ナノバブル
水溶液中のサブミクロンの気体を含む空洞、または気泡

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が大きい、内部圧力が高い、およびガス移動速度が高いことで知られている。 [4] [9] [10] [11]

ナノバブルは、液体に任意の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における技術応用に利用されています。[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いる[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酸化剤の低化学物質代替品としてナノバブルを提案している。[28] [29]

参考文献

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