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彻底解析魔法泡泡“微纳米气泡”!从农业、水产养殖、食品到医药,所有的技术介绍都在这里

发布时间:2022-07-05 访问量:570 来源:本站

彻底解析魔法泡泡“细泡泡”!

看不见的,看不见的,看不见的泡泡!??

当你听到“泡泡”这个词时,你会想到什么?

啤酒泡沫从玻璃杯里溢出?
对于那些不喜欢啤酒的人来说,它是一种透明的香槟泡沫吗?
对于孩子,可乐,ramune?

对于喜欢的人来说,都是美味的泡泡。
然而,它并不是唯一可口的泡沫。
通过使用它,更“美味”的泡沫受到关注。

从农业到美发沙龙、食品、护理、渔业、半导体、医药等广泛领域,你知道魔法泡泡
存在吗?

泡沫的三大特征是

不消失/不漂浮/看不见

我找到了一个日本人
20年前发现的历史短的泡沫。

它是一项创新技术,已在各个行业中得到应用,并有望得到进一步应用。

到2023年,预计将成为6.5万亿日元的全球市场

它是什么样的泡沫?

这一次,我要关注一下这个神秘泡泡的真实身份。 

 

神秘泡泡的真实身份——“细泡泡”

这个细泡的名字叫“细泡”。

国际标准化组织 (ISO) 将细气泡定义为100 μm 或更小的气泡。
即使说是 100 μm 或更小,它也不会变成针脚。

头发大小为 80-100 微米
细小的气泡比头发的直径还小。

细气泡根据其大小进一步分为两类。

超细气泡 (UFB):几十纳米到 1 微米

微气泡 (MB):1 μm 至 100 μm

资料来源:精细气泡利用案例手册

超细气泡以前称为“纳米气泡”,现在称为超细气泡。

 

易于理解的图像

微泡如下所示看起来浑浊。

资料来源:《微泡世界》森北出版株式会社

超细气泡是看不见的。
它甚至比头发还要细,所以很难想象。

与我们的人体相比,它有多小?

与人类相比,超细气泡的大小约为人类的百分之一

超细气泡×1亿=人大小

你可以看到它非常小。

 

微气泡、超细气泡、普通气泡的区别

有两个主要区别:

气泡持续时间

气泡上浮速度

普通气泡(millibubbles)在水中迅速上升并在水面上破裂。

你有没有从侧面看一杯可乐?

离开玻璃内部的气泡会迅速上升。

相比之下,微泡出现的速度较慢当气泡中的气体完全溶解后,消失在水中。

此时,如果气体仍未溶解,气泡尺寸会变小并变成超细气泡

微泡的寿命只有几秒钟。
微泡的寿命约为 2 分钟。
已知超细气泡可持续数月至半年。

这里我要注意的是

微气泡表面和
超细气泡在水中停留很长时间。

这是因为超细气泡很小,没有
浮力,被水推动,长时间停留在
水中

这样,细小气泡与普通气泡相比,具有“看不见”、“不可磨灭”、“不漂浮”的特点

* 严格来说,微气泡消失了,但在这里它们表现为包括超细气泡在内的特征。

 

来自日本的创新技术

颠覆“隐形”、“不可磨灭”、“不浮”的传统泡泡形象的精致泡泡。

它于1998 年
被发现,距其诞生 仅20 年

而且,它诞生于日本

发明者是大成弘文教授(当时)。

触发因素是朋友打来的电话。

赤潮已经消灭了牡蛎,所以请做点什么吧! ”

Taisei教授收到了改善牡蛎损害的请求。
大成教授一头雾水。

看到大成教授开发的微泡发生器的牡蛎养殖户的话。

“这个泡沫可能会对此有所作为。”

这让大成教授很感动。

当我尝试细气泡时,结果很可疑。


大多数产生微气泡的牡蛎都是活的,尽管普通牡蛎在 50% 和 60% 时开始死亡。

这就是Fine Bubble的诞生。

 

细气泡的特点

使它与普通气泡不同的不仅仅是大小。

它具有以下特点。

 

▶ 高气体溶解效果

细小的气泡可以将大量气体溶解在液体中。

这涉及到气泡与液体接触的表面积(称为气液边界面积)。

气液边界面积越大,气体越容易溶解在液体中

并且气液边界区域的大小与气泡的直径成反比。

换言之,气泡越小,气液边界面积越大,气体越能溶解在液体中。

细气泡比普通气泡的尺寸小,不是吗?因此,气液边界面积是一个很大的值。

这就是为什么气泡中的气体可以有效地溶解在液体中的原因。

此外,通过改变内部气体,可以对水赋予不同的效果。
例如,当内部气体为氧气(O2)时。

可增加水中溶解氧浓度,促进番茄、生菜等农作物的生长它还用于保存鱼的原始颜色。

当内部气体为氮气(N2)时。

它可以从水中吸收氧气,使之成为含氧量少的水。
这是用来保持鱼新鲜的

此外,气泡上升的速度与气泡直径的平方成正比。
直径越小,上升到水面的速度越慢。
这就是为什么细气泡在水中的持续时间比普通气泡长。

 

▶ 收缩力和自破碎

通常,气泡在表面与液体和气体接触,并施加表面张力。

表面张力是用于使气体和液体的表面积最小化并用于缩小气泡的力。

当气泡最终破裂时,会产生高温和高压

细小气泡以这种方式瞬间破裂的现象称为破碎

资料来源:纳米行星研究院有限公司

此时产生的高温接近太阳的温度,高压足以将四个相扑选手放在你的手指上

在破碎现象中,气泡中发生类似于绝热压缩的变化。

绝缘意味着没有热量进出外部。

如果气泡在这种状态下被压缩,气泡的体积会变小。

当体积减小而不改变热量时,根据热力学第一定律,温度会升高。

具体来说,内能增加,但内能增加意味着分子的动能增加,结果温度也升高。

如上所述,当微细气泡破裂时,会产生高温和高压。
这时会产生大量的自由基。
自由基具有很强的反应性,可以化学分解有机物质,因此被用于杀菌、消毒和清洁。

 

▶ 充电特性

如上图所示,微细气泡表面带负电

据说这是因为从水分子中分离出来的OH离子聚集在气泡表面。

由于细小气泡带负电,它们相互排斥,气泡不相互结合这使您可以保持较小。

带负电意味着很容易吸附带正电的物质

这种负电荷特性用于去除农作物中的铯等放射性核素时的除臭、水处理和清洁

 

▶ 生理特性

当细小气泡消失时,产生高温高压并释放高能量。

这种能量刺激体内的感觉神经并促进胰岛素样生长因子-I (IGF-I) 的产生,从而作用于细胞增殖和分化。

这可以通过增加血流量来增加体表温度。

预计还会产生毛发生长等效果。

 

▶ 减少摩擦力

随着半导体晶片的薄型化,在剥离工序中剥离晶片时会出现晶片破裂等问题。

因此,使用超细气泡代替超声波。

超细的气泡进入微小的晶圆之间的空间,更大的微气泡进入其中,将它们一一剥离

因此,超细气泡的存在可以降低固体和液体之间的摩擦力。

 

扩大应用领域和应用实例-从农业到制药-

 

▶ 促进农产品增长

如何将空气送到困扰农民的根系的每一个角落?问题。

特别是在水培中,即使在阳台等没有土壤的地方也可以种植蔬菜,水中总是需要氧气。

资料来源:PPL NEX Co., Ltd.

细小气泡的表面带负电
另一方面,肥料带有正电荷,带有NH4+、K+、Ca+、Fe+等。

当肥料加入细泡水中时,肥料被吸引到细泡的表面。
吸附肥料的细泡水从根部吸收,使肥料有效地被植物吸收,促进生长。

同时,
它通过溶解水中大量的氧气来促进植物的生长

樱桃番茄水培增产约20%,生菜水培增重约2.5倍。

 

▶ 也用于保持鱼的新鲜度

还应用了细气泡以保持鱼的新鲜度。

事实上,活鱼需要氧气,但
死鱼是个障碍
氧气促进氧化和腐败

我要给活鱼供氧,
我不想给死鱼供氧。
我应该怎么办?

您所要做的就是改变气泡内的气体。

所以,我们会好好利用上面提到的微气泡和超细气泡的区别。

如果你想保持新鲜

使用含有氮气的超细气泡。

将鱼放入
氮微泡水中时,氮微泡水会渗透到鱼体内,并含有残留在鱼体内的氧气,从而去除氧气,防止氧化。

  

出处:北九州学术研究城产学合作交流会新技术说明会

那么氮气微泡水是如何形成的呢?

资料来源:NANOX Co., Ltd.

首先,氮气微泡具有易上升的特性,因此
水中含有氧气后,会迅速上升,气泡破裂。

另一方面,氮超微细气泡尺寸较小,因此
它们留水中,在水中含有氧气,有助于维持缺氧状态。

如果你想促进鱼的生长

使用氧气超细气泡

据报道,通过使用Oxygen Ultra Fine Bubble,可以将增长到
可以运输的尺寸所需的时间缩短几个月。

下面是使用氧气超细气泡的鱼。

资料来源:NANOX Co., Ltd.

 

▶ 改善蛋黄酱的口感

有助于限制卡路里、降低成本和抗氧化

Kewpie 的“ Chef Style Mayonnaise ”就是将微气泡商业化的食品的一个例子

资料来源:丘比

最初的目的是开发一种可口的蛋黄酱。

然而,事实证明,它不仅改善了口感,而且
还具有减少卡路里摄入量和降低成本的作用。

为什么可以减少卡路里?

由于蛋黄酱中含有的微泡量减少了蛋黄酱的量,因此可以减少卡路里。

减少蛋黄酱的用量也可以降低制造商的成本。

“Chef Style Mayonnaise”使用氮气微泡。

如下图所示,氮气微泡通过包含
打开盖子时进入的氧气来防止蛋黄酱氧化

 

为什么氮微泡会吸收氧气?

这是由于熵定律
当您将牛奶滴在咖啡上时,牛奶会随着时间的推移扩散到咖啡中。


这样,吸入的氧就按照从高浓度向低浓度移动的规律移动到氧浓度为0%的氮微泡中。

 

▶ 香味的封装

将香气分子包裹在食品和饮料中存在影响口感的问题。

此外,在难溶或不溶的香味分子的情况下,存在难以应用于水的问题。

IDEC 的一项研究证实,含有日本胡椒的超细气泡即使在 4 周后仍能保持其香味。

如下图所示,可以认为是在超细气泡表面补充了花椒的香味分子,在这种状态下4周后气泡也没有消失。

资料来源:IDEC

 

▶ 臭氧气泡对食品进行杀菌

切碎超市里的蔬菜。

我经常使用它,但我想知道它是否足够消毒。

据报道,使用微泡臭氧水
可以对切好的蔬菜进行清洗和杀菌,而不会损坏蔬菜的细胞膜。

使用氯基化学品和微气泡臭氧,

检验杀菌效果的差异,两者几乎处于同一水平

接下来,比较了对植物细胞的影响。

当细胞受损时,色素进入细胞内部并染成蓝色。

如果未损坏,细胞膜不会染成蓝色,以防止色素进入。

结果
,细胞内被氯基化学物质染成蓝色,但
没有被微泡臭氧染成蓝色。

微泡臭氧水在中间。

资料来源:狮子卫生有限公司

两者的杀菌效果相同,但 发现杀菌引起的细胞损伤被抑制到与带有
微泡臭氧水的自来水相同的水平。

 

▶ 在不断扩大的制药领域中的应用

使用微泡的研究也在药物递送系统(DDS)领域进行。

在这里,我想解释一下作为药物载体具有活性的脂质体。

资料来源:高丝

脂质体是具有与活生物体的细胞膜相同的分子的磷脂膜重叠的结构的胶囊。

由于它是由生物成分组成的,因此具有低毒性和抗原性的特点。

然而,当脂质体被给予血液时,它们由肝脏和脾脏补充,并且存在难以将它们递送至所需位置的问题。

因此,开发了用聚乙二醇(PET)修饰脂质体表面的PEG-脂质体。通过PEG修饰,成为肝脾难以补充的载体。

将抗癌药物包裹在PEG-脂质体中的产品已经投入实际使用。

 

另一方面,为了将药物输送到细胞中,当作为载体的脂质体到达
细胞附近时,必须将药物牢牢地送入细胞中。

超声是人们关注的焦点

 

当液体暴露于超声波时,会产生空化。

研究了这是否可用于将药物引入细胞。

换句话说,当细胞暴露于超声波时,空化会产生空洞。这个想法是利用这个空腔被压碎时细胞膜上的短暂小孔

但是,此时需要的超声波强度存在损伤生物体的问题。

那里使用了微泡

药物和微泡被封装在上述PEG 脂质体中。

通过封闭微泡,可以用比没有微泡时强度低的超声波引起空化

这使得将药物引入细胞成为可能。正在进行研究以引入基因
和药物。

资料来源:ResearchGate

对大脑的药物输送给予了更多的关注

 

▶ 也适用于药物转移到大脑

为什么需要将药物输送到大脑?

这是因为大脑有一个强大的屏障,称为血脑屏障 (BBB)

BBB是防止异物从外部进入的屏障。
但同时,这也是药物进入大脑的障碍

许多用于治疗脑部疾病的药物无法通过 BBB。
我不得不求助于开颅手术。

如何突破血脑屏障?

研究人员已经解决了这个难题。
如果不能通过血脑屏障的药物可以通过,
那么不用开颅治疗的可能性就会增加。

正是细泡沫带来了突破BBB的希望。

2015 年 11 月,加拿大多伦多的一个神经外科小组宣布,它已经成功地为脑肿瘤患者管理微泡、打开 BBB 并提供抗癌药物。

法国也有 15 例类似的报告。

在这两种情况下,微泡和超声波的结合使血管壁松动并通过间隙输送药物。

有望应用于阿尔茨海默病的治疗。
还有报道称,在阿尔茨海默病小鼠的实验中,斑块被去除了。

 

如何产生细小的气泡

到目前为止,我们已经查看了使用细气泡的示例。

接下来,我们将简要介绍以下几种典型的产生细小气泡的方法。

旋流液流型

加压溶解型

▶ 旋流液流式

首先,旋流法采用离心原理

当离心机旋转时,由于物质的比重不同,重的被分到外面,轻的被分到里面。

当液体被泵入设备并旋转时,离心力使液体向外移动。

这降低了中心的压力(负压)。这种负压吸入气体并使其通过最低压力的中心。

这样,就利用了离心的原理来分离气体和液体。
此时,旋转轴以超高速旋转,每秒旋转400到600次。
这个转速与航天飞机上安装的涡轮喷气发动机差不多

当这种超快速的涡流气体在装置的出口喷出时,在喷出的同时,涡流会被水迅速减弱。
在此之前和之后,会出现急剧的转动速度差异,从而稳定地切割气体并产生大量微气泡。

旋流式除了使用泵作为动力源外,还使用水和气体。
会产生大量的微泡。

该装置由大成教授开发。

资料来源:纳米行星研究院有限公司

这是事发前后的照片。


 

▶ 加压溶解型

加压溶解法是通过增加压力使大量气体溶解,然后减压产生微气泡的方法。

气体和液体的混合物被泵入以使液体中的气体过饱和。
接下来,将过饱和溶液立即减压并释放,以使液体中的微泡沉淀。

除此之外,还为每个制造商开发了各种设备作为微气泡发生器。

 

五年后,全球细泡沫市场规模将达到6500亿日元。

到 2023 年,全球细泡沫市场预计将达到6500 亿日元。

资料来源:2016年专利申请技术趋势调查报告(摘要)细泡技术

从农业、水产养殖、工业、食品到医疗和生命科学领域

来自日本的精细气泡技术,有望在广泛领域得到应用。

我们将继续检查最新趋势。


上海溱道环保技术有限公司

主要经营:大流量微纳米气泡系统、活氧灭菌水龙头、食品净化装置、家用/宠物摩氧浴、定制化微米方案 在线咨询
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