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紫外線とは何か？
紫外線とは波長が10～400 nm、すなわち可視光線より短く軟X線より長い不可視光線の電磁波である。紫外線は波長 200–280 nm以下だと殺菌効果が高くなる。生体に対する破壊性も強くなる。これを利用して殺菌灯がつくられる。
身近に紫外線を発光するものといえば、蛍光灯なのはご存じであろうか。蛍光灯は電子が水銀蒸気に当たることで、紫外線を発する。これが蛍光塗料に当たることで光っている。蛍光灯には水銀蒸気が低圧で入っているので水銀低圧灯ともいう。
蛍光灯の蛍光塗料をなくしたものが水銀殺菌灯である。ただ、普通のガラスは紫外線をカットするので、水銀殺菌灯には石英ガラスを使っている。
有用なLED紫外線殺菌
新型インフルエンザなど世界的な流行性疾患の増大傾向から、社会や生活の中での殺菌の必要性が今後ますます増している。殺菌手段の中でも紫外線による殺菌はドライ方式で多くの場面で使われており、水銀灯による紫外線が利用されている。
しかし、環境に好ましくない水銀を使うことや装置が大掛かりなことから、水銀フリーで手軽に殺菌できる紫外線LEDの開発が望まれている。LED照明はクリスマス電飾など省エネ的な光源として利用が広まっているが、紫外線発光するLEDはまだ実用化していない。水銀を使わない紫外線LEDの開発ができれば、どこでも簡便に使える殺菌灯として応用できる。
産総研では究極の半導体と呼ばれるダイヤモンド半導体の高品質化を進め、電子デバイス応用を目指した研究開発を進め、励起子と呼ばれる状態を使った新原理で235 nmの波長をもつ紫外線の光を発するLEDの開発を進めている。
安全・安定したダイヤモンドLED
今回、ダイヤモンドの品質の向上とデバイス構造を改良することにより、0.3 mWという実用化に近づく発光出力を持つダイヤモンドLEDの開発に成功し、実際に大腸菌を殺菌することを確認した。この成果は、どこでも使える殺菌灯としての実用化に道筋をつけるものである。
現在広く使われている窒化ガリウム系材料を用いたLEDでも紫外線を発光するLEDの開発が進められているが、波長が短くなるほど技術的に困難で、350 nm以下の波長のLEDは市販されていない。
ダイヤモンドは半導体としての性質でも優れた性質を持っていることは知られていたが、高品質化や加工が困難であったため、シリコンのように応用されることがなかった。産総研の研究グループはダイヤモンドの作製技術から電子デバイスに必要な技術やダイヤモンドの物理に関する知識を蓄積してきた。
その積み重ねに基づいて、ダイヤモンドの最初の電子デバイス実用化を目指して、ダイヤモンドに特徴的な励起子と呼ばれる状態を使って高効率の紫外線発光に成功した（2006年8月28日プレス発表）。この新原理LEDの光は波長235 nmであり殺菌に有効な紫外線である。今回、ダイヤモンドのさらなる高品質化とデバイス構造の改良により、発光効率の向上に成功し、殺菌に有効なことを実証した。
関連するニュース
殺菌能力持つダイヤモンドLED開発
紫外線を発する発光ダイオード(LED)を産業技術総合研究所の研究グループが開発した。紫外線照射は殺菌の有力な手段となっているが、現在広く使われている水銀灯は装置が大がかりな上、環境に有害な水銀を使用するという欠点を持つ。紫外線発光ダイオードは水銀灯に代わる殺菌装置として実用化が期待されている。
産業技術総合研究所の山崎聡・主幹研究員、牧野俊晴・研究員らが開発したのは、ダイヤモンドLEDで、0.3ミリワットという実用レベルに近い高出力の紫外線を発光する。
紫外線は菌のDNAに直接作用することで菌の増殖を抑える効果があり、DNAが吸収しやすい波長260ナノメーター前後の紫外線が特に殺菌効果が高い。現在254ナノメーターの紫外線を出す水銀灯が広く使われているが、LEDでは波長の短い光を出すのが難しく、350ナノメーター以下の波長を出すLEDはまだ実用化されていない。（サイエンスポータル 2010年2月9日）
参考HP 産業技術総合研究所プレスリリース「ダイヤモンドLEDで殺菌を確認」・Wikipedia「紫外線」「紫外線殺菌灯」
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