世界初、ワット級高出力動作の深紫外LED小型ハンディ照射機の開発に成功

深紫外光と呼ばれる、極めて強い殺菌作用を持つ光を発する深紫外LED（発光ダイオード）に高い関心が集まっています。NICTでは、東京大学医科学研究所と共同で、発光波長265 nm帯の深紫外LEDが、液体中並びにエアロゾル中の新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）に対して極めて高い不活性化効果を有することを世界で初めて定量的に明らかにしました（2022年3月18日の報道発表参照）。これにより、深紫外LEDは、接触感染やエアロゾル感染を介した感染拡大を抑制するための画期的なツールとして期待されていました。

深紫外光を用いたウイルス殺菌応用においては、深紫外LEDから発せられるパワー（光出力）をどれだけ高められるかが実用上、最も重要なファクターとなります。しかし、これまでの深紫外LEDを用いたハンディ照射機は、光出力が小さなものしかなく（数十mW（ミリワット） 程度）、短い時間で殺菌しようとした場合、殺菌できる有効範囲が直径数cm程度内に限られるなど、パワーを必要とする殺菌応用においては、その実用性に問題がありました。

このため、従来、広範囲の殺菌などに向けた高出力用途の深紫外光源としては、水銀ランプが主に用いられてきました。しかし、水銀ランプは、人の健康や環境に有害な水銀を含み、2017年発効の「水銀に関する水俣条約」により、その廃絶に向けた国際的な取組が加速しています。また、水銀ランプやエキシマランプ等のガス放電式ランプは、ガスを封入するガラス管が割れやすく、光源のサイズや駆動電源が大掛かりとなるなど、持ち運びに不向きで、その利用範囲は限定されていました。

このような背景から、水銀を使用せず、どこにでも持ち運びできる小型ハンディ機で、広範囲のウイルスを迅速に殺菌可能な高出力深紫外LEDハンディ照射機の開発が切望されていました。

NICTの当研究グループは、これまで、高出力な深紫外LEDの研究開発とその実用化に向けた取組を積極的に推進してきました。内部光吸収や光出力飽和現象（効率ドループ）の抑制を可能とするナノ光構造技術を基盤とした深紫外LEDの研究により、深紫外LEDの単チップ当たりの世界最高出力の記録を何度も大幅に更新（光出力500 mW超）するなど、本分野をリードする成果を発表してきました（2022年3月18日、2017年4月4日及び2015年4月1日の報道発表参照）。NICTは、低環境負荷で、小型、高出力な深紫外LEDの実現に大きく貢献しています。

今回、最も殺菌性能の高い波長265 nm帯の発光ピークを示す高強度深紫外LEDチップ技術を用いて、LEDチップを高放熱実装基板に高密度マルチチップ実装することにより、光出力8 Wを超えるワット級高出力動作の深紫外LEDハンディ照射機を世界に先駆け開発することに成功しました（補足資料 図1、2参照）。高強度深紫外LED技術により、実装基板や駆動電源、バッテリーも含めて全て小型化、筺体内に収納することが可能となり、どこにでも持ち運べるワット級の小型ハンディ機を実現しました。

続いて、今回開発した深紫外LEDハンディ照射機を用いて、豚コロナウイルス（PEDV）に対する照射効果を評価しました。ウイルス液を滴下した複数のシャーレを同心円状に均等に配置し、その真上から光出力を5 Wに設定し深紫外光を照射しました（補足資料 図3参照）。ウイルス試験については外部検査機関に照射機を持ち込んで実験を行い、照射後のウイルス液を直ちに回収しTCID₅₀法によりウイルス力価（感染性を有するウイルス量）を測定しました。

その結果、直径30 cmの範囲内のウイルスへの深紫外光照射の場合、0.97秒の照射で99.9 %、3秒の照射で99.99 %のウイルスが不活性化されました。また、より広い直径100 cmの範囲内のウイルスへの深紫外光照射の場合、12.86秒の照射で99.9 %、27.17秒の照射で99.99 %のウイルスが不活性化されました（補足資料 図4及び表1参照）。

ワット級光出力の265 nm帯深紫外LEDハンディ照射機を実現することにより、広範囲（直径100 cm内）のウイルスを非常に短い照射時間（30秒以下）で99.99 %以上不活性化できることを初めて実証しました。これまでは、持ち運びできる高出力な小型照射機がなく、広範囲のウイルスを短時間で殺菌することは不可能で、利用可能なシーンは限られていましたが、本成果により、深紫外光を活用した殺菌応用の可能性が飛躍的に広がり、その社会普及を一段と加速させる技術として期待されます。