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マイクロバブル・ナノバブルの最新技術

  • The Latest Technology on Microbubbles and Nanobubbles
★ いまだ基礎的な知見が十分では無いマイクロバブル・ナノバブルについて、その生成挙動・特性の解明を目指す基礎研究について徹底解説!
★ 応用展開に関しても注目の9分野について、その最前線を掲載!
★ 大きな可能性を秘めた“ナノバブル”に関しても詳細に解説!

商品コード: T0579

  • 監修: 柘植秀樹
  • 発行日: 2007年9月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、319ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-951-1

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  • 特性 / 発生法 / 気泡径測定法 / 圧壊 / 医療応用 / 水処理 / 洗浄 / 殺菌効果 / 食品応用 / 健康増進

刊行にあたって

 mm(ミリメーター)オーダーの気泡(ミリバブル)が液中を上昇する挙動や気泡の生成に関しては、19世紀に流体力学や物理学で研究が始められ、現在も各方面で活発に研究されている。化学工学分野でも、1950年前後から気泡や液滴に関する研究が始まり、2相流、中でも気液系、液液系を特に気泡や液滴という分散相に着目して、基礎現象を把握し、化学装置設計にフィードバックしようとする研究が活発に行われるようになり、現在も進められている。その際にも、物質移動促進のためには気泡の微細化が重要であることはわかっていたので、微細気泡の生成法について検討されていたが、あまり話題に取り上げられなかった。
 1990年代になり、徳山高専の大成博文教授がμm(マイクロメーター)オーダーのマイクロバブルの発生装置を開発し、広島のかき、北海道のホタテ、三重の真珠の養殖に利用し、成長促進に効果が見られ、一躍マイクロバブルが脚光を浴びるようになった。日本人女性の毛髪の太さの平均が80μmと云われているので、その大きさをイメージしていただけるであろう。
 マイクロバブルは気泡が小さいことによる気液界面積の増大以外にもミリバブルにはない生理活性効果などを有している。現在まで、閉鎖性水域の水質浄化などの環境分野、洗浄や燃焼改善などの産業分野、分離操作や晶析操作などの工業分野、殺菌や洗浄などの食品分野、水耕栽培や農業用水への応用などの農業分野、水産業の活性化、造影剤への応用などの医療分野、船の抵抗軽減などの流体力学分野、風呂、健康増進、リラクゼーションなどの日常生活分野でマイクロバブルが応用された結果が報告されている。本書では、こうした項目について、各界の先端的研究をされている方々にご執筆を頂き、マイクロバブルの実態を明らかにしようとするものである。
(「はじめに」より抜粋)

慶應義塾大学 名誉教授  柘植秀樹

著者一覧

柘植秀樹   慶應義塾大学 名誉教授
丸山 充   (株)島津製作所 分析計測事業部 応用技術部 主任
藤原暁子   筑波大学大学院 システム情報工学研究科 講師
高橋正好   (独)産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 主任研究員
香田 忍   名古屋大学 大学院工学研究科 物質制御工学専攻 教授
岡嶋研二   名古屋市立大学大学院 医学研究科 展開医科学分野 教授
原田直明   名古屋市立大学大学院 医学研究科 展開医科学分野 講師
李  攀   (独)産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門 研究員
道奥康治   神戸大学 工学部 市民工学科 教授
宮本 誠   三菱電機(株) 先端技術総合研究所 主席研究員
江口俊彦   (株)オーラテック 代表取締役
渡邉孝司   久留米工業大学 工学部 交通機械工学科 教授
中武靖仁   久留米工業高等専門学校 機械工学科 准教授
坂東芳行   名古屋大学大学院 工学研究科 化学・生物工学専攻 准教授
寺坂宏一   慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 准教授
尾上 薫   千葉工業大学 工学部 生命環境科学科 教授
松本真和   千葉工業大学 資源環境総合開発センター 特別研究員
許 晴怡   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 流通工学ユニット 農研機構特別研究員 
椎名武夫   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 流通工学ユニット ユニット長
中村宣貴   (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 食品工学研究領域 流通工学ユニット 研究職員 
玉置雅彦   明治大学 農学部 教授
梨子木久恒   (株)多自然テクノワークス 代表取締役
堤 裕昭   熊本県立大学 環境共生学部 教授
梅村晋一郎   東北大学 大学院工学研究科 電気・通信工学専攻 教授
森安史典   東京医科大学 消化器内科 主任教授
竹内真一   桐蔭横浜大学 医用工学部 臨床工学科 准教授
児玉良明   (独)海上技術安全研究所 流体部門 部門長
福井秀明   松下電工バス&ライフ(株) 技術部 技師

目次

第1章 マイクロバブルの特性
1. はじめに

2. 基礎特性
2.1 マイクロバブルの大きさ

3. 流体力学的特性
3.1 気泡の上昇速度
3.2 摩擦抵抗の低減

4. 物理化学的特性
4.1 気泡内圧力(自己加圧効果)
4.2 気液界面積
4.3 気泡の液中への溶解
4.4 溶解・収縮
4.5 マイクロバブルの表面電位
4.6 マイクロバブルの圧壊

5. 生理・生物的特性
5.1 生理活性効果を有する

第2章 マイクロバブルの発生法
1. はじめに

2. 液の流動を伴う場合
2.1 旋回液流式
2.2 スタティックミキサー式
2.3 エジェクター式
2.4 キャビテーション式
2.5 ベンチュリー式
2.6 遠心ポンプと旋回流式マイクロバブル発生器の組み合わせ
2.7 加圧溶解式

3. 液の流動を伴わない場合
3.1 細孔式
3.2 回転式
3.3 超音波式
3.4 蒸気凝縮式
3.5 電気分解法

4. ナノバブルの生成

5. マイクロバブルの発生法による差異

第3章 気泡径測定法
1. レーザ回折・散乱法
1.1 はじめに
1.2 測定原理
1.3 装置構成
1.4 粒子径分布の算出
1.5 マイクロバブル測定のための装置構成
1.6 測定例
1.6.1 分散剤の効果
1.6.2 気泡発生法への依存性
1.6.3 気泡濃度(ボイド率)算出の可能性
1.6.4 気泡径分布の粒子量の基準(次元)について
1.7 測定上の留意点
1.7.1 測定経路に関する留意点
1.7.2 測定濃度に関する留意点
1.8 今後の展望

2. 電気抵抗法(コールタ・カウンタ法)
2.1 基本原理、特徴
2.2 気泡径分布の計測

3. その他の測定法

第4章 マイクロバブルの圧壊
1. はじめに
2. 自己加圧効果
3. マイクロバブルの電気的な特性
4. マイクロバブルの圧壊によるフリーラジカルの発生
5. オゾンの促進酸化
6. マイクロバブルの圧壊を利用した排水処理技術
7. マイクロナノバブルの生成
8. おわりに

第5章 ソノケミストリー
1. はじめに

2. 超音波気泡
2.1 発生のメカニズム
2.2 気泡のダイナミクス
2.3 発生方法

3. 超音波気泡の応用
3.1 ソノケミストリー
3.2 ソノプロセス

4. おわりに

第6章 マイクロバブルの生理活性―その発現機序と医療への応用―
1. はじめに

2. インスリン様成長因子-Iの構造と細胞レベルでの機能
2.1 インスリン様成長因子-Iとは
2.2 IGF-Iの細胞死抑制作用

3. 先天性(肝)IGF-I産生不全(ラーロン症候群)に認められる症候
3.1 ラーロン(Laron)症候群とは
3.2 ラーロン症候群の臨床所見

4. IGF-Iの産生制御機構
4.1 成長ホルモン
4.2 知覚神経

5. IGF-Iの種々の臓器における生物学的機能
5.1 心血管系
5.2 免疫系
5.3 皮膚
5.4 毛髪
5.5 中枢神経系
5.6 消化器系

6. IGF-Iに関連すると考えられている病態と遺伝子組み換えヒトIGF-I(rhIGF-I)投与による病態の治療
6.1 癌
6.2 非膵島細胞腫瘍性低血糖症(NICTH)
6.3 糖尿病
6.4 低身長
6.5 異化状態
6.6 心血管系疾患
6.7 創傷治癒
6.8 骨粗鬆症
6.9 神経系の異常
6.10 腎疾患
6.11 IGF-I投与に伴う副作用

7. IGF-Iと温泉
8. MBによるIGF-I産生
9. MBの医療への応用:どのような効果とメリットが期待できるか?
10. おわりに

第7章 マイクロバブル・ナノバブルの応用
1. 環境分野
1.1 環境分野におけるマイクロバブルの応用
1.1.1 はじめに
1.1.2 水処理
1.1.3 水質改善への応用
1.1.4 おわりに
1.2 貯水池の深層曝気による水質浄化
1.2.1 はじめに
1.2.2 深層曝気技術
1.2.3 貯水池における水質浄化の事例1
1.2.4 貯水池における水質浄化の事例2
1.2.5 むすび
1.3 水処理におけるマイクロバブルの基礎研究
1.3.1 はじめに
1.3.2 空気浮上法への応用
1.3.3 オゾン反応器への応用
1.3.4 殺菌・消毒への応用
1.3.5 おわりに

2. 産業分野
2.1 総論
2.1.1 洗浄
2.1.2 浄化/分離
2.1.3 分解・脱臭・殺菌(微小生物の弱体化)
2.1.4 メタンハイドレート
2.2 高密度マイクロバブルによる環境配慮型洗浄
2.2.1 はじめに
2.2.2 従来の脱脂洗浄方法の課題および気泡を用いた洗浄の狙い
2.2.3 微量添加剤による高密度マイクロバブルの生成
2.2.4 マイクロバブルによる油汚れの除去原理
2.2.5 マイクロバブル洗浄システムとその特徴
2.2.6 マイクロバブルの洗浄効果
2.2.7 量産工場における実用化検証
2.2.8 まとめ
2.2.9 むすび
2.3 エジェクター式マイクロバブル混入燃料によるディーゼルエンジンの燃焼改善
2.3.1 はじめに
2.3.2 超小型エジェクター式マイクロバブル発生器
2.3.3 機関性能実験および方法
2.3.4 実験結果および考察
2.3.5 おわりに

3. 工業分野
3.1 総論
3.1.1 はじめに
3.1.2 マイクロバブルを分散させた装置内の流動特性
3.1.3 工業分野へのマイクロバブルの応用
3.1.4 おわりに
3.2 ガス吸収操作および固液分離操作への応用
3.2.1 はじめに
3.2.2 従来型ガス分散器
3.2.3 マイクロバブル発生器
3.2.4 マイクロバブルのガス吸収装置への応用
3.2.5 マイクロバブルの固液分離装置への応用
3.2.6 さいごに
3.3 CO2微細気泡を利用した炭酸塩の多形・粒径の制御
3.3.1 はじめに
3.3.2 微細気泡が関連する異相界面反応に着目した新規反応場の体系
3.3.3 [1]の系に対する応用技術―炭酸カルシウムの反応晶析に対する微細気泡の適用―
3.3.4 [3]の系に対する応用技術―CO2/N2微細気泡を同伴した水溶液へのマイクロ波照射による炭酸リチウムナノ粒子の製造―
3.3.5 おわりに

4. 食品分野
4.1 総論
4.1.1 はじめに
4.1.2 食品分野におけるマイクロバブル利用の最新動向
4.1.3 食品分野におけるマイクロバブル応用の今後の展望
4.1.4 おわりに
4.2 殺菌・洗浄
4.2.1 緒言
4.2.2 洗浄および殺菌の基礎
4.2.3 マイクロバブルによる殺菌・洗浄のメカニズム
4.2.4 洗浄・殺菌におけるマイクロバブルの利用事例
4.2.5 おわりに

5. 農業分野
5.1 水耕培養液の殺菌・浄化の最近の動向とマイクロバブルの利用の可能性
5.1.1 緒言
5.1.2 オゾンマイクロバブルの殺菌効果
5.1.3 オゾンマイクロバブルによる培養液および根の殺菌効果
5.1.4 オゾンマイクロバブルが培養液の肥料組成および植物体に及ぼす影響
5.1.5 異なるマイクロバブル発生装置が溶存オゾン濃度および培養液の殺菌効果に及ぼす影響
5.1.6 まとめ
5.2 環境保全型農業で新世界を築く
5.2.1 はじめに
5.2.2 農業に求められている品質向上と生産環境保全
5.2.3 農業用水の微細気泡処理
5.2.4 農作物の生産性を高める
5.2.5 生産環境の改善
5.2.6 おわりに

6. 水産分野
6.1 総論
6.1.1 魚介類の養殖が抱える環境問題
6.1.2 魚介類の養殖場の環境対策とマイクロバブル
6.1.3 マイクロバブル発生装置の水産分野への利用
6.2 マダイ養殖への利用
6.2.1 養殖場で使用するマイクロバブル発生システムの開発
6.2.2 マイクロバブル発生システムの養殖場での使用法
6.2.3 マイクロバブル供給による生け簀内の海水の溶存酸素条件の改善
6.2.4 マイクロバブル供給がマダイ生産に及ぼす効果
6.2.5 マイクロバブル技術の利用による生産性の向上と環境負荷の軽減

7. 医療分野
7.1 医用超音波におけるマイクロバブル
7.1.1 医用超音波におけるマイクロバブルの特徴
7.1.2 マイクロバブルの超音波応答とその医療応用
7.1.3 マイクロバブルに内包される気体の影響
7.1.4 マイクロバブルの超音波応答の非線形性
7.1.5 マイクロバブルによる超音波加熱の促進
7.1.6 反転パルス法による非線形成分の抽出
7.1.7 むすび
7.2 マイクロバブルを使った造影超音波診断
7.2.1 はじめに
7.2.2 造影剤
7.2.3 装置
7.2.4 映像モード
7.2.5 読影の実際
7.2.6 肝腫瘍の鑑別診断
7.2.7 まとめ
7.3 アポトーシス誘導とがん細胞の増殖抑制
7.3.1 はじめに
7.3.2 超音波キャビテーションの生体作用
7.3.3 アポトーシス
7.3.4 超音波照射によるがん細胞の増殖抑制
7.3.5 超音波照射条件ががん細胞に及ぼす影響
7.3.6 まとめ

8. 流体力学分野
8.1 船の流体抵抗低減
8.1.1 はじめに
8.1.2 バブルによる摩擦抵抗低減効果のメカニズム
8.1.3 摩擦抵抗低減効果の下流方向の持続性
8.1.4 青雲丸を用いたバブル実船実験
8.1.5 実用化への道

9. 日常生活分野
9.1 浴槽一体型微細気泡発生装置
9.1.1 はじめに
9.1.2 微細気泡発生方法
9.1.3 タンク構造
9.1.4 減圧弁
9.1.5 吸気弁
9.1.6 装置全体構成
9.1.7 気泡特性
9.1.8 あとがき

第8章 マイクロバブル・ナノバブルの今後の発展
1. はじめに
2. 閉鎖性水域の環境改善
3. 水処理技術
4. 農業・水産業関係
5. オゾンナノバブル
6. 酸素ナノバブル
7. おわりに

【索引】
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