マイクロデバイスによる農産物および水耕栽培への影響に関する研究

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18658093
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鳥居 徹 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (60172227)
• Keywords: マイクロバブル / 単分散 / マイクロチャンネル

Research Abstract

近年、微小気泡(マイクロ/ナノバブル)水が注目されているものの、既存の微小気泡生成装置では、粒径の揃った微小気泡を生成することは極めて困難である。そこで、分散相の流体が連続相の流体からのせん断力を受けることよって液滴化が起こるという原理に基づくマイクロチャンネルを用い、粒径の揃ったマイクロ/ナノバブル水を生成することを目的として研究を行った。
今年度は、水の粘度に着目し、気泡の生成状況についての検討を行った。材料には、TORAY製TORAYPURE LV-10Tにて製造した純水および大気組成の空気を用い、PEG1000(国産化学,Polyethylene Glycol #1000)を純水に溶解させ、混合割合を変えた液体を作成することで粘度を0〜25wt%に変化させた。マイクロチャンネルには、流路幅が、連続相200μm、分散相100μm、深さがどちらも100μmであり、連続相と分散相との角度が45度である、Y字型に機械加工(横浜石英)されたガラスを用いた。連続相(PEG1000純水溶液)および分散相(空気)の流量は、マイクロシリンジポンプ(kdScientific, KDS200)で制御し、連続相を1〜12m1・h^<-1>の範囲、分散相を0.500ml・h^<-1>で固定とした。
結果、純水の場合、生成が間欠的であり、気泡生成は不安定であることが判明した。一方で、PEG1000純水溶液の場合には、生成中は安定したものの依然として生成が間欠的という結果であった。すなわち、純水よりもPEG溶液の方が気泡の生成が容易ではあるものの、気体には圧縮性があるため、生成レートを常に一定に保つことは困難であることが分かった。さらに、分散相はある程度の流速が必要な一方、連続相が速過ぎると分散相に逆流するため、液滴に比べ、気泡の生成範囲は狭いことが判明した。