Arduino制御のスマートUV-C＆熱フェイスマスク消毒デバイス

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Seeed Grove 赤外線温度センサ	1	周囲温度測定用
Arduino UNO Rev3	1	制御用メインボード
Seeed Base Shield V2	1	Groveモジュール接続用
Seeed Grove 光センサ (P) v1.1	1	UV-C照度監視用
Adafruit 4桁英数字ディスプレイ（白色、I2Cバックパック付）	1	温度・残り時間表示
Seeed 12mmドーム型プッシュボタン	1	サイクル開始/リセット用
ピエゾスピーカー	1	アラーム・完了音用
ACアダプタ 12V 1.2A	1	Arduino電源用

プロジェクト概要

フェイスマスク消毒デバイス

UV-C／熱併用、Arduino制御、SARS-CoV-2対応マスク消毒装置

本プロジェクトはクリエイティブ・コモンズ「表示-非営利-継承 4.0 国際 (CC BY-NC-SA 4.0)」ライセンスで公開されています。

免責事項： 本ドキュメントは「善人の法則（Good Samaritan Law）」の適用を受けます。

原文公開：https://www.needlab.org/face-masks-disinfection-device

はじめに

FFP1/FFP2マスク（N95相当）は感染症流行時の不可欠な防護具です。本来使い捨てですが、危機的状況では再利用が避けられず、消毒手段が必要です（文献1）。COVID-19パンデミックでは、病院・研究施設で紫外線殺菌照射（UVGI）や加熱消毒が実施されていますが、脆弱な層ではこれらが利用できません。SARS-CoV-2はサージカルマスク表面で7日後も感染力を保持することが報告されています（文献2）。

本プロジェクトは、低コスト・携帯可能で、UVGIと乾熱を併用し、SARS-CoVウイルスを不活化できるデバイスを、必要な人が自作できるようにすることを目的としています。

DIY製作手順

デバイス構成図

主要仕様：

• 温度維持範囲：65±5℃
• 光源：UV-C波長（254nm付近）を出力するランプ
• 消毒サイクル：最低30分（推奨：30分以内。マスク劣化リスク低減のため）

デバイス寸法

初期加熱テスト

加熱システムの製作

• 直径22cmのフライパン（IH対応、取っ手除去）
• フライパン内面をアルミ箔で覆い、UV-C反射板兼用
• 箱底面中央に直径20cmの穴を開け、フライパンを配置
• フライパンが箱の木部に触れないよう、金属ブラケット4本で支持（熱効率確保）

重要： フライパンと木箱が接触すると熱効率が下がります。穴径とブラケット形状を以下のように設計してください。

トップカバー（蓋）の製作

UV-Cシステム

水槽用殺菌灯キット（11W）からUV-Cランプを取り出し、トップカバー両端に固定。ランプはジップタイ＋柔らかいパッドで固定。上面はアルミ箔で覆い反射効率向上。石英ガラス管（クォーツチューブ）が入手できない場合、普通のガラスはUV-Cを遮断するため使用不可。

⚠️ 警告：UV-Cの危険性

UV-C放射は目と皮膚に極めて危険です。蓋が閉じている時のみUV-C点灯、開いている時は必ず消灯するインターロック機構を設けてください。

Horror Coder氏からの重要な指摘（コメント欄参照）：

「目に見える光は全放射の3-4%に過ぎない。箱が完全に遮光されているか、高輝度LEDライト（ランプの10倍以上の明るさ）を箱内に入れ、真っ暗な部屋で光漏れがないか徹底確認してください。全ての穴を塞ぎ、フォームガスケットやフチで遮光してください。」

内面のアルミ箔貼り付け

側面・上面をアルミ箔で覆い、UV-Cを反射させて照射ムラを低減。両面テープで固定、エッジはダクトテープで保護。

ワイヤーラック（マスク配置用）

底面から120mmの高さに、銅線（30mmピッチ）でラックを自作。前後面の小穴を通して固定。

Arduinoとセンサのセットアップ

Arduino構成概要

部品表（入手先リンク付き）

• Arduino UNO Rev3：Seeed Studio
• Grove Base Shield V2：Seeed Studio
• Grove 赤外線温度センサ：Seeed Studio
• Grove 光センサ(P)：Seeed Studio
• プッシュボタン：Seeed Studio
• ピエゾスピーカー：Gotronic
• 4桁英数字ディスプレイ（I2C）：Adafruit
• ACアダプタ 12V 1.2A：Seeed Studio

温度・光センサ接続

参考：Arduino用温度センサベンチマーク

Arduino制御ロジック（ステートマシン）

• INIT：温度表示。70℃到達まで待機。ボタン押下でCOUNTへ。
• COUNT：残り時間（30→0分）と温度を交互表示。温度低下或いはUV消灯でERRへ移行。1秒ごとにドット点滅。
• END：正常完了。ブザー鳴動。ボタンでINITへ戻る。
• ERR：エラー（温度不足/UV消灯/過熱）。ブザー鳴動。ボタンでINITへ戻る。

アラーム条件： (1) ERR状態 (2) 温度75℃超過

Arduinoソースコード

完全なコード：https://pastebin.com/zgK7zfMh

必要な外部ライブラリ：

• Adafruit_LEDBackpack.h：Adafruit学習ガイド
• Metro.h：GitHub

ユーザーマニュアル

1. デバイスをIHヒーター（または抵抗ヒーター）の上に置く
2. Arduino電源ON
3. 蓋を閉め、IHを70-80%出力で加熱開始
4. 60℃に達したらIH出力を30%に下げる
5. 蓋を開け、マスクをラックに載せ、蓋を閉める
6. ボタンを押して開始 → 残り時間30分表示
7. 0分になるとブザーで通知
8. 再度ボタンを押すとINIT状態に戻り、次のサイクルへ

注：COUNT状態中、タイマーと温度表示の間のドットが1秒ごとに点滅します。

温度サイクル実測データ

ウイルス熱不活化のエビデンス

湿熱（100℃未満）による微生物死滅はパスツール以来知られています。本装置は乾熱を採用。SARS-CoVは56℃で30-90分、65℃で20-60分、75℃で30-45分でほぼ完全不活化（文献7,8）。SARS-CoV-2は56℃で30分、70℃で5分で感染力消失（文献2）。マスク機能維持とのバランスから、65℃・30分をプロトコルとして採用。

マスクへの殺菌プロトコル実績

インフルエンザウイルス（ssRNAウイルス、コロナと類似）に対し、UVGI（~1 J/cm²）、UVGI（~18 J/cm²）、湿熱65±5℃・3時間でマスク消毒有効との報告（文献10,11）。コロナウイルスでのマスク実証は未報告だが、類似効果が期待される。

推奨運用手順

使用済みマスクの個人管理、消毒サイクル回数カウント、消毒済みマスクの包装方法等については、ネブラスカ医科大学の論文「N95 Filtering Facepiece Respirator Ultraviolet Germicidal Irradiation (UVGI) Process for Decontamination and Reuse」を参照推奨。

n-95-decon-process.pdf

結論

集積されたエビデンスと技術的制約から、UV-C照射＋乾熱65±5℃・30分の併用プロトコルを採用。単独でもほぼ完全不活化が期待でき、併用で更なる安全マージン確保。

安全上の注意

• UV-Cは皮膚・目に有害。蓋閉鎖時のみ点灯するインターロック必須
• 金属部品（フライパン等）は加熱後高温。火傷注意

免責事項

本デバイスによるSARS-CoV-2不活化は、利用可能な科学的エビデンスに基づき「ほぼ確実」ですが、本デバイスを用いた正式な実験室検証は未実施です。マスクろ過性能への影響も事前評価困難です。使用は自己判断・自己責任でお願いします。

今後の展開（V2開発中）

• 寸法拡大でマスク収納数増加
• CNCフライス/レーザーカッター両対応データ提供
• 加熱方式3択：IH、ホットプレート、赤外線放射（PID温度制御付き）
• 2×16 LCDディスプレイ採用
• モード選択：熱＋UV-C / 熱のみ / UV-Cのみ
• 温度センサ選択肢拡充

専門ラボとの連携でプロセス検証を進めています。

アップデート履歴

6月11日： V2で12枚のFFP2/N95マスク同時消毒に成功。OPT 1位受賞、モロッコの大学と現地生産協力中。

9月2日： V2プロジェクトをHackadayに公開：hackaday.io

チーム

Jean Noel Lefebvre, Daniel Moreno, Dr Alejandra Duque, Dr Felipe Gutiérrez Arango, Jason Knight, Maria Isabel Velez Isaza, Sameera Chukkapalli.

#COVID19DetectProtect

参考文献

1. CDC. Recommended Guidance for Extended Use and Limited Reuse of N95 Filtering Facepiece Respirators in Healthcare Settings. 2019.
2. Chin A et al. Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions. medRxiv. 2020.
3. Tseng CC, Li CS. Inactivation of Viruses on Surfaces by Ultraviolet Germicidal Irradiation. J Occup Environ Hyg. 2007.
4. Hackerfarm. HOWTO: NUKEMETER – Measuring UV-C Light Intensity. 2020.
5. van Doremalen N et al. Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2. N Engl J Med. 2020.
6. Kariwa H et al. Inactivation of SARS coronavirus. Jpn J Vet Res. 2004.
7. Duan SM et al. Stability of SARS Coronavirus. Biomed Environ Sci. 2003.
8. Darnell ME et al. Inactivation of the coronavirus that induces SARS. J Virol Methods. 2004.
9. Ansaldi F et al. SARS-CoV, influenza A and syncitial respiratory virus resistance. 2004.
10. Mills D et al. Ultraviolet germicidal irradiation of influenza-contaminated N95. Am J Infect Control. 2018.
11. Lore MB et al. Effectiveness of Three Decontamination Treatments. Ann Occup Hyg. 2012.
12. Lindsley WG et al. Effects of UVGI on N95 Respirator Filtration. J Occup Environ Hyg. 2015.
13. Viscusi DJ et al. Evaluation of Five Decontamination Methods. Ann Occup Hyg. 2009.
14. Bergman MS et al. Evaluation of Multiple (3-Cycle) Decontamination Processing. J Eng Fiber Fabr. 2010.
15. Kampf G et al. Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces. J Hosp Infect. 2020.

コード

TheBox V1 (C/C++)

完全なスケッチは Pastebin を参照。主要ライブラリ：Adafruit_LEDBackpack, Metro。

回路図