A-10 　超磁歪アクチュエータ駆動によるキャビテーション発生を利用したウイルスの不活性化環日本海域環境研究センター生体機能計測研究部門鈴木　峻

A-10　超磁歪アクチュエータ駆動によるキャビテーション発生を利用したウイルスの不活性化A-10　超磁歪アクチュエータ駆動によるキャビテーション発生を利用したウイルスの不活性化環日本海域環境研究センター生体機能計測研究部門鈴木　峻

目次 • はじめに（キャビテーションとは） • 研究背景 • 研究目的 • キャビテーション発生装置 • ウイルス不活性化評価 • まとめ・今後の課題

液体沸騰圧　力固体気体キャビテーション温　度 1.はじめに（キャビテーションとは） • 液体の圧力が飽和蒸気圧を下回ることにより，溶存気体の蒸発が起こる現象 • 船舶のスクリューやポンプなど流体機器の性能劣化・損傷などの悪影響を及ぼすキャビテーションによって損傷した水車

キャビテーションの有効利用 • 無数に発生したキャビテーション気泡が崩壊すると1GPaを超える圧力衝撃波が生じ，温度は10000Kに達する • 二酸化チタンを水媒質に添加し，キャビテーションを発生・崩壊させると強い酸化力を示すヒドロキシルラジカルが発生超音波洗浄・金属の切断などに有効利用キャビテーション崩壊エネルギーによってチタンが励起され高濃度のヒドロキシルラジカルが発生したと考えられる

2.研究背景 湖水や河川などが汚濁にさらされている場合従来の技術では汚水量が多くなるほど処理能力が劣化磁気応用分野から超磁歪アクチュエータを用いた機構を提案し多量の汚濁水に対する水質浄化を視野に入れた環境浄化への応用を考える

3.研究目的 超磁歪アクチュエータを用いて二酸化チタンを添加した水媒質へキャビテーションを機械的に発生させキャビテーション崩壊による圧力衝撃波・熱分解作用ヒドロキシルラジカルの酸化分解力水質汚濁の原因となるウイルスを不活性化

4.キャビテーション発生装置 　によって構成　　　　アクチュエータの振動を水槽内部に伝え，加圧・減圧を行う超磁歪アクチュエータとピストン・シリンダー機構交流磁界による超磁歪素子の寸法変化でピストン・シリンダーが上下振動する

キャビテーション発生装置の減圧能 • 交流励磁電流5A駆動で振動振幅120mm，最大発生推力8300Nを出力 • 水槽内の減圧はピストンの断面積に反比例発生推力 158 mm キャビテーション発生条件を満たす減圧能P=F/S=4290 [hPa] F：発生推力，S：ピストン断面積

ウイルスの不活性化 キャビテーション崩壊時に生じる圧力衝撃波・熱分解作用とヒドロキシルラジカルの酸化分解力によってキャプシドに損傷を与える • ウイルスは核酸とキャプシド（タンパク質の外殻）から　構成される • ウイルスは他生物に　キャプシドを介して感染感染破壊核酸細菌キャプシドを破壊すればウイルスは感染することができないキャプシド

水分子大きさ （0.3nm）透析膜孔径（5nm）ウイルス粒子（27nm） < < キャビテーション発生装置によるウイルスの不活性化 • キャビテーション発生装置によってウイルスに振動印加を与える際には透析膜を用いるウイルス水分子 • 透析膜を用いる理由は ①ウイルスに与える条件を　　　　　　保ったまま実験を遂行できる ②実験ごとに水槽部の滅菌操作を　行わなくてもよい ③他のウイルスや細菌が透析膜内に入り込まない透析膜

5.ウイルス不活性化評価 実験方法１．透析膜へウイルスを入れる２．水槽部へE1，E2の透析膜を入れ，アクチュエータを　　　駆動させる３．取り出したウイルスを大腸菌へと感染させ，　　　　　　　　プラークアッセイ法によりウイルスの存在数を計測

プラークアッセイ法による影響評価 １．大腸菌とウイルスを混合し感染させる２．寒天培地上に１．を均一にまき，32℃下で12時間おく３．大腸菌が増殖し表面が白くなる４．ウイルスが感染した大腸菌は増殖できずプラークを形成する５．プラーク数＝ウイルスの数なのでプラークの数を計測　するプラーク

検証結果1　振動周波数依存性(交流励磁電流5A，駆動時間20分)検証結果1　振動周波数依存性(交流励磁電流5A，駆動時間20分) • 周波数が大きくなるにつれウイルスがより不活性化 • どの周波数下でもE1とE2に大きな差異は見られなかった

検証結果2　駆動時間依存性(交流励磁電流5A, 振動周波数120Hz) • 駆動時間が長くなると　ウイルスがより不活性化 • 60分間の駆動で99％のウイルスを不活性化させることができた

6.まとめ・今後の課題 • キャビテーション崩壊時に生じた圧力衝撃波および　熱分解作用によるウイルス不活性化影響が見られた • 60分間のアクチュエータ駆動により二酸化チタンを　添加せずともウイルスをほぼ完全に不活性化させる　ことができた • 今後の課題 • 他の影響評価方法を考え，キャビテーション崩壊による　ウイルスの不活性化をより確証づける • 水質汚濁の原因となる他の生物にも検証を行う

A-10 超磁歪アクチュエータ駆動による キャビテーション発生を利用した ウイルスの不活性化 環日本海域環境研究センター 生体機能計測研究部門 鈴木 峻