/05/11 追記)
距離の逆二乗に比例して強度が下がり、
遮蔽によっても弱まる、後は時間が短ければ照射量は少ない・・・
そう、紫外線の照射の話は、放射線防護の話と非常に良く似ています。
放射線は透過力が強いため、単位重量あたりの吸収エネルギー (J/kg = Gy) を、
紫外線は透過力が非常に弱いため、単位面積あたりのエネルギー (W/cm2)
を使って表わすという違いはありますが、
本質的な取扱いは同じです。
そこで、放射線計測で用いられるラジオクロミック線量計
（薄い小さなフィルムの着色で線量を評価する）を用いて、
マスク表面での紫外線線量計測を行ってみました。
予備実験での距離依存性の評価から、線量計として評価される照射量 I (kGy) と、
紫外線の照射量 D (mJ/cm2) には相関があり、D = 1.4 I と言う簡単な式で表せます。
理論的にも、吸収線量とは、単位質量あたりの吸収エネルギーであるという基本に立ち帰り、
表面からの深さ14μmまで範囲で均等に全エネルギーが吸収されるとすると上記の式が説明できます。
（フィルムの厚さ45μm以下で全紫外線が吸収されていることが確認されています）
放射線の吸収線量として評価された値を、照射時間と換算式から、
紫外線強度として分布を示してみます。単位は mW/cm2 です。
なお、マスクリーン4の測定に使用した測定用標準殺菌灯は、
製品に現在使用している物よりも弱く、
検査ではねられた物を使用しています。
5cm での距離での紫外線強度は 0.75 mW/cm2 程度で、
現在提供している 1.5 mW/cm2 @ 5cm 保証（全数検査しています）の製品の、
半分の強度です。
（上で示した国産の器具と Panasonic の GL8 の組み合わせとは4倍以上の強度差があります）
この値を倍にして、10 mJ/cm2 達成に必要な時間を見積れば良い訳です( W = J/s です )。
マスクリーンS については、製品に使用している物をそのまま使用しています。
概ね、上での測定と良い一致を示しており、
枕を設置して傾けることで全体的なムラを少なくすることが出来る事が分かります。
また、照射面の裏面にも半分から1/4程度の量が透過/反射して、
あたっているいることが分かります。
100% 絶対という事は出来ませんが、概ね全体的に不活化できていると言えます。
もちろん、より高い安全性を求める場合は、
指定の時間よりも適宜照射時間を延ばして照射量を上げて下さい。
マスクリーン4底面（左）と、マスクを設置した表面（右）での紫外線強度評価結果
マスクリーン4に枕を設置して、その上に置いたマスク表面での紫外線強度評価結果
マスクリーン4に設置したマスク内側（左）、マスクリーンSに設置したマスク外側（中）、内側（右）の紫外線強度評価結果
紫外線によるマスクの劣化について
紫外線によるマスクの劣化ですが、日経メディカルの記事 によると、
サージカルマスクの場合は、20分間と言うかなり極端な時間の
UV-C 滅菌灯の照射により、
0.3μm以上の粒子の透過率が 3.7% → 6.3% に、
そして空中浮遊ウイルスの透過率が 4% → 6% に悪化したと言う事です。
余り繰り返すとマスクの性能は劣化するようです。
どの程度の照射で性能が劣化していくのかは、今後研究対象としたいと思います。
サージカルマスクはそもそも感染を広げないための物で、
余り問題とはなりませんが、アルコール洗浄すると
0.3μm以上の粒子の透過率が 3.7% → 9.9% に、
そして空中浮遊ウイルスの透過率が 4% → 12% に悪化したと言う事で、
紫外線の場合よりもはるかにダメージが大きいです。
また、医療用の N95 マスクですが、これは UV-C 照射により
0.3μm以上の粒子の透過率が 0.2% → 1.1% に、
そして空中浮遊ウイルスの透過率が 1% → 8% に悪化したと言う事で、
ウイルスの透過率がサージカルマスクより落ちています。
不活化に必要な短時間の照射でどの程度劣化するかが気になりますが、
データが無いうちはやめておいた方が無難かと思います。
なお、N95 マスクをアルコール洗浄すると、極端に劣化して使い物にならなくなります。
0.3μm以上の粒子の透過率が 0.2% → 14.1% に、
そして空中浮遊ウイルスの透過率が 1% → 35% と、スカスカになります。
大阪府立大学 電子物理 高橋 和 研究室
http://www2.pe.osakafu-u.ac.jp/pe9/
SEM によるサージカルマスクの詳細な微構造観察結果と、
フィルター性能のアルコール洗浄や水洗い後の評価を、
本学工学研究科電子物理工学分野の、高橋 和先生が分かりやすくまとめています。
濡らしてしまうと極端に性能が劣化するようです。
洗濯したり、煮沸するのは、避けた方が良いようです。
まあ、サージカルマスクに何を求めるか、と言う話にはなりますが。
N95/DS2マスク枯渇対策としての滅菌再利用前後の粒子捕集効率の変化
https://youtu.be/1curbb_aNds
慶応大学理工学部応用化学科 奥田知明教授が、
蒸気滅菌（80℃30分）とオゾン滅菌による N95/DS2 マスクの処理前後の、
粒子捕集効率をパーティクルカウンターで評価しています。
これらの処理ではほとんど粒子捕集効率が変化しないことが明らかになっています。
（再利用を推奨する物では無く、それを理解している医療従事者向け情報です）
沖縄科学技術大学院大学 UVC殺菌ユニット
https://www.oist.jp/ja/covid-19/community-projects/uvc-sterilization-units
「N95マスクを効果的に殺菌するために必要なUVC線量を直接測定により確立したところ、N95マスクでは、他の材料表面で以前に報告されたよりも100～1000倍高いことを発見しました。
チームはまた、殺菌後のN95マスクのフィルタリング効率を確認するためのテストも開発しました。喉の後ろにセンサーを備えたCPRダミーを使用し、ダミーが呼吸をシミュレートする時に通過するサブ300 nm粒子数をセンサーがカウントしました。このテストでは、ダミーにN95マスクがある場合とない場合の両方で行い、マスクのフィルタリング効率を決定しました。理想的にはN95マスクは、300 nm未満の粒子の95％をフィルタリングできねばなりません。チームは、適切な線量による複数回のUVC殺菌を行っても、マスクのフィルタリング能力は変わらないことを確認しました。」とのことです。「殺菌するために必要なUVC線量」の測定法、絶対量については記述がありません。
【開発中】新型コロナウイルス対する有効性も確認されました！ 深紫外線LED搭載 N95マスク3枚同時殺菌可能（99.9%殺菌）
https://premium.ipros.jp/nikkisogiken/product/detail/2000510208/
「PearlSurface 24G9は、700mJのパワーで対象物の殺菌を行い、現在問題となっているN95マスク不足の中、N95マスクを3枚同時に紫外線殺菌し、マスクの再利用が可能です。」
「15分でN95マスク3枚同時殺菌可能」とのことですが、やはりマスクに照射する紫外線量については記述がありません。
【注意】 N95 マスクは製品によって全く形状、構造が異なります
ウイルスを捕集する高性能フィルターは表面には出ておらず、撥水加工された表面のフィルターの中に入っています。そのため、内部まで透過して不活化するのに必要な紫外線量は製品によって異なります。フィルター繊維の紫外線に対する耐性も調査が不十分です。
安易に N95 マスクを紫外線で再利用するのは控えて下さい。
均一に加熱する、マスクのホイル焼きが、不活化には最も適していると思われます。
蒸気滅菌（80℃30分）では捕集効率は下がらないことが確認されています。
今後、高橋先生と協力してオーブンで 100℃ 15分加熱後の捕集効率測定なども実施してみようと思います。
(2020/06/23 追加)
Application Note ・ UVP Crosslinker
https://www.bmbio.com/Portals/0/product/upload/849-95-0615_application.pdf
「FDA報告書によると、N95マスク表面のUVGI処理に必要十分線量は 1J/cm2となっています」*
として、UV-C による N95 マスク処理装置が販売されているようです。
表面での不活化に必要な量の 100倍ですから、透過率によっては妥当な数字と言えるかも知れません。
* Heimbuch, B. & Harnish, D. Research to mitigate a shortage of respiratory protection devices during public health
emergencies. (2019).
https://www.ara.com/sites/default/files/MitigateShortageofRespiratoryProtectionDevices_3.pdf
上記の FDA 報告、の原典です。275ページもある膨大なデータの報告書になっています。
さすがにまだ全然読めていません。誰か読んで内容を取りまとめて教えて下さい・・・・
COVID N95 DECON （英語のサイトです）
https://www.n95decon.org/publications
UV-C を用いての再利用
加熱による再利用
煮洗い、アルコール消毒、紫外線照射…ウイルス対策マスクの再利用は可能か？
http://j.people.com.cn/n3/2020/0203/c95952-9653703.html
マスクの再利用について、問題点を提唱している情報もあります。
ソースが中国ですので、何らかの意図が入っている可能性もありますが、
（紫外線照射についてもこちらの記事はどの程度の時間照射したかの情報もありません）
完璧に復活させられる訳では無い、と言う点は覚えておいても良いでしょう。
N95 はそう簡単に再処理できない、と言う点は一致しています。
いかに限られた資材でリスクを下げるか、を考える必要があります。
一方で過酸化水素蒸気を用いた再利用システムがアメリカでは開発されているようです。
医療用マスク不足の解消に前進。N95マスクの再利用を可能にする除染システムが開発される（アメリカ）
https://news.biglobe.ne.jp/trend/0424/kpa_200424_0516825781.html
これを受けて、厚労省から「N95 マスクの例外的取扱いについて」との事務連絡が出ています。
https://www.mhlw.go.jp/content/000621007.pdf
これによると、過酸化水素水プラズマ滅菌器を用いた再利用法、過酸化水素水滅菌器を用いた再利用法、１人に５枚のＮ95 マスクを配布し、5 日間のサイクルで毎日取り替える再利用法が挙げられています。
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アマゾンなどで紫外線消毒の製品（滅菌器）が大量に売られていますが、
照射強度が一切書かれていません。
中国製の蛍光管を用いた殺菌灯は、製品毎に出力が10倍ぐらい違い、
最も強い物でも国産の半分程度の強度であるため、
国産のランプに交換してマスクリーンを製造しています。
某大手イベント関係の会社から持ち込まれた LED を使用した製品を測定してみましたが、
BOX の中央部で 0.02mW/cm2 程度しか出ておらず、
マスクリーンS の 1/100 にすぎませんでした。
さらに悪質な製品では、BOX 底面中央部では UV-C どころか UV-A も検出限界以下でした。
直近で測定すると UV-C 3mW/cm2, UV-A 1.5mW/cm2 程度出ていますが、
15cm 程度深さの BOX に物を入れた場合、ギリギリ0.0009 mW/cm2 で表示されなかったとしても
謳い文句の通り99.9% 不活化するとしたら、7.5mJ/cm2 必要ですから、
8300秒ほどかかり、非現実的です。全く使い物になりません。
なお、測定を行ったプローブは厚さが 2cm程あるため、一般的な厚さの物品を模擬しています。
（掲載当初、一切放出されていないと書きましたが、ベタ付けでは検出されました。訂正します）
物としては大変良く出来ており、ふたが開くと電源が切れるなどの安全対策もされていますが、
肝心の紫外線が出ていないのでは、安全だと思って使った物で感染するという、
極めて危険な商品です。
アマゾンには同様の製品が多数出品されており、
どのように対策を行うのか問い合わせたところ、
「感染して死亡した場合、お手数ですが、当サイトにご連絡をお願い致します。
当サイトはお客様の問題が解決するまでにサポート致しますので、ご安心下さい」
との返事が来ました。
本人が死亡していた場合どう連絡するのでしょうか。
私はこの問題を極めて重く見ており、紫外線に関連した会社とも連携して消費者庁などに上げていくつもりです。
このサイトをご覧の皆様で同様の製品を購入された方、郵送頂ければ測定致しますので、
製品提供をお願い致します。返送料はこちらで負担致します。
(2020/07/15)追記
Amazon で4点ほど購入して測定を行ってみました。
その結果、5cm の距離では もっとも強い製品 で 0.04mW/cm2 程度で、
次いで 0.03mW/cm2 程度、
0.02mW/cm2 程度となり、
製品によっては検出限界以下となりました。
5cm の距離で照射できるのはせいぜい直径5cm程度の範囲で、
1/10000まで不活化する場合、0.04mW/cm2 の製品でもじっと250秒保持する必要があります。
99.9%(=1/1000) としても 3分以上です。とても現実的とは言えません。
さらに、使用した UV メーターは UV-C 用のプローブでも UV-A にも若干反応してしまうため、
直近でも 0.02mW/cm2 しか出なかった製品2点については、
UV-A LED では無いかと疑っていますが、
UV-A のプローブで測定した結果は UV-C プローブでの結果とほぼ同等で、
元々 UV-A のライトを使用するとUV-A の方がずっと強く出ますので、
一応 UV-C の可能性もあります。
UV 用の分光器が現在手元に無いため、測定出来次第報告致します。
いずれにしても、一般に出回っている LED で出せるのは 280nm 程度ですから、
ピークの 260nm よりもかなり落ちることは確かです。
詳細なレポートはこちら
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手先のウイルス不活化 BOX, Raise Your Hands IN Me
2020/05/29 MBS 毎日放送 ミント! 放送で取り上げて頂きました。
ただ単に UV-C 殺菌灯を 2本仕込んだ箱です。
本製品は一般向けでは無く、感染症患者受入れ病院や、BSL3 実験室など、
感染の恐れの高いプロ向けの製品です。手袋をしていることが前提です。
マグネットでスチール製ロッカーなどに貼付け、
下から手袋をした状態の手を入れて両面を同時に不活化します。
ランプから手指の距離は 3cm以下であり、現在使用している器具・ランプの組み合わせ
（5 cm で1.5 mW/cm2 以上を保証）では、
6秒以下で 1/10,000まで不活化が可能です。
手を最大限上げていくと手首部分の不活化も可能です
（タイベックスーツなどを着用していて皮膚の露出が無いこと前提です）。
マグネット貼付けのため、体格に合わせて高さを調整可能です。
フットスイッチにより手を触れずにON/OFF を行う事が可能で、感染を拡大しません。
手先が触れる可能性のある部分は紫外線照射を受けるため、
使用時は常に不活化されています。
ニトリル、ラテックスといった素材の手袋は、
一枚だけで至近距離からの UV-C 照射を十分遮蔽し、
手先の皮膚にダメージを与えることはありません。
現在、特注の一品物となっています。
需要に応じて量産を行います。
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