特集　マイクロバブルとソノプロセス

巻頭言
特集号によせて
技術総合研究所中部センター　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　飯田　康夫
今回の特集である「マイクロバブル」と「ソノプロセス」がどこでつながるのか,すぐに察しのつく読者はこの駄文を飛ばしてすぐに本文を読んでいただければ有難いのだが,両者に共通するキーワードは「泡」なのである.
「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,と考えるのは筆者だけではないと思うのだが...
さて,もう一つのテーマである「マイクロバブル」であるが,これには2つの異なった「泡」があることを説明しておきたい.一つ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,「泡」がビールの泡などよりも極端に小さいことから,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.一方では,効用を高く謳った応用商品が先行してしまっている場面も稀に見受けられるが,他方では,化学工学的手法に基づいた,しっかりとした基礎的研究も大きく進展しているおり,重要な化学プロセスの一つとして成長しつつあることを認識しておきたい.
もう一つの「マイクロバブル」は,タンパク質などの殻をかぶった「泡」であり,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.
これら3つの「泡」はお互いの存在を意識しながらも,相互の交流はあまり活発ではなかった.今回,マテリアルインテグレーション誌よりお話をいただいた時には,どうなることかと大変心配であったが,それぞれの分野を代表する第一線の研究者の方々に原稿をいただくことができ,3つの「泡」を見通せる,良い特集号ができたのではないかと感じている.本特集を契機に3つの「泡」の交流が活発化することを期待している.また,これまで,「泡」とあまり付き合いのなかった読者の方々にも,これを機会に「泡」を見直していただければ,特集担当者としては大きな喜びであり,ビールの泡も美味しくいただける.
最後になりましたが,ご多忙のなか,執筆をご快諾いただいた著者の方々に厚く感謝申し上げます.

MATERIALS INTEGRATION マイクロバブルとソノプロセス

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
■著者
慶應大学理工学部　寺坂　宏一

■要約
著者はマイクロバブルの性質を精査して理解を深め,より高性能な化学工業プロセスの実現について検討しているが,とくにここでは浮上分離プロセスへのマイクロバブル技術の適用,さらに超音波技術による動的制御技術を紹介する.


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
■著者
金沢大学自然計測応用研究センター　自然計測領域エコテクノロジー研究部門　清水　宣明

■要約
近年,我々はこの「二酸化チタン/超音波触媒法」の医療分野への展開を目指し,がん治療への応用のための検討を行っている .


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
■著者
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　飯田　康夫

■要約
これまでに当研究室で行ってきたマイクロバブルに関する研究のうち,超音波を利用したタンパク質を殻としてもつマイクロバブル調製法について述べる.さらに,化学修飾などにより特性を変化させたいくつかのマイクロバブルを用いて,超音波照射耐性や内包ガス拡散特性などについて検討した結果を報告する


機能性酸化物セラミックのソノプロセス
■著者
九州大学大学院工学研究院応用化学部門(機能)　准教授　榎本　尚也

■要約
本稿では,筆者らによる最近の成果のうち,チタニアと酸化鉄のソノプロセスについて紹介する.いずれもクラーク数が10位以内の元素の組み合わせからなる有用な化合物で,既往の研究例も大変多いマテリアルであるが,そのプロセスの一つとして超音波のできることの具体例ををいくつか示したい


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
■著者
帝京大学薬学部生物薬剤学教室　鈴木　亮

■要約
著者らは,リポソームに関する研究を長年続けており,がん細胞にアクティブターゲティング可能な抗がん剤封入リポソームや中性子補足療法におけるがん組織へのボロン化合物送達システムとしてのリポソームの利用など様々なリポソーム開発に携わってきた.そして最近では,新たな取り組みとしてリポソームの内水相部分に超音波造影ガスであるパーフルオロプロパンを封入した新たなタイプのリポソーム開発を行っている. 　そこで本稿では,著者らが開発を続けているリポソーム型微小気泡(バブルリポソーム)と超音波照射の併用による遺伝子・薬物デリバリーについて紹介する.


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
■著者
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　飯田　康夫

■要約
これまでに当研究室で行ってきたマイクロバブルに関する研究のうち,超音波を利用したタンパク質を殻としてもつマイクロバブル調製法について述べる.さらに,化学修飾などにより特性を変化させたいくつかのマイクロバブルを用いて,超音波照射耐性や内包ガス拡散特性などについて検討した結果を報告する


音響整合層付き4分割150kHz PZT圧電セラミック振動子を用いた超音波照射システムによるナノダイヤモンド微粒子の分散性改善に関する研究
■著者
桐蔭横浜大学医用工学部臨床工学科　竹内　真一

■要約
近年,携帯電話やミニノートパソコンに小型高記憶密度ハードディスクが搭載されるようになってきた.そのために一次粒子径が5nmのナノダイヤモンド微粒子が将来の高記憶密度ハードディスクの超精密研磨用砥粒として期待されている. 　しかしながら,ナノダイヤモンド微粒子は製造直後に数十μmに凝集してしう.このように凝集したダイヤモンド微粒子を含んだ砥粒でハードディスク面を研磨するとスクラッチを生ずる恐れがある.したがって,ナノダイヤモンド微粒子を解凝集して一次粒子の大きさに近づけるとともに,再凝集しないように表面改質して,水中に均一に分散させることが重要である. 我々は,音響整合層付き4分割150kHzジルコン酸チタン酸鉛 (PZT) 圧電セラミック振動子を用いた超音波照射システムによってナノダイヤモンド微粒子の分散を行うための研究を行った.その結果,超音波照射によって発生した音響キャビテーションにより,数十μmに凝集していたナノダイヤモンド微粒子を平均粒径75nmに解凝集して,蒸留水中に分散させることができた.


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--
■著者
千葉工業大学　工学部　生命環境科学科　尾上　薫

■要約
マイクロバブルと外部エネルギーの付与を複合させると,物質移動速度や化学反応速度を格段に高めることができる.マイクロバブルのガス種は何か,付与するエネルギーの形態は何か,投入エネルギーを気相,液相,固相のいずれに作用させるか,エネルギーの付与は相を接触させる前後のいずれで行うかなどの組み合わせの体系化を行えば,新規反応場のアイディアが続々とわいてくる.本稿では,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について概説し,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,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ナノ粒子の製造について紹介する.


連載
近代日本のセラミックス産業と科学・技術の発展に尽力した偉人,怪人,異能,努力の人々(34)浅野総一朗の波乱に満ちた生涯と事業の栄枯盛衰,浅野セメント(株)の発展(2)
■著者
宗宮　重行


連載
英語、日本語、執筆稼業メモ[1]英文執筆に役立つ電子辞書類検索環境
■著者
物質・材料研究機構 光材料センター　轟　眞市