ナノバブル

ナノバブルは、水溶液中に存在するサブマイクロメートルの小さな気体含有空洞、または気泡であり、高い内部圧力、小さなサイズ、および表面電荷によって生じる独特の特性を持つ。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]ナノバブルのサイズは一般に70～150ナノメートル[ 5 ] [ 6 ]、直径は200ナノメートル未満[ 7 ] [ 8 ]であり、寿命と安定性、低浮力、負の表面電荷、体積あたりの表面積、高い内部圧力、および高いガス移動速度で知られている。 [ 4 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

ナノバブルは液体にガスを注入することで形成されます。[ 12 ] [ 13 ]そのユニークな特性により、物理的、化学的、生物学的プロセスと相互作用し、影響を与えることができます。[ 14 ]ナノバブルは、廃水処理、環境工学、農業、養殖、医療、バイオメディカルなどの産業の技術応用に使用されています。[ 9 ] [ 15 ] [ 16 ]

背景

ナノバブルはナノスケールの大きさで、通常は肉眼や標準的な顕微鏡では観察できないほど小さいですが、緑色のレーザーポインターなどのツールを使用した光の後方散乱を利用して観察することができます。[ 14 ]直径約30～400ナノメートルの安定したナノバブルは、 1982年に英国の科学誌「ネイチャー」で初めて報告されました。 [ 14 ]科学者たちは、ソナー観測を使用して深海の断層でそれらを発見しました。[ 14 ]

1994年、フィル・アタード、ジョン・L・パーカー、パー・M・クラーソンによる研究では、ナノサイズの気泡の存在についての理論がさらに展開され、飽和度や​​表面張力などの要因に応じて、親水性表面と疎水性表面の両方の表面に安定したナノバブルが形成されることが提案されました。[ 17 ]

ナノバブルは、溶媒交換、電気化学反応、疎水性基質を水に浸しながら水温を上げたり下げたりすることなどの技術を使用して生成することができます。 [ 15 ]

ナノバブルとナノ粒子は、特定の状況下ではしばしば共存しますが[ 18 ] 、ナノ粒子は密度や共振周波数などの特性が異なるという点で異なります[ 19 ] [ 20 ] 。

ナノバブルの研究では、その安定性や形成・溶解のメカニズムを理解する上で課題に直面している。[ 21 ]

プロパティ

ナノバブルにはいくつかの特徴的な特性があります。

  • 安定性：ナノバブルは表面電荷や汚染物質などの界面張力を低下させる要因により、より大きなバブルよりも安定しており、液体中に長期間留まることができます。[ 21 ] [ 22 ]
  • 高い内部圧力：ナノバブルはサイズが小さいため内部圧力が高くなり、その挙動や周囲の液体との相互作用に影響を与えます。[ 21 ]
  • 大きな表面積対体積比：この特性はナノバブルと液体の間の効率的なガス移動に非常に重要であり、様々な用途に有益です。[ 21 ]

使用法

水産養殖において、ナノバブルは魚類の健康と成長率を改善するために使用されてきた[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]。また、酸化を促進するためにも使用されてきた[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] 。ナノバブルは、水中の溶存酸素濃度を高め、[ 23 ]水中の細菌やウイルスの濃度を低下させ、[ 24 ]ナイルティラピアなどの種の非特異的防御システムを誘発し、細菌感染時の生存率を向上させることにより、魚類の健康状態を改善することができる。[ 29 ]溶存酸素レベルを高めるためにナノバブルを使用すると、植物の成長を促進し、化学物質の必要性を減らすこともできる。[ 30 ]ナノバブルは、植物を含む生物の代謝を高めるのに効果的であることも示されている。[ 28 ]酸化に関しては、ナノバブルは活性酸素種を生成することが知られており、過酸化水素を超える酸化特性を与える。[ 27 ]研究者らは、塩素やオゾンなどの化学ベースの酸化剤の低化学物質代替物としてナノバブルを提案している。[ 28 ] [ 29 ]

参考文献

  1. ^ Svetovoy, Vitaly B. (2021年4月). 「ナノバブル中の水素と酸素の自発的な化学反応」. Current Opinion in Colloid & Interface Science . 52 101423. arXiv : 2102.03126 . doi : 10.1016/j.cocis.2021.101423 .
  2. ^ Yusoff, AHM; Salimi, MN (2018). 「薬物送達のための超常磁性ナノ粒子」.薬物送達におけるナノ複合材料の応用. pp.  843– 859. doi : 10.1016/B978-0-12-813741-3.00037-6 . ISBN 978-0-12-813741-3。
  3. ^ Michailidi, Elisavet D.; Bomis, George; Varoutoglou, Athanasios; Efthimiadou, Eleni K.; Mitropoulos, Athanasios C.; Favvas, Evangelos P. (2019). 「ナノバブルの基礎と応用」.界面科学における先進的低コスト分離技術. 界面科学技術. 第30巻. pp.  69– 99. doi : 10.1016/B978-0-12-814178-6.00004-2 . ISBN 978-0-12-814178-6。
  4. ^ a b Nirmalkar, N.; Pacek, AW; Barigou, M. (2018年9月18日). 「バルクナノバブルの存在と安定性について」 . Langmuir . 34 (37): 10964– 10973. doi : 10.1021/acs.langmuir.8b01163 . PMID 30179016 . 
  5. ^ Davey, Abby (2022年6月27日). 「Moleaer：小さなバブル技術が大きな注目を集める」 . H2O Global News . 2024年3月31日閲覧。
  6. ^チャンウォン、イム（2022年10月27日）「Fawoo Nanotech、水素を大量生産するナノバブル発生器を開発」 AJU PRESS .
  7. ^フセイン・アフザル; アリ・シャファカット; リズワン・ムハンマド; ジア・ウル・レマン・ムハンマド; ヤスミン・タヒラ; ハヤット・マリク・タヒル; フセイン・イクバル; アリ・カシム; フセイン・サイード・マクドゥーム (2019). 「カドミウム毒性に対する植物の形態学的および生理学的反応」.植物におけるカドミウム毒性と耐性. pp.  47– 72. doi : 10.1016/B978-0-12-814864-8.00003-6 . ISBN 978-0-12-814864-8。
  8. ^シャー、ラーフル;パタク、ニラージ。チョーダリー、アショク。ガデワール、サクシ。バタチャリヤ、サンカ（2024 年 7 月）。 「ナノバブルの治療的応用と展望の探求」。現在の製薬バイオテクノロジー。25 (9): 1167–1181。土井: 10.2174/0113892010248189231010085827。PMID 37861011。 
  9. ^ a b Lyu, Tao; Wu, Shubiao; Mortimer, Robert JG; Pan, Gang (2019年7月2日). 「環境工学におけるナノバブル技術：革命の可能性と課題」 .環境科学技術. 53 (13): 7175– 7176. Bibcode : 2019EnST...53.7175L . doi : 10.1021/acs.est.9b02821 . PMID 31180652 . 
  10. ^ Azevedo, A.; Etchepare, R.; Calgaroto, S.; Rubio, J. (2016年8月). 「ナノバブルの水性分散液：生成、特性および特徴」. Minerals Engineering . 94 : 29– 37. Bibcode : 2016MiEng..94...29A . doi : 10.1016/j.mineng.2016.05.001 .
  11. ^ Aluthgun Hewage, Shaini; Meegoda, Jay N. (2022). 「バルクナノバブルの分子動力学シミュレーション」 .コロイドと表面A：物理化学的および工学的側面. 650 129565. doi : 10.1016/j.colsurfa.2022.129565 .
  12. ^ワイン、ギャビー。「泡でがんを治すイスラエルの科学者に会う」 thejc.com 。2024年3月31日閲覧。
  13. ^ 「ナノバブルの実証された利点」 . moleaer.com . 2024年5月5日閲覧。
  14. ^ a b c d「ナノバブル（超微細気泡）」water.lsbu.ac.uk . 2024年3月31日閲覧。
  15. ^ a b Foudas, Anastasios W.; Kosheleva, Ramonna I.; Favvas, Evangelos P.; Kostoglou, Margaritis; Mitropoulos, Athanasios C.; Kyzas, George Z. (2023年1月). 「ナノバブルの基礎と応用：レビュー」.化学工学研究設計. 189 : 64– 86. Bibcode : 2023CERD..189...64F . doi : 10.1016/j.cherd.2022.11.013 .
  16. ^ Mahasri, G.; Saskia, A.; Apandi, PS; Dewi, NN; Rozi; Usuman, NM (2018). 「ナイルティラピア（Oreochromis niloticus）の培養培地における溶存酸素の最適化のためのナノバブル技術を用いた水産養殖システムの開発」 . IOPカンファレンスシリーズ：地球環境科学. 137 (1) 012046. Bibcode : 2018E&ES..137a2046M . doi : 10.1088/1755-1315/137/1/012046 .
  17. ^ Parker, John L.; Claesson, Per M.; Attard, Phil (1994年8月). 「気泡、空洞、そして疎水性表面間の長距離引力」. The Journal of Physical Chemistry . 98 (34): 8468– 8480. doi : 10.1021/j100085a029 .
  18. ^アルヘシブリ、ムイド;アル・バルート、アバド。シュイ、リンリン。張、ミンミン（2021年10月）。 「ナノバブルとナノ粒子」。コロイドおよび界面科学における最新の意見。55 101470.土井: 10.1016/j.cocis.2021.101470。
  19. ^ Paknahad, Ali A.; Kerr, Liam; Wong, Daniel A.; Kolios, Michael C.; Tsai, Scott SH (2021). 「バイオメディカルナノバブルとマイクロフルイディクスへの可能性」. RSC Advances . 11 (52): 32750– 32774. Bibcode : 2021RSCAd..1132750P . doi : 10.1039/d1ra04890b . ISSN 2046-2069 . PMC 9042222. PMID 35493576 .   
  20. ^ Alheshibri, Muidh; Craig, Vincent SJ (2018年9月27日). 「ナノ粒子の圧縮率と密度の評価によるナノ粒子とナノバブルの区別」. The Journal of Physical Chemistry C. 122 ( 38): 21998– 22007. doi : 10.1021/acs.jpcc.8b07174 .
  21. ^ a b c d Wu, Jiajia; Zhang, Kejia; Cen, Cheng; Wu, Xiaogang; Mao, Ruyin; Zheng, Yingying (2021-06-28). 「廃水処理における有機汚染物質除去におけるバルクナノバブルの役割」 . AMB Express . 11 (1): 96. doi : 10.1186/s13568-021-01254-0 . ISSN 2191-0855 . PMC 8239109. PMID 34184137 .   
  22. ^ Nazari, Sabereh; Hassanzadeh, Ahmad; He, Yaqun; Khoshdast, Hamid; Kowalczuk, Przemyslaw B. (2022年4月). 「浮選におけるナノバブルの生成、検出、応用に関する最近の開発」 . Minerals . 12 (4): 462. Bibcode : 2022Mine...12..462N . doi : 10.3390/min12040462 . hdl : 11250/3048662 . ISSN 2075-163X . 
  23. ^ a b海老名、康介;シー、ケンリン。平尾誠；橋本 淳；川戸義隆；金城正一；森本時光；小泉 康太;吉川英樹（2013年6月5日）。「酸素と空気のナノバブル水溶液が植物、魚、マウスの成長を促進」。プロスワン。8 (6) e65339。Bibcode : 2013PLoSO...865339E。土井：10.1371/journal.pone.0065339。ISSN 1932-6203。PMC 3673973。PMID 23755221。   
  24. ^ a b Dien, Le Thanh; Linh, Nguyen Vu; Mai, Thao Thu; Senapin, Saengchan; St-Hilaire, Sophie; Rodkhum, Channarong; Dong, Ha Thanh (2022年3月). 「養殖システムにおける酸素およびオゾンナノバブルのバクテリオファージへの影響」. Aquaculture . 551 737894. Bibcode : 2022Aquac.55137894D . doi : 10.1016/j.aquaculture.2022.737894 .
  25. ^ピサロ・ラモス、ロイヤー;オチョア・ユパンキ、ウォルター・ウィルフレド。ティネオ・バルガス、ヴィキー・ソレダッド。テロ＝アタウクシ、ディナ・ソレダッド。パリオナ＝ガライ、リノ・デイヴィッド。オチョア・ロドリゲス、ディエゴ・ウィルフレド。カストロ・カランサ、トマス・セグンド。テノリオ＝バウティスタ、サトゥルニーノ・マルティン（2022年3月15日）。「オンコルリンクス・マイキスの「トルチャス」の生産性とマイクロナノバーブジャの影響による影響」。ラムカスン。3 (1): 66–73 .土井: 10.47797/llamkasun.v3i1.84。
  26. ^ Atkinson, Ariel J.; Apul, Onur G.; Schneider, Orren; Garcia-Segura, Sergi; Westerhoff, Paul (2019年5月21日). 「ナノバブル技術は水処理の改善に可能性をもたらす」. Accounts of Chemical Research . 52 (5): 1196– 1205. doi : 10.1021/acs.accounts.8b00606 . PMID 30958672 . 
  27. ^ a b Liu, S.; Oshita, S.; Makino, Y. (2014).ナノバブル含有水によって誘導される活性酸素種と大麦種子の発芽促進におけるその役割. 第4回マイクロ・ナノフロー会議. ブルネル大学ロンドン. ISBN 978-1-908549-16-7。
  28. ^ a b c Liu, Shu; Oshita, Seiichi; Makino, Yoshio; Wang, Qunhui; Kawagoe, Yoshinori; Uchida, Tsutomu (2016年3月7日). 「ナノバブルの酸化能力と種子発芽への影響」. ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 4 (3): 1347– 1353. Bibcode : 2016ASCE....4.1347L . doi : 10.1021/acssuschemeng.5b01368 .
  29. ^ a b Linh, Nguyen Vu; Dien, Le Thanh; Panphut, Wattana; Thapinta, Anat; Senapin, Saengchan; St-Hilaire, Sophie; Rodkhum, Channarong; Dong, Ha Thanh (2021年5月). 「オゾンナノバブルはナイルティラピア（Oreochromis niloticus）のStreptococcus agalactiaeに対する自然防御システムを調節する」. Fish & Shellfish Immunology . 112 : 64– 73. Bibcode : 2021FSI...112...64L . doi : 10.1016/j.fsi.2021.02.015 . PMID 33667674 . 
  30. ^ 「ナノバブルシステム｜園芸と水耕栽培における応用」ナノバブル. 2024年3月31日閲覧。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ナノバブル&oldid= 1331415848」より取得