日本國立研究開發法人情報通信研究機構（以下簡稱「NICT」）未來ICT研究所的井上振一郎室長等人的研究團隊與旭化成株式會社（以下簡稱「旭化成」）合作，成功開發出一種搭載波長為265奈米的高強度深紫外LED的鐵路車廂空氣殺菌模組，並在靜岡鐵路實際運行的列車中進行了性能實際驗證。
圖1：搭載了本次開發的高強度深紫外LED空氣殺菌模組的鐵路車廂（供圖：NICT、旭化成株式會社）
研究團隊基於奈米光結構技術，推進氮化鋁鎵（AlGaN）系深紫外LED的研究，並成功開發出可與水銀燈媲美的瓦級深紫外LED攜帶型照射設備。此外，NICT還成功開發出全球首款可控制配光角的深紫外LED，無需使用透鏡或光學部件即可高效地將深紫外光照射到所需區域。同時，NICT還與東京大學醫科學研究所合作，全球首次定量證實了發光波長為265奈米的深紫外LED對氣溶膠中的新型冠狀病毒具有極高的滅活效果。
經歷新冠疫情後，公共交通設施的衛生管理的重要性日益凸顯。在鐵路車廂等大量乘客長時間共處的密閉空間中，降低氣溶膠感染的風險成為當務之急。
然而，既往的深紫外線殺菌技術存在諸多問題，例如使用的水銀燈含有對人體和環境有害的水銀且容易破裂，以及光源尺寸和驅動電源龐大等。
深紫外LED雖然具有小型化、低環境負荷和使用壽命長等優異特性，但其輸出功率較弱。
為解決上述問題，擁有可與水銀燈媲美的高強度深紫外LED技術的NICT，與在深紫外LED量產和應用開發方面具有豐富經驗的旭化成合作，成功開發出了適用於鐵路車廂的低環境負荷、節能型高強度深紫外LED空氣殺菌模組。
研究團隊將該模組緊湊地安裝在了靜岡鐵路列車車廂的門楣內部，並對其性能進行了驗證。該模組會吸入車廂內含有病毒的空氣，通過內部深紫外光照射滅活病毒後，將潔淨空氣排出。
為評估該模組對空氣中懸浮病毒的滅活性能，研究團隊在25立方米的空間中使用氣溶膠發生器噴灑試驗用病毒（大腸桿菌噬菌體MS2），並通過噬菌斑法測量了模組的耗電能與供電時間對病毒滅活量的影響。同時，研究團隊還製作了使用低氣壓水銀燈的參照模組進行對比實驗。
耗電能評估結果顯示，與使用水銀燈的模組相比，高強度深紫外LED空氣殺菌模組在實現99.9%病毒滅活率的情況下，耗電能減少了40.7%。
研究團隊在實際載客運行的鐵路車廂中進行了為期一個月的試運行，確認了該模組能夠安全穩定地運行。
此外，研究團隊還使用了搭載多個500毫瓦輸出功率深紫外LED的同類型模組進行測試，結果顯示，運行35分鐘可滅活90%的病毒，運行71分鐘可滅活99%的病毒，運行106分鐘可滅活99.9%的病毒。相比之下，使用水銀燈的模組需要188分鐘才能實現99.9%的病毒滅活率。
上述結果顯示，此次開發的模組在病毒滅活所需時間上比水銀燈縮短了43.6%。
未來，NICT和旭化成將採取與相關企業合作等舉措，進一步推進高強度深紫外LED空氣殺菌模組的社會化應用。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
