発行所 (株)ティー・アイ・シィー
2010年5月15日第1版第1刷発行
B5版
300ページ

「ソノプロセス」とは超音波の化学工学的応用を指すが,超音波を溶液中に照射することにより発生するキャビテーション気泡という数ミクロンの「泡」の作用を用いることが多い.この「泡」は超音波により振動し,圧壊,マイクロストリーミングなどの特異な現象を引き起こす.気泡の圧壊時には,ピコ秒オーダーの短い時間ではあるが,気泡内部は数千度,数百気圧といった極限状態となり,OHラジカルの発生などの化学反応を引き起こす.超音波による環境汚染物質の分解やナノ粒子の合成などが可能となるのは,このような「泡」によるエネルギー集中が起きているためと考えることができる.ヴィーナスが海の泡から誕生したというギリシャ神話をご存知と思うが,生命の起源を海の「泡」に求めることも不可能ではない.
　一方,「マイクロ・ナノバブル」は気体を機械的せん断力などでミクロの大きさまで細かくして液体に分散した気泡であり,気体の溶解が容易であることなどの特徴を有し,すでに水環境浄化,養殖や水耕栽培などの水産・農業分野などで活発な実用化が進められている.また,重要な化学プロセスの一つとして成長しつつある.
　また,特異な発達を遂げているタンパク質などの殻をかぶった「マイクロバブル」は,従来,超音波診断用の造影剤として開発が進められてきたものである.超音波と「泡」は強く相互作用し,医療診断装置の進歩とともに,鮮明なイメージを医師に提供することによって,ガンの早期診断などに活用されている.さらに重要なことには,「泡」の殻や内部に薬用成分を含ませることにより,リアルタイムで病変患部を観察しながら,「泡」の輸送や破壊を超音波で制御して,ドラッグデリバリーや治療を実現しようという試みが実を結びつつある点であろう.　(飯田康夫　-巻頭言-より)

本書は,これまでに月刊「マテリアルインテグレーション」で紹介された記事を中心に再編集しました.広い方々へのご参考となるものと信じております.

第I部　基礎編　
第1章 マイクロ.ナノバブルの基礎と応用
第1節 マイクロバブルとナノバブルの基礎と工学的応用
1 はじめに
2 マイクロバブルの生成方法
2.1 加圧溶解型マイクロバブル発生装置
2.2 気液二相流旋回型マイクロバブル発生装置
3 マイクロバブルの自己加圧効果
3.1 マイクロバブルの上昇速度
3.2 マイクロバブルの内部圧力の上昇
3.3 溶解ガス濃度の増加
3.4 マイクロバブルを利用したガスハイドレートの製造
4 マイクロバブルの表面電荷の濃縮とフリーラジカルの発生
4.1 気泡の表面電位
4.2 マイクロバブルの消滅時におけるフリーラジカルの発生
4.3 フリーラジカルの発生メカニズム
4.4 マイクロバブルを利用した排水処理技術
5 マイクロバブルの表面電荷の濃縮とナノバブルとしての安定化
5.1 マイクロバブルの縮小過程における一時的安定化
5.2 ナノバブルの安定化メカニズム
5.3 長期持続性を持ったナノバブル
酸素ナノバブル
オゾンナノバブル
5.4 ナノバブルの解析方法
動的光散乱光度計による測定
電子スピン共鳴法 (ESR) による計測
5.5 ナノバブルの応用事例
6 おわりに

第2節 ソノケミストリーのコンピュータシミュレーション
1 はじめに
2 コンピュータシミュレーション
2.1 理論モデル
2.2 ホーン型と定在波型の違い
2.3 定在波型における酸素原子の生成
3 まとめ

第2章 マイクロバブルと超音波化学作用
第1節 単一気泡の化学作用
2 超音波照射により生成した気泡の化学作用
3 単一気泡による亜硝酸イオン,硝酸イオンの生成
4 亜硝酸イオンと硝酸イオンの生成量からみた単一気泡の化学作用の効率
5 亜硝酸イオンと硝酸イオンの生成比に対する考察
6 おわりに

第2節 水の超音波化学反応とその展開
1 はじめに
2 水の超音波化学反応
3 水素の利用
3.1 水または水溶性有機化合物からの水素生成
3.2 二酸化炭素の還元
4 過酸化水素の利用
4.1 酸素--アルゴン雰囲気における水からの過酸化水素生成
4.2 光触媒反応との協同効果(超音波光触媒反応)
5 まとめ

第3節 粒子添加が超音波化学反応に及ぼす影響
1 はじめに
2 実験
2.1 吸光度測定
2.2 キャビテーションノイズの測定
2.3 液温の時間変化測定
3 結果と考察
4 結論
　
第3章 マイクロバブルへのエネルギー付与効果と応用
第1節 マイクロバブルが滞留する液相へのエネルギー付与効果---超音波,マイクロ波---
1 はじめに
2 マイクロバブルが滞留する液相への外部エネルギー付与によりどのような新規反応場の創成が期待できるか
2.1 外部エネルギーをいずれの相に作用させるか
2.2 気泡の微細化との複合効果は
3 超音波・マイクロ波エネルギー付与の位置付けと期待される照射効果
3.1 超音波とマイクロ波の周波数の比較
3.2 マイクロバブルが滞留する水溶液への超音波照射効果
3.3 マイクロバブルが滞留する水溶液へのマイクロ波照射効果
4 オゾンマイクロバブル/超音波照射複合法を用いた有機化合物の分解
4.1 マイクロバブル発生装置と超音波照射装置を組み込んだ実験装置の概要
4.2 気泡の微細化が超音波によるメチレンブルーの分解促進に及ぼす影響
5 二酸化炭素マイクロバブル/マイクロ波照射複合法を用いた炭酸リチウムナノ粒子の製造
5.1 導波管型マイクロ波照射装置の概要
5.2 マイクロ波照射下でのマイクロバブルの滞留がナノ粒子の生成に及ぼす影響
6 おわりに

第2節 二酸化チタンへの超音波照射によって発生するラジカルの応用
1 はじめに
2 二酸化チタンへの超音波照射とOHラジカルの生成
2.1 OHラジカルの簡易定量法
2.2 OHラジカルの生成
2.3 OHラジカル捕捉剤の添加効果
3 OHラジカルによる有害物質の分解
3.1 塩基性色素メチレンブルーの脱色効果
3.2 内分泌撹乱物質ビスフェノールA及びペンタクロロフェノールの分解
4 二酸化チタン・超音波照射法による殺菌評価
4.1 細胞増殖への影響
4.2 細胞膜の損傷
4.3 細胞膜損傷によるゲノムDNA漏出とDNA損傷
4.4 OHラジカルの関与
5 おわりに

第II部　材料合成・制御編
第1章 無機材料合成へのソノプロセス応用
第1節 機能性酸化物セラミックのソノプロセス
1 はじめに
2 ソノエレクトロケミカルプロセスによるチタニアナノ構造の制御
2.1 硝酸水溶液におけるメソポーラスチタニアの合成
2.2 硫酸水溶液における結晶質チタニア製膜
2.3 フッ素イオン存在下でのチタニアナノチューブ合成
3 マグネタイトナノ粒子のソノプロセス
3.1 ソノケミカル酸化とマグネタイトの磁気特性
3.2 ソノケミカル被覆による分散安定性向上
4 むすびにかえて

第2節 ソノケミストリーとセラミックナノ粒子プロセシング
1 はじめに
2 過飽和溶液からの核生成に対する超音波照射効果
3 磁性ナノ粒子のソノプロセス
3.1 生成促進
3.2 酸化促進
3.3 粒径制御
4 重合反応の関与する微粒子合成
4.1 シリカ球状粒子のソノケミカル重合
4.2 ベンゼン誘導体を用いた炭素基微粒子合成
5 ソフトソニケーション(微弱超音波照射)による出発溶液改質の可能性
6 おわりに

第3節 超音波エマルションを利用した機能性無機ナノ粒子の新規合成法
1 はじめに
2 超音波を用いた無機材料合成プロセス反応場
3 W/Oエマルションを用いたナノ粒子合成
4 亜鉛フェライトの合成
5 まとめ

第2章 複合材料合成へのソノプロセス応用
第1節 超音波エコ・デザインによるナノ複合材料創製技術
1 はじめに
2 金属ナノ粒子における環境負荷とコストの関係
3 超音波とソノケミカルプロセス
4 貴金属ナノ粒子のためのエコ・ファブリケーションデザイン
5 無機材料への貴金属ナノ粒子担持
6 有機材料への貴金属ナノ粒子複合化
7 単分散ナノ粒子への応用
8 分解生製と反応のメカニズム
9 求められる技術
10 最後に
　　
第2節 超音波による貴金属/磁性体複合ナノ粒子の合成と磁気分離キャリアへの応用
1 背景
2 金/ -酸化鉄複合ナノ粒子の調製
3 含硫化合物の磁気分離
4 おわりに

第3章 材料の構造制御へのソノプロセス応用
第1節 パラフィンのエマルション等を利用した金属酸化物多孔体材料の調製
1 はじめに
2 エマルションの安定化と破壊
3 超音波とエマルション
4 エマルションをテンプレートした多孔体の作製
5 酵母をテンプレートした多孔体の作製
6 まとめ

第2節 超音波効果を利用する導電性高分子材料の構造制御型合成
1 はじめに
2 超音波効果を利用する導電性高分子膜の電解合成
3 超音波効果を利用する導電性高分子コロイドの合成
4 超音波効果を利用する導電性高分子/カーボンファイバー複合材料の合成
5 おわりに
　
第4章 有機合成へのソノプロセス応用
第1節 超音波有機合成
1 はじめに
2 ヒドロキシラジカルの創生と置換ポリフェノールの合成
3 超音波照射下でのアミンーシリカゲルを用いたアルドール合成
4 ソノケミカルスイッチによる有機合成反応の選択性
5 超音波照射を用いた置換フェノールのアルコキシ化
6 超音波照射下でのマロン酸エステルの二量体生成
7 超音波照射を用いる亜鉛による電子移動反応
8 マイケル付加反応への超音波照射の効果
9 おわりに

第2節 超音波反応場における刺激応答型高分子ゲルの合成
1 はじめに
2 超音波反応場における刺激応答型高分子ゲルの合成
3 ゲルの相挙動
4 ゲルの構造
5 ゲルの金属イオン吸着性
6 おわりに

第5章 微粒子分散
第1節 ナノダイヤモンド微粒子の分散性改善に関する研究
1 はじめに
2 実験方法
3 実験結果および考察
3.1 音響キャビテーションの発生
3.2 ナノダイヤモンド微粒子の粒径分布とゼータ電位
4 結論

第III部　応用編
第1章 農・水産業,食品分野への応用
第1節 マイクロバブルの農業分野への利用の可能性
1 はじめに
2 オゾンマイクロバブルの溶存オゾン保持時間
3 オゾンマイクロバブルの殺菌効果保持時間
4 オゾンマイクロバブルによる培養液の殺菌効果
5 オゾンマイクロバブルが培養液の肥料組成及び植物体に及ぼす影響
6 まとめ

第2節 マイクロバブルの水産・養殖分野への応用
1 はじめに
2 世界の養殖事情
3 閉鎖循環飼育の現状とシステム開発
4 閉鎖循環飼育の効果
5 魚類飼育での泡の効果
6 魚類飼育にマイクロバブルを用いる場合の課題
7 水産・海洋でのマイクロバブルの応用技術
8 終わりに

第3節 超音波を利用した超淡麗辛口酒の製造と水溶液からのエタノール濃縮
1 はじめに
2 日本酒を霧化させて得られた酒
3 蒸留との違い
4 超音波霧化による水溶液からのエタノール濃縮
5 分離メカニズムの探求
6 おわりに

第2章 医療への応用
第1節 ナノバブルの医療分野への応用
1 はじめに
2 ナノの有する強力な組織保存能
3 殺菌,修復,再生能
4 ナノによるhomeostasis

第2節 超音波キャビテーションの治療応用
1 はじめに
2 マイクロバブル造影剤を用いた加熱凝固治療
2.1 気泡振動による発熱増強効果
2.2 気泡振動による発熱増強効果
3 キャビテーション気泡の崩壊圧を利用した超音波結石破砕術
3.1 衝撃波結石破砕術とキャビテーション
3.2 HIFUを用いた結石破砕手法
3.3 結石破砕実験
3.4 結石破砕実験
4 おわりに

第3節 光触媒ナノ粒子と超音波技術をカップリングしたがん治療法
1 はじめに
2 二酸化チタン/超音波触媒法によるOHラジカルの生成
3 二酸化チタン/超音波触媒法によるがん細胞傷害効果
3.1 細胞形態変化の観察
3.2 細胞膜損傷の解析
3.3 細胞損傷メカニズムの解析
4 おわりに

第4節 ナノバブル水の歯周治療への応用
1 はじめに
2 歯周炎
3 オゾンナノバブル水の歯周治療への応用
4 アフタ性口内炎
5 酸素ナノバブル水のアフタ性口内炎治療への応用
6 おわりに

第3章 細胞,遺伝子治療への応用
第1節 酸素ナノバブルの抗炎症・抗細胞増殖作用\\ ---血管内皮および平滑筋細胞における効果---
1 はじめに
2 培養血管内皮細胞での実験
3 血管平滑筋の増殖作用に対する作用
4 今後の課題

第2節 超音波による遺伝子導入　--遺伝子治療をめざした検討--
1 はじめに
2 超音波照射による遺伝子導入
3 超音波遺伝子導入法の改良
4 超音波遺伝子導入のin vivoへの応用
4.1 血管内遺伝子導入
4.2 骨格筋組織への遺伝子導入
4.3 癌治療を目指した遺伝子導入
4.4 その他
5 おわりに

第4章 殻を擁したマイクロバブルの調製と検査,薬物デリバリーへの応用
第1節 タンパク質を殻としたマイクロバブルの調製とその挙動
1 はじめに
2 超音波照射--マイクロバブル調製の効率的方法
3 殻の化学修飾
4 超音波場におけるマイクロバブルの挙動
5 まとめ

第2節 リポソーム型微小気泡(バブルリポソーム)を利用した超音波遺伝子・薬物デリバリー
1 はじめに
2 バブルリポソームについて
3 ソノポレーションを利用した遺伝子デリバリー
4 微小気泡と超音波の併用による遺伝子デリバリー
5 ソノポレーションを利用した薬物デリバリー
6 おわりに

第5章 環境,有害物除去プロセスへの応用
第1節 超音波によるマイクロバブル群の凝集・再分散を利用した浮上分離プロセス
1 はじめに
2 マイクロバブルによる微粒子吸着と浮上分離
3 超音波によるマイクロバブル群の急速浮上
4 マイクロバブル群の凝集状態に及ぼす周波数の影響
5 マイクロバブル群の凝集と解砕のメカニズム
6 超音波によるマイクロバブル群の凝集・再分散を利用した浮上分離プロセス
7 おわりに
　　
第2節 超音波を用いた木材からの有機塩素化合物の除去
1 はじめに
2 実験装置および方法
3 実験結果および考察
4 まとめ

第6章 その他
第1節 超音波照射下無電解めっきによる近接場光学顕微鏡プローブの作製
1 はじめに
2 伝播光遮断型プローブティップと超音波照射を用いた無電解めっき作製法
3 結果および考察
4 まとめ

<著者一覧>
朝倉　義幸(本多電子株式会社　技術本部)III編5章2節
跡部　真人(東京工業大学　大学院総合理工学研究科 講師)II編3章2節
荒川　真一(東京医科歯科大学歯学部附属病院　維持系診療科 歯周病外来)III編2章4節
飯田　康夫(独立行政法人産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門超音波プロセス研究グループ長)II編1章3節,II編3章1節,III編4章1節
和泉　雄一(東京医科歯科大学大学院　医歯学総合研究科 歯周病学分野)III編2章4節
内田　武吉(独立行政法人産業技術総合研究所　NMIJ)II編5章1節
宇都口　直樹(帝京大学薬学部　生物薬剤学教室)III編4章2節
榎本　尚也(九州大学大学院工学研究院　応用化学部門)II編1章1節,II編1章2節
大津　元一(神奈川科学技術アカデミー (KAST)　光科学重点研究室)III編6章1節
岡西　茂実(出光エンジニアリング株式会社　企画室商品開発チーム)I編3章1節
小川　良平(富山医科薬科大学医学部　放射線基礎医学講座　講師)III編3章2節
荻野　千秋(金沢大学大学院自然科学研究科　物質科学専攻　助手)I編3章2節,III編2章3節
小田　雄介(帝京大学薬学部　生物薬剤学教室)III編4章2節
尾上　薫(千葉工業大学工学部　生命環境科学科)I編3章1節
鍵谷　豪(若狭湾エネルギー研究センター　粒子線医療研究室　研究員)III編3章2節
香田　忍(名古屋大学大学院工学研究科　物質制御工学専攻　教授)I編2章1節
小塚　晃透(独立行政法人産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門)II編3章1節
近藤　隆(富山医科薬科大学医学部　放射線基礎医学講座　教授)III編3章2節
齋藤　裕一(関東学院大学　表面工学研究所)III編6章1節
佐藤　裕輔(千葉工業大学工学部　生命環境科学科)I編3章1節
清水　宣明(金沢大学自然計測応用研究センター　人間計測制御研究部門　教授)I編3章2節,III編2章3節
ジュディー・リー(JSPS外国人特別研究員)III編4章1節
鈴木　亮(帝京大学薬学部　生物薬剤学教室)III編4章2節
清田　佳美(財団法人産業創造研究所　主任研究員)II編4章2節
高橋　正好(独立行政法人産業技術総合研究所　環境管理技術研究部門)I編1章1節
滝澤　博胤(東北大学大学院　工学研究科応用化学専攻)II編2章1節
滝沢　靖臣(東京学芸大学　自然科学系分子化学分野)II編4章1節
竹内　旭(名古屋大学大学院　工学研究科分子化学工学分野)III編5章2節
竹内　真一(桐蔭横浜大学　医用工学部　臨床工学科)II編5章1節
竹下　健二(東京工業大学資源化学研究所　助教授)II編4章2節
Mahmoud Farshbaf Dadjour(金沢大学ベンチャービジネスラボラトリー　博士研究員)I編3章2節
玉置　雅彦8明治大学　農学部)III編1章1節
辻内　亨(独立行政法人産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門)I編2章3節,II編3章1節
寺坂　宏一(慶應義塾大学理工学部　応用化学科)III編5章1節
党　鋒(九州大学大学院工学研究院　応用化学部門)II編1章1節
砥綿　篤哉(独立行政法人産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門超音波プロセス研究グループ主任研究員)II編1章3節,II編3章1節
中野　義夫(東京工業大学大学院　総合理工学研究科　教授)II編4章2節
中村　正秋(名古屋大学大学院　工学研究科分子化学工学分野)III編5章2節
二井　晋 (名古屋大学大学院　工学研究科　助教授)III編1章3節
仁宮　一章(金沢大学環日本海域環境研究センター　自然計測領域エコテクノロジ―研究部門)III編2章3節
野崎　哲夫(済生会富山病院　泌尿器科　医師)III編3章2節
林　大和(東北大学大学院　工学研究科応用化学専攻)II編2章1節
原田　久志(明星大学理工学部化学科　大学院理工学研究科化学専攻　教授)I編2章2節
布施　秀樹(富山医科薬科大学医学部　泌尿器科学講座　教授)III編3章2節
北條　純一(九州大学大学院工学研究院　応用化学部門)II編1章1節,II編1章2節
北條　行弘(自治医科大学循環器内科　講師)III編3章1節
本間　英夫(関東学院大学　工学部)III編6章1節
松浦　一雄((有)超音波醸造所)III編1章3節
松岡　辰郎(名古屋大学大学院工学研究科　物質制御工学専攻　助教授)I編2章1節
松本　真和(千葉工業大学工学部　生命環境科学科)I編3章1節
松本　洋一郎(東京大学大学院　工学系研究科)III編2章2節
Manickam SIVAKUMAR(JSPS外国人特別研究員)II編1章3節
眞野　喜洋(東京医科歯科大学　名誉教授)III編2章1節,III編2章4節
丸山　一雄(帝京大学薬学部　生物薬剤学教室)III編4章2節
水越　克彰(大阪府立工業高等専門学校　講師)II編2章2節
物部　秀二(科学技術技術振興機構　さきがけ　国武「組織化と機能」領域)III編6章1節
安井　久一(独立行政法人産業技術総合研究所　先進製造プロセス研究部門)I編1章2節
安田　啓司(名古屋大学　廃棄物処理施設　助教授)III編5章2節
山本　義久(独立行政法人水産総合研究センター　屋島栽培漁業センター　場長)III編1章2節
吉澤　晋(東北大学大学院　工学研究科)III編2章2節澤　晋(東北大学学