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ヴォイニッチの科学書プレミアム
Vol.35 2007/03/31
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今週のヴォイニッチの科学書は ----------------------------------------
Chapter-153 ナノバブル
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ナノバブルとは？
マイクロバブルは水などの液体の中に空気などの気体を吹き込みながら激し
く攪拌するなどして人工的に作った直径が十〜数十マイクロメートルの微細な
気泡です。1マイクロメートルは1ミリメートルの1000分の1の長さです。通常、
水の中に発生する泡は直径が数ミリメートルですが、マイクロバブルは通常の
ミリスケール気泡では観察できない物理化学的特性を示すことが1990年代以降
の研究で次々に明らかになり、現在どのような利用方法があるかが盛んに研究
されている領域です。
マイクロバブルの持つ特徴
・自己加圧効果つまり、いったん発生したマイクロバブルは時間経過とともに
収縮してさらに小さな泡（マイクロナノバブル）になる性質がある
・水中での上昇速度が小さい
・マイクロバブルを装置で発生させる過程に由来する静電摩擦のため、数十mV
とかなり高い電位でマイナスに帯電しており、このことによってプラスに帯
電したものに付着する作用や生物に対して電気刺激を与える作用を持つ
・どのような気体で気泡を作るかによって性質が全く異なるマイクロバブルが
発生する
・発生したマイクロバブルからさらに非常に小さな気泡の激しい噴出がある
・水道水でマイクロバブルを発生させると水が弱アルカリ性になる。ただし、
水素イオン濃度はマイクロバブル発生の条件によって変化しその詳細なメカ
ニズムはわかっていない
・血流促進や体表面温度の上昇など動物に対する生物活性を引き出す作用があ
り、成長ホルモン分泌とマイクロバブルによる刺激に関係があることが示唆
されている。
さらに、これらの性質はマイクロバブルをどのような方法（装置）で発生さ
せるかによって変化することも知られていて、条件次第では水道水が酸性にな
ったり、マイクロナノバブルへの収縮が抑制されたり、血流促進効果がなかっ
たりします。マイクロバブルの発生方法によってこのように全く正反対の性質
を示す仕組みはまだわかっていません。
ミラクルで安全でクリーンなマイクロバブル
マイクロバブルの研究は1973年に旧ソ連やアメリカを中心に始まりました。
当時は、マイクロバブルがどのような性質を持ちどのような目的に利用できる
かについてはほとんどわかっていませんでした。ところが、1990年代にいくつ
かの方式のマイクロバブルを発生させる装置が開発されたとたんに様々な産業
分野でその不思議な性質が明らかになり、科学的な解明よりも産業利用が先行
している状況が続いています。マイクロバブル研究の第一人者で山口県の徳山
工業高等専門学校の大成博文（おおなりひろふみ）教授は「私たちのそれまで
有していた常識はほとんど通用しないミラクルなものだ」という言葉でそれを
表現しています。
マイクロバブルがその不思議な能力を最初に発揮したのは二枚貝の養殖現場
でした。広島の牡蠣、北海道のホタテ、三重の真珠の養殖現場ではいずれも海
水のよどみやすい内海で養殖が行われますがこのような閉鎖系水域における水
質悪化による二枚貝の大量死が問題となっていました。この水質浄化へその詳
細なメカニズムが解明されないままマイクロバブルが試され、マイクロバブル
に水質浄化能力があることが発見されました。
マイクロバブルが非常に有効な技術であることのベースとなっているのは、
それが水と空気だけからなっていると言うことです。生物に有害な物質や環境
に負荷をかける物質を使用したり、放出したりすることなく生物に対して様々
な活性を持つことは非常に安全でクリーンな技術であるといえます。そのため、
健康、医療、食料、バイオテクノロジー、環境、省エネルギーなど多くの方面
でマイクロバブルの能力を生かせる可能性があります。
マイクロバブルが生物に与える効果
マイクロバブルの持つ血流促進効果はすでに温泉での実証試験が行われてい
ます。この番組を制作しているインターネットラジオ局くりらじは山口県にあ
りますが、近くに俵山温泉という保養地があります。この温泉の浴槽にマイク
ロバブル発生装置を取り付けたものがあります。この浴槽では温泉水の中に非
常に小さな泡が無数に漂っていて、一見水が白く濁っているように見えますが、
よく見るとお湯は透明でその中に無数の泡が含まれていることがわかります。
この湯を使うと血流促進効果によって体温上昇が確認され、体が温まって湯冷
めしにくくなるとともに、よく眠れるようなるといった効果も現れており、現
地では「ポカポカ効果」と呼ばれて親しまれています。マイクロバブルの血流
促進効果は皮膚表面の末梢血管で起きることが確認されていますが、そのメカ
ニズムについては現在研究が進められている段階です。
また、マイクロバブル発生装置を使って入浴すると理由は不明ですが「満腹
感」が誘発されることもわかりました。また、シミが減少して肌がきれいにな
ったり、通常の湯船よりもリラックスできるという報告もあります。
このことが単なる入浴者の主観ではなく、生体に対して何らかの働きかけが
あることを示すために、名古屋市立大学医学部の岡嶋教授の研究チームはラッ
トを用いて、マイクロバブル入浴が体内の情報伝達物質やホルモンの量にあた
える影響について調べる実験を行いました。その結果、マイクロバブル入浴を
したラットではインスリン様成長因子(IGF-1)が増加していることが確認されま
した。この現象は秋田県の玉川温泉に代表される酸性の温泉に入ったときの生
活習慣病などに対する効果と類似しているものでした。
IGF-1 ----------------------
インスリン様成長因子（IGF-1）は主に肝臓で成長ホルモンによる
刺激の結果分泌される。人体の殆どの細胞、特に筋肉、骨、肝臓、
腎臓、神経、皮膚及び肺の細胞はIGF-1の影響を受ける。インスリ
ン様効果に加え、IGF-1は細胞成長（特に神経細胞）と発達そして
同様に細胞DNA合成を調節する。
----------------------------
食料分野においては、マイクロバブルの植物活性化効果を利用した水耕栽培
が研究されています。マイクロバブルは植物の発芽など初期段階で促進性に作
用するほか、水をアルカリ性にする作用や、植物が値から水を吸い上げる能力
を促進する作用などが観察されています。
マイクロバブルの産業利用
環境分野においては、微生物を使った排水処理システムにマイクロバブル発
生装置を追加することによって、微生物の増殖が促進され排水処理能力が向上
することが確認されています。
また、産業用途としては各種精密機器の洗浄用に使えるのではないかという
検討も行われています。特殊な液体を使った場合のように廃水浄化の必要がな
く、超音波や高圧水流による洗浄よりもさらに細かい部分にまで水が循環され
ることが確認できています。また、油汚れなどはプラスに帯電しているものが
多いのですが、マイクロバブルは冒頭でお話ししましたとおりマイナスに帯電
していますので、油に小さな気泡が多数付着して、製品から油分を引き離す作
用もあります。また、マイクロバブルは洗浄される製品を傷つけないことも確
認できています。現在は、精密加工品、半導体、繊維、食料品などでマイクロ
バブル洗浄の有効性を確認する試験が幅広く実施されています。
また、マイクロバブルがはじけて消滅する際にはその瞬間に局所的に非常に
温度が上がっていと思われるデータも得られています。そのメカニズムやそれ
がマイクロバブルの持つ性質とどのように関係があるのかはわかっていません。
さまざまな分野での利用が期待されるマイクロバブルですが、問題点はこれ
まで述べた能力を科学的に説明する研究が追いついていないことです。特に医
療や健康分野に用いるにはマイクロバブルが生物活性を示すメカニズムを示す
必要がありますし、安全性も十分に検討されなければなりません。なぜマイク
ロバブルがIGF-1を増やすのかもわかっていません。
マイクロバブルを用いた有明海の再生
有明海は豊かな干潟が広がり、海苔の養殖で有名ですが、海苔とともに有明
海の名産品だったものにタイラギがあります。タイラギはほうきのような形を
しているハボウキガイ科とよばれる貝の仲間です。成長すると殻の長さは30セ
ンチ以上にもなります。食用で出荷は主にむき身の貝柱です。冬場に収穫され、
かつては年間3万トンもの漁獲が記録されたこともあります。それが1996年には
わずか318トン、そして、1999年以降はほとんど漁獲がありません。タイラギの
生息を調査した結果によると、タイラギの幼生は確認できるものの、海水の水
質が悪化しており、それに伴う貝の活力の低下によって成長期のストレスに耐
えることができず、生育の途中で死滅してしまうことがわかっています。
この問題に対して2004年に立ち上げられた産官学共同の有明海再生プロジェ
クトでは当時すでにダム湖などの水質浄化に成果を発揮し始めていたマイクロ
バブルに着目し、有明海の水質浄化と生物活性の向上を目指して、海中でのマ
イクロバブル技術の応用の可能性を探ると共に海底用マイクロバブル発生装置
の開発にも着手しました。
採取したタイラギをマイクロバブル発生装置を設置した海域に移植し、その
後一ヶ月間観察を続けました。一ヶ月経過後、マイクロバブル処理を行ってい
ない天然のタイラギとの成長を比較したところ、マイクロバブル処理を施した
タイラギの方が成長がよいことが確認されました。また、それまでタイラギは
狭い海域にたくさん成長させることができず、養殖は無理だといわれていまし
たが、マイクロバブルによってタイラギを活性化させることにより養殖も可能
であることを示唆するデータも得られました。
さらにマイクロバブル発生装置を設置した海域の海底は土壌が浄化されその
色が黒から明るい色へ変化すると共に、それまでは生息していなかったゴカイ、
カニ、エビなどが生息するようになったということです。
また、現在実用化を目指して研究が進んでいるマイクロバブル関連の技術と
して最も有名なものはマイクロバブルによる船の抵抗軽減です。
水中を進む物体の表面から空気を吹き出すと微細な気泡となって物体表面を
覆い、表面摩擦が低減されます。マイクロバブルが最も効果を発揮するのは大
型の貨物船であろうと考えられています。このような船舶は全長が300メートル
を超え、船底の形状は貨物の積載効率を高めるために箱のような形をしていま
す。また、船が受ける抵抗は大きく分けると2種類あり、客船などで航行速度が
速く、船底も抵抗を軽減する構造になっている船舶で大きなウエイトを占める
船の先端での造波抵抗と、大型貨物船のような箱形で航行速度が時速20キロ程
度と遅い船舶で大きなウエイトを占める海中部分での海水との摩擦です。大型
貨物船では、船が受ける抵抗の80パーセントは海水との摩擦ですのでこの摩擦
を低減できれば大きな省エネルギー効果が期待できます。
セメント運搬船を用いた実験で、気泡を船底に大量に発生させると抵抗は5
パーセント以上低減されることが確認されました。しかし、この場合はスクリ
ューに気泡が巻き込まれてしまい、スクリューの効率が低下することによって
速度の低下を招いてしまいました。そこで、スクリューに気泡が巻き込まれな
いように調整を行うと、マイクロバブル発生に必要なエネルギーを含めて考え
ても2パーセントの省エネルギー効果が得られました。このメカニズムはまだよ
くわかっていませんが、予想としては密度の小さな気泡が船底と水の間に入り
込み、海水と船底を切り離す密度効果と呼ばれる現象によるのではないかと考
えられています。
また、通常の船底の形状では、気泡が船底の側面から海面に逃れてしまいま
すが、船底の両サイドにいたを水中に向かって突き出して、気泡が船底の後方
からの実逃れるように工夫をするとさらに省エネルギー効果が高まることが水
槽での実験によってわかっていますので、このように、既存の船舶にマイクロ
バブル発生装置を搭載することによって燃費が改善されることはもちろん、マ
クロバブルを搭載することを前提とした船の設計を考え出すことによって、よ
り一層の省エネルギーが可能となる目処が立っています。今後、さらに技術を
改良して10パーセントの省エネルギー効果を得ることを目標にして研究が進め
られています。
【参考資料】
化学工学 第71巻 第3号 (2007) 154- 「特集 マイクロバブル」
化学と工業 Vol.60 No.3 March (2007) 234-235
マイクロバブルのすべて 大成博文ら 日本実業出版 (2006)
新番組 ヴォイニッチの書棚 ------------------------------------------
第1回 http://www.c-radio.net/20070329/voi-book.html
「恐るべき旅路」
松浦晋也著
朝日ソノラマ発行
「恐るべき旅路」は日本初の火星探査機として1998年7月4日に無事打ち上げ
られたものの、さまざまなトラブルに見舞われ、それに満身創痍で立ち向かい
ながらも、ついに火星到達を断念した探査機「のぞみ」とそれを地上から支援
したスタッフ達の激闘の物語です。
「のぞみ」プロジェクトのあらゆる段階で、トラブルの小さな不安の種はま
かれ続けていました。
まず日本で最初の本格的な惑星探査ともなるターゲットを金星にするのか火
星にするのかの激論において、より多くの科学的成果が期待できる火星が探査
ターゲットとして選ばれました。その結果、火星探査機は金星探査機よりも電
源や重量の制限が厳しい設計を要求されることになりました。
また、「のぞみ」を打ち上げたミュー・ファイブ・ロケットは1970年代から
模索されていた惑星探査も視野に入れた大型ロケットでしたが、火星探査を行
うにはぎりぎりの大きさでした。さらに、ロケットの開発が遅れた結果、打ち
上げが延期となり、探査機の重量オーバーを飛行ルートの工夫で克服する必要
が生じました。スタッフ達は緻密な計算で見事な飛行ルートを作り出しました
が、そのルートをたどることは悪夢の始まりでもありました。
NASAの、失敗した火星探査機「マーズ・オブザーバー」の問題点を解決する
ために、「のぞみ」に急遽、当初は予定になかった燃料逆流防止バルブが追加
されることになりました。けれど、日本にこのバルブを作る技術はなく、アメ
リカから購入したバルブも宇宙空間における実績のない新しい規格のものでし
た。さらに「のぞみ」には高度な自律航行機能が搭載されていて、自分で判断
をしながら宇宙空間を飛行することができるようになっていました。この仕組
みは非常に良好な動作をしていました。
「のぞみ」は打ち上げ以降、ある瞬間まであまりに完ぺきな飛行をしていま
した。ある瞬間、それは地球を周回する軌道に別れを告げ、地球の引力を利用
しつつ探査機のエンジンも使用するパワースイングバイと呼ばれる方法によっ
て火星への一歩を踏み出す瞬間でした。地球と火星の位置関係からパワースイ
ングバイは日本から観測できない南米上空でエンジンに点火する必要がありま
した。これはロケットの開発の遅れに伴う火星到達の遅れを最小限にするため
のアクロバティックな飛行でした。この時、地上スタッフはあまりに調子の良
い「のぞみ」の自律航行にその瞬間をゆだねました。結果として、自律航行そ
のものはなんの問題もなく動作したものの、その最も重要な瞬間に燃料の逆流
防止バルブが正常に動作しなかったのです。そのため「のぞみ」は大きく軌道
を外してしまいました。
本の中には、いくつかの「もしも」が書かれています。もしも、打ち上げ延
期を甘んじて受け入れ、余裕のある飛行ルートを選んでいたらこのミッション
は成功したかもしれない。もしも、逆流防止バルブを使わなくても良い燃料供
給方式を選んでいたらミッションは成功したかもしれない。もしも、自律航行
に頼りすぎずに地上からの管制を行っていたらこのミッションは成功したかも
しれない。
けれど、これらのもしもはあとから出てくる知恵でしかありません。すべて
は日本がより高度な宇宙探査を行うために、いつかは身につけなければならな
い技術だったのですから。
「火星への細く険しい尾根道を歩くにはまだ十分な注意力と技量がなかった
のです」これは関係者が後に語った無念の歯ぎしりが聞こえてくるような本心
です。
かつて、続々と高性能な科学観測衛星を打ち上げて華々しい活躍をした日本
の宇宙探査は今、その輝きを失っています。対照的に中国は日の出の勢いのよ
うに見えます。ただし、現在、活発に宇宙開発を続ける中国を「国に勢いがあ
るから」と見るのは間違いだと著者は述べます。真実は、未知に挑んでいく気
持ちがあるからこそ国に勢いが出るのです。失敗を繰り返すのはバカだが、一
回の失敗で萎縮するのも愚かだと著者はのべ、次のチャレンジへのゲキを飛ば
します。
この本は、次々に襲い来るトラブルを、考え得るすべての知恵と技術と不眠
不休の努力で克服し続けた、科学技術の国、日本を支えるエンジニアの底力を
「のぞみ」を舞台に描き挙げたドキュメンタリです。
今週の最新科学 -------------------------------------------------------
■自閉症への遺伝子の関与
自閉症障害の患者は自閉症でない人よりも、DNA配列の余分なコピーを持って
いる可能性が高いう論文が Nature 3月16日号に掲載されました。この突然変異
は「コピー数多型」と呼ばれるもので、変異している遺伝子がそれぞれの患者
で異なっていることから、自閉症的行動は多くの遺伝的欠陥の結果である可能
性があることがわかった。またコピー数多型は主に、兄弟のうち1人だけが自閉
症に罹患している「散発性」症例に関与していると考えられ、兄弟のうち複数
に自閉症が認められる家族性疾患ではあまり重要ではないようです。双生児の
研究で自閉症は高度に遺伝的であることが示されたものの、自閉症患者の大部
分に家族歴はなく、遺伝的形質のパターンを調べた連鎖・関連研究では有力な
遺伝子の候補は見つからず、自閉症の遺伝的危険因子は極めて複雑であること
がうかがわれます。
■天然色の視覚は後付けできる
人間は世界を天然色で見ていますが、他のほ乳類はこれほど多くの色彩を認
識できません。ところが、実験動物の遺伝子操作によって、後天的に天然色の
視覚を付与できることが Nature 3月23日号で発表されました。ほとんどのほ乳
類は二色型色覚（ヒトでいえば、黄色、青色、灰色を認識することができる）
ですが、霊長類は三色型色覚でものを見ています。三色型色覚には光色素と呼
ばれる光感受性の分子が3種類と適切な神経接続が必要です。新たな研究から、
ほ乳類において遺伝子の変化により光色素が追加されると、脳は新しい信号を
処理しフルカラーの視覚を獲得するよう自分で「回路を再構築」することがで
きる、ということがわかりました。マウスについて光の長い波長を認識できる
3つ目の光色素を遺伝子組み換えで作れるようにし、色の異なるパネルや光を区
別する作業をマウスに実行させた結果、マウスがフルカラーの視覚を獲得して
いることを確認したとのことです。
他局の科学番組情報 ---------------------------------------------------
□ディスカバリーチャンネル
□サイエンスチャンネル http://sc-smn.jst.go.jp/index.asp
3/27〜 シリーズ 15:00
ドキュメント！人工臓器
人工臓器とは生体機能を代行する装置や材料の総称です。心臓などの臓器を金
属や樹脂を使った人工物で置き換えたものや動物の身体の一部を使ったもの、
また生体適合性の高い材料も含まれます。この番組では日本における人工臓器
の今をレポートしていきます。
□サイエンスゼロ （NHK教育 毎週土曜日 23:45〜）
4月から放送時間が土曜日午後11:45にかわります。
アシスタントも真鍋かをりが引退され、安めぐみさんとなります。
3/31 お休み
4/7 神秘の星土星探査最新報告
□科学大好き土よう塾 （NHK教育 毎週土曜日9：15〜）
□地球ドラマチィック （NHK教育 毎週水曜日 19:00〜）
4/4 失われた古代都市 （2回シリーズ）
第1回 ラムセス2世の都 ピラメセス』
古代エジプト王朝を統一したラムセス２世。彼は史上最も有名なエジプト王で
す。彼の建設した都ピラメセスは、ナイル川デルタにある現在のテーベだとさ
れています。当時の彫刻や記録などから、ラムセス２世がその地にさまざまな
建築物を建立したことが分かっているからです。しかし、その都は突然消え失
せ、３０００年の時を経て発掘されるまでその存在は忘れられていました。
番組では、ラムセス２世が都を建設した元々の場所はテーベではなく、同じデ
ルタ地帯にある別の町、コンティエだったという説を取り上げ、謎解き風にた
どっていきます。
□素敵な宇宙船地球号 （テレビ朝日系 毎週日曜日 23:00〜）
4/1 「素敵な宇宙船地球号10周年スペシャル(1)」〜チエテ川の奇跡〜
番組が始まって１０年、地球環境は劇的に変わりました。これまでに取材して
きた、世界のさまざまな問題に取り組む人々は今、何を見つめているのでしょう
か。各地を再び訪ねることにしました。第一回はブラジル・チエテ川沿岸の町、
ピラポラ。１０年前、チエテ川には上流の巨大都市サンパウロの生活排水や産
業排水が垂れ流され、汚染された水が泡となり、川面はまるで白い雪が舞って
いるようでした。泡には有毒なガスが含まれ、人々は呼吸器障害を起こしてし
まいました。…
お知らせ -------------------------------------------------------------
■ネットラジオ ＆ ポッドキャスト
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http://www.c-radio.net
くりらじのポッドキャスト番組「ヴォイニッチの科学書」
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