小气泡的大力量

新技术 2018年01月15日
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在日本开发的“微泡”技术给各个领域带来广泛的影响,目前在“药物递送系统”利用微气泡受到期待。

“微泡”是直径100微米(0.1毫米)或更小的气泡的总称,在日本,研究始于20世纪90年代。气泡的上升速度非常慢是它的特征。例如,如果直径为10微米的气泡,在静止状态下,1分钟在液体中仅上升3mm,在液体中停留很长时间。大量非常微小的气泡,在液体内所占表面积也会增大。利用其特征,在污水处理、洗涤、鱼和贝类养殖、蔬菜栽培、美容、家庭洗浴上被广泛利用。

山形大学研究生院理工学研究科的幕田寿典副教授说:“通常的气泡都有吸附污垢的特性,但微泡的功能是可以吸附更多的污垢。因为它不是一个洗涤剂,也不会对环境造成影响。”

除了吸附污垢外,微泡具有在液体中溶解大量气体的性质,通过使用微泡状氧水溶液促进农作物的改良的和鱼的生长的尝试已经有报道。也有蛋黄酱已经通过将氮变成微泡在酱中稳定的分散,来改善口感,并实现了商品化。

微泡生成的技术也在发展。以往的微泡生成技术的主流方法,是通过高速旋转气体和液体,来剪切气泡使其变得更小。幕田副教授开发出“中空超声波喇叭”的方法。这是由钛合金喷嘴和产生超声波的振动体合二为一的装置。将气体送到装置内,通过振动可以从喷嘴的先端稳定产生大量微泡。

幕田副教授正在研究将中空超声波喇叭应用于各个领域的可能性。其中一种应用是用在自来水和食品的杀菌以及室内清洁的臭氧微泡,来提高杀菌能力。在以往使用中空超声波喇叭的试验中,成功地缩短了水中大肠杆菌的灭菌时间。

此外,以往除了水以外,很难在各种液体中制造微泡,通过中空超音波喇叭,以熔融金属为首的各种液体都可以制造微泡。例如,幕田副教授使用瞬间粘合剂的成分氰基丙烯酸酯成功地制造出微泡。通常,将氰基丙烯酸酯变成蒸气并置于水中,立刻会凝固,不会产生泡沫。然而使用中空超音波喇叭,形成微泡后,氰基丙烯酸酯凝固在微泡的表面,可以产生直径为2微米的中空结构的微胶囊。

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如果将胶囊应用于医疗领域,例如,在利用X射线或超声波进行图像诊断时,可以将造影剂施用于患者。虽然目前的超声波诊断装置血流的可视化有一定的局限性,因为微泡具有反射特定频率超声波的性质,能够观察更清晰的血流。

对微泡的另一个实际应用,是在“药物递送系统”上,在需要的地方需要的时间以及需要的药剂量,对患者投入抗癌剂。将吸附抗癌剂的微胶囊投入到癌细胞上,可以将副作用降至最低。在对动物的实验阶段,确认了氰基丙烯酸酯微胶囊的安全性。

幕田副教授说:“我认为通过这项技术,可以为每个患者定做属于每个患者的药剂。今后,我们要进一步进行研究,有望将来在医药等领域拓宽和专家的网络,并能投入实际使用。”

目前,日本产官学界的目标是一起合作在全球推广微泡发展,也正在推动国际标准组织(ISO)建立微泡的国际标准。

小泡泡具有给世界带来巨大影响的能力。


By HIROSHI SAKURAI/Photos: Hiroshi Sakurai; Courtesy of Toshinori Makuta


本文转载自Highlighting JAPAN(聚焦日本)[网页]

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