新型コロナウイルスは紫外線ランプで殺菌できるのか?

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 中国、武漢市に端を発した新型コロナウイルス(肺炎)の蔓延に不安を感じておられる方も多いと思います。幸いなことにコロナウイルスはエンベロープと呼ばれる脂肪膜に包まれた構造をしているのでアルコール消毒や界面活性剤が効くのですが、自分の手や食器は洗えても、防水機能を持たないスマホは消毒することが出来ませんし、身の周りの物を消毒しても空気感染に対しては効果がありません。
 物を濡らさず消毒出来て空間も消毒することが出来る器械は無いものかと考えた所、紫外線ランプが思い浮かびました。紫外線ランプは理髪店や針灸院で器具を殺菌するのに使用されたり、観賞用の水槽に苔が生えるのを防止するためにも使われています。果たして紫外線ランプはコロナウイルスに対しても効果があるのか?
もし効果があるとしたらどれくらいの出力のランプが必要なのか調べていきます。

そもそもなぜ紫外線で殺菌出来るのか?

 素朴な疑問ですがなぜ菌やウイルスを紫外線で殺菌出来るのでしょうか?実は紫外線殺菌のメカニズムは現在でも完全には解明されていません。紫外線ランプを製造しているメーカーのwebサイトでは以下のように説明されていました。

細菌はその細胞の中に核を持ち、遺伝情報をつかさどるDNA(デオキシリボ核酸)がその中に存在しています。このDNAの光の吸収スペクトルは図-2のように、260nm波長付近に吸収帯を持っています。また、紫外線の菌類への殺菌効果の波長特性は図-3に示すとおりですが、この2つの図を比較するとわかるように、DNAの吸収スペクトルと殺菌効果の波長特性は、非常に近似しています。そこで、紫外線を細菌に照射すれば、細菌細胞内のDNAに作用して、水和現象、ダイマー形成、分解などの光化学反応をひき起こし、その結果、菌類が死滅に至るものと考えられています。なかでもDNAのチミンのダイマー形成が一般的な説となされ、図-3に示すように、260nm付近の波長をもつ紫外線の殺菌効果が最も高いとされています。

細菌は紫外線の一種の260nmの光を浴びると遺伝子が傷つけられて死滅するそうです。「チミン」「ダイマー形成」という聞きなれない言葉が出てきましたが乱暴に説明するなら遺伝子配列に起こるエラーです。細胞は細胞分裂する時に自身の遺伝子を読み込みますが、ダイマー形成された部分は読み込むことが出来なくなります。細胞分裂できなくなると新しい細胞を生み出せなくなり菌は死滅します。

コロナウイルスには効果はあるのか?

 先ほどの紫外線ランプを製造しているメーカーのサイトには各種の微生物を死滅させるために必要な紫外線照射量をまとめた表(図-4)がありましたので、その中から知名度の高いものを抜粋してご紹介します。菌の名前と99.9% 不活化に必要な紫外線照射量 (mJ/cm²) を記載します。

大腸菌9.8
赤痢菌(志賀菌) 4.3
コレラ菌 10.2
チフス菌 7.5
結核菌 18
ビール酵母 18.9
A型肝炎ウイルス 11
インフルエンザウイルス 6.6
ロタウイルス 24
ポリオウイルス 12
チーズ 26.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

余談ですがビール酵母とチーズに生える緑カビが紫外線に対して高い耐性を持っていることが分かりました。感染すると重篤な症状が出る菌だからと言って紫外線に強いとは限らないのが興味深いですね。さて、気になるコロナウイルスですが残念ながらソース元の表には記載されておりませんでした。そこでコロナウイルスと似た構造のウイルスを選ぶことにします。コロナウイルスは
RNAウイルスニドウイルス目コロナウイルス科」に分類されるウイルスなので表の中のRNAウイルスを選びその中で一番耐性が強いウイルスをコロナウイルスの代替とします。
抜粋した表のA型肝炎ウイルスからポリオウイルスまですべてRNAウイルスです。その中で一番耐性が強いのは「ロタウイルス」の24 mJ/cm² でしたのでこれを基準に考えましょう。

コロナウイルス代替「ロタウイルス」を殺菌するには?

「ロタウイルス」を殺菌するのに必要な24 mJ/cm²を満たすにはどれくらいの出力の紫外線ランプが必要なのでしょうか? 日焼けサロンのように対象の表面に紫外線を当てて殺菌する場合と空気清浄機のように空間を殺菌する場合では必要な出力が異なります。

表面殺菌の場合

高出力表面殺菌装置MHG 100W 4灯用を使用して、 枯草菌(芽胞) に対して53mmの距離から2.4秒間照射した場合99.999%の菌が殺菌されました。 枯草菌(芽胞) を殺菌するのに必要なエネルギーは33.3 mJ/cm² (図-4) でしたのでロタウイルスも殺菌出来ることが読み取れます。
つまり100Wの紫外線ランプを4灯使用すると2.4秒でコロナウイルスを殺菌できると推測出来ます。この試験ではベルトコンベアで流れてくる製品を殺菌することを想定していたため照射時間が2.4秒と短めでしたが自分の身の回りの物を殺菌するなら照射時間の制限はありませんから、時間さえかければそこまで出力の高くない紫外線ランプでも問題はなさそうですね。

空間殺菌の場合

前述のサイトに空気中の大腸菌を殺菌したい場合の計算式が載っていましたのでこれを利用します。

室内空気殺菌の殺菌灯数の算出

N: 必要灯数
H:灯具と天井の距離(m)
V:部屋の容積(m³)
F:器具による係数
15W吊り下げ形:1.5
15Wトラフ形:0.72
10Wトラフ形:0.29

この条件は空気の対流が理想的に行われ、他に汚染のない状態で、9分後に大腸菌の殺菌率を99.9%にすることが期待できる灯数を求めるものです。

吊り下げ形は一般に上向き点灯で使用されていますが、効果を上げるために、上下方向を回転できる手動、自動装置も開発されています。また、トラフ形は、換気ダクトに設置され空気殺菌を行います。

ここでは15W吊り下げ型に当てはめます。すると
N=0.03V/Hとなります。
仮に10畳(江戸間)の部屋に設置すると想定すると 10 畳 = 4.68 坪 = 15.47 ㎡ です。
部屋の高さは一般的なマンションの天井高である2.4mとします。
天井から10cmの所にランプを設置します。
式に当てはめると…
N=0.03 x 15.47 x 2.4 /0.1=11.14
この式は大腸菌を殺菌する際の式なのでロタウイルス用に直します。
11.24 x 24 / 9.8= 27.53
15Wのランプが28個必要という計算結果になりました。つまり単純に考えると420Wの出力が必要であることが分かります。実際に紫外線ランプを購入するとなるといくらくらいになるのでしょうか?Amazonで調べてみました。検索すると多数ヒットするのですが出力が記載されているものに絞って調べました。

420/25=16.8 で17つ必要なので1588×17=26996円必要であることが分かりました。

まとめ

 新型コロナウイルスが他のRNAウイルス(ロタウイルス)と同じ形質を持っているとすれば紫外線ランプによる殺菌は有効だと言えます。そして表面殺菌したい場合は照射時間によって必要な出力は変わってくるので必要なワット数は一概には言えませんが、部屋の空気を殺菌する空間殺菌の場合は10畳の部屋当たり420Wの出力が必要だと言うことが分かりました。
もっとも、この結果はあくまでも素人が適当に計算したものですのであまり真に受けないで下さいね。

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