(57)【要約】【解決手段】ナノバブル発生器、実質的に高い濃度のナノバブルを含むナノバブル含有液体溶液、ナノバブル含有液体溶液を製造するシステムおよび方法。前記ナノバブル発生器は、元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理し、ナノバブル含有液体溶液を生成するための一連の少なくとも２つの連続的なキャビテーション区域およびせん断面と、ナノバブル含有液体溶液を放出するための流出部と、を備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
元の液体溶液を受けるための流入部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを有するハウジングを備え、前記処理部が、キャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有することを特徴とするナノバブル発生器。
【請求項２】
前記処理部は、前記ハウジングを通じて軸方向に延びるシャフト上に取り付けられた少なくとも２つの円盤状要素を備え、
前記円盤状要素は離間しており、
前記円盤状要素の各々の幅は２つの連続する円盤状要素間の距離の約二分の一であり、
前記円盤状要素の各々は、前記流入部に面する第１の壁と、前記流出部に面する第２の壁と、前記第１の壁と前記第２の壁との間に延びる周壁とを備え、
前記円盤状要素の各々は、前記周壁から延びるノッチまたは溝を有し、前記円盤状要素はシャフトに沿って設けられ、該要素のノッチは互いに対して円周方向にジグザグに配列していることを特徴とする請求項１に記載のナノバブル発生器。
【請求項３】
前記円盤状要素が金属または金属の組み合わせから構成されることを特徴とする請求項１に記載のナノバブル発生器。
【請求項４】
前記円盤状要素がステンレス鋼から構成されることを特徴とする請求項１に記載のナノバブル発生器。
【請求項５】
前記ナノバブル発生器が２〜３０個の円盤状要素を備えることを特徴とする請求項１、２または３に記載のナノバブル発生器。
【請求項６】
（ａ）元の液体溶液を受けるための流入部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを備え、前記処理部はキャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有するナノバブル発生器を少なくとも１つと、
（ｂ）前記ナノバブル発生器の流入部と流体連通した前記液体溶液の供給源と、を備えることを特徴とするナノバブル含有液体溶液発生システム。
【請求項７】
さらに、１つ以上の下記の部品：元の液体の前処理システム、高ゼータ電位結晶発生器、前濾過システム、少なくとも１つの濾過装置、またはそれらのいずれの組み合わせ、
を備えることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記１つ以上の部品と、前記少なくとも１つのナノバブル発生器と、前記液体供給源とが液体連通していることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記ナノバブル発生器が請求項２に記載のナノバブル発生器であり、ノッチまたは溝の表面がせん断面を与え、前記円盤状要素間の空間がキャビテーション空間を与えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
外部のガス供給源を備えないことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
ナノバブルの濃度が増大した液体溶液を製造する方法であって、
（ａ）元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを備え、前記処理部はキャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有するナノバブル発生器を用意するステップと、
（ｂ）元の液体溶液を前記ナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
材料の質を向上させる方法であって、
（ａ）元の液体溶液を請求項１に記載のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
（ｂ）前記処理した液体溶液と材料とを接触させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
表面上のバイオフィルムの形成を除去するか、または防ぐ方法であって、
（ａ）元の液体溶液を請求項１に記載のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
（ｂ）前記ナノバブルを有する処理した液体溶液と表面とを接触させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
トリの糞尿中のアンモニア含量を低減する方法であって、トリにナノバブルを有する液体溶液を与えるステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記ナノバブルを有する液体溶液が、元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを備え、前記処理部はキャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有するナノバブル発生器に元の液体溶液を通過させることによって得られることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
材料から重金属を除去する方法であって、
（ａ）元の液体溶液を請求項１に記載のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
（ｂ）前記ナノバブルを有する処理した液体溶液と材料とを接触させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルの平均サイズが約１００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルの平均サイズが約７５ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルのモードサイズが約６０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルのモードサイズが約５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
ナノバブル含有溶液の酸化還元電位（ＯＲＰ）が、該ナノバブル含有溶液を製造するために使用される元の液体溶液のＯＲＰより相対的に高いことを特徴とする請求項１１乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記液体溶液が非極性液体溶液、極性液体溶液またはそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項１１乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記液体溶液が液体およびガスの混合物を含むことを特徴とする請求項１１乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガスが窒素、酸素、二酸化炭素、オゾンおよび水素から選択されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノバブル発生器が請求項１に記載のナノバブル発生器であり、ノッチまたは溝の表面がせん断面を与え、円盤状要素間の空間がキャビテーション空間を与えることを特徴とする請求項１１乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記元の液体溶液がガスを有さないことを特徴とする請求項１１乃至２２または２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
外部のガスを使用しないことを特徴とする請求項１乃至２２または２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記元の液体溶液がマイクロまたはナノバブルを有さないことを特徴とする請求項１１乃至２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
実質的に高い濃度の安定したナノバブルを含むナノバブル含有液体溶液であって、当該ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルの平均サイズが約１００ｎｍ未満であることを特徴とするナノバブル含有液体溶液。
【請求項３０】
前記ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルの平均サイズが約７５ｎｍ未満であることを特徴とする請求項２９に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３１】
前記ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルのモードサイズが約６０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項２９に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３２】
前記ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルのモードサイズが約５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項２９に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３３】
前記液体溶液が非極性液体溶液、極性液体溶液またはそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３４】
前記液体溶液が液体およびガスの混合物を含むことを特徴とする請求項２９乃至３３のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３５】
前記ガスが窒素、酸素、二酸化炭素、オゾンおよび水素から選択されることを特徴とする請求項３４に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３６】
前記液体溶液がガスを有さないことを特徴とする請求項２９乃至３３のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項３７】
元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブル含有液体溶液を放出するための流出部とを備え、前記処理部が、キャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有するナノバブル発生器を備えることを特徴とする装置またはシステム。
【請求項３８】
前記ナノバブル発生器が請求項１に記載のナノバブル発生器であり、ノッチまたは溝の表面がせん断面を与え、円盤状要素間の距離がキャビテーション空間を与えることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記装置が、給湯システム、冷水システム、飲料水システム、公衆衛生システム、水濾過システム、パワー・ウォッシャー、車両洗浄機、洗濯機、食器洗い機および電気掃除機から選択されることを特徴とする請求項３６または３７に記載の装置またはシステム。
【請求項４０】
装置またはシステムの製造におけるナノバブル発生器の使用であって、
前記ナノバブル発生器は、元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブル含有液体溶液を放出するための流出部とを備え、
前記処理部はキャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有し、
前記装置または前記システムは、給湯システム、冷水システム、飲料水システム、公衆衛生システム、水濾過システム、パワー・ウォッシャー、車両洗浄機、洗濯機、食器洗い機および電気掃除機から選択されることを特徴とする使用。
【請求項４１】
塗料、飲料、タンパク質、アルコール、氷、コロン、蒸気、食用油、非食用油、洗浄調製物および燃料の製造用の請求項２９乃至３５のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１３年１０月３日に出願した米国特許仮出願第６１／８８６３１８号の優先権を主張し、その内容は参照によって本開示に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、ナノバブルを有する液体溶液、並びにナノバブル含有液体溶液を製造するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、微細なバブル（ミリメートル、マイクロメートルおよびナノメートルのサイズのバブル）を含有するガス−液体混合流体が様々な産業および応用分野において使用されている。
【０００４】
現在、市場におけるマイクロ・ナノバブル発生器は、微細なバブルを生成するために空気またはガスを必要とし、ナノメートルの粒径を有するようにバブルのサイズを効果的に低減できない。
【０００５】
多くの発生器がマイクロバブルを介してナノバブルを生成することが可能であるに過ぎず、単一のせん断点、インジェクターまたはベンチュリを有する旋回流体チャンバーを利用して、バブルのサイズを低減することができる。他のシステムは、加圧溶解または電気分解を利用して、ナノバブルを生成する。これらのシステムはすべて、流体を常磁性とするために必要とされる吸熱反応を生じることができない。
【０００６】
例えば、米国特許第８，３１７，１６５号明細書には、ナノバブル含有液体製造装置が記載されている。しかしながら、この米国特許に記載されている装置は、マイクロバブルベースの流体からナノバブルを製造することができるに過ぎず、より大量のナノバブルを発生させるためには、外部のガス／空気を利用する必要がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的の１つは、先行技術の不利益を克服するナノバブル含有液体溶液を製造するシステムおよび方法を提供することにある。本発明の目的は、ナノバブルを製造するために、例えば、空気またはガスを必要としないか、またはマイクロバブルベースの溶液を必要としないナノバブル含有液体溶液を製造するシステムおよび方法を提供することにある。
【０００８】
これより先、本発明の他の目的は、以下の発明の概要、本発明の説明、実施形態および実施例から理解されるだろう。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の範囲内で、ナノバブルを有する溶液に加えて、ナノバブル発生器、前記溶液の発生を可能にするシステムおよび方法が提供される。ナノバブル含有液体溶液を製造する本発明のシステムおよび方法は、ナノバブルを生成するか、またはより大量のナノバブルを生じさせるのに外部の空気またはガスを必要とせず、ナノバブルもしくはマイクロバブルのベースの溶液を必要としない。
【００１０】
本発明のナノバブル発生器は、一実施形態において、一連の少なくとも２つの連続的なキャビテーション区域とせん断面とを有するチャンバーを備える。元の液体溶液としては、極性液体溶液、非極性液体溶液またはそれらの組み合わせが挙げられる。その後、処理した液体溶液は、使用および／または消費のために配給される。
【００１１】
一実施形態において、ナノバブル発生器は、元の液体溶液を受けるための流入部と、ナノバブル含有液体溶液を放出するための流出部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部とを有するハウジングを備え、前記処理部は、キャビテーションの空間、チャンバーまたは区域で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有する。
【００１２】
ナノバブル発生器の別の実施形態において、前記処理部は、ハウジングを通じて軸方向に延びるシャフト上に取り付けられ、空間で隔てられた少なくとも２つの円盤状要素を備える。
【００１３】
本発明のナノバブル発生器の別の実施形態において、各せん断面の幅は各キャビテーション空間の幅の約二分の一である。本発明の一実施形態において、各円盤状要素の幅は２つの連続するせん断面の間の距離の約二分の一以下である。
【００１４】
本発明のナノバブル発生器の別の実施形態において、各円盤状要素は、流入部に面する第１の壁と、流出部に面する第２の壁と、第１の壁と第２の壁との間に延び、ノッチまたは溝を有する周壁と、を備える。
【００１５】
本発明のナノバブル発生器の別の実施形態において、円盤状要素はシャフトに沿って設けられ、該要素のノッチが互いに対して円周方向にジグザグに配列している。
【００１６】
本発明のナノバブル発生器の別の実施形態において、ナノバブル発生器は２〜３０個の円盤状要素を備える。
【００１７】
本発明のナノバブル発生器の別の実施形態において、円盤状要素は金属または複数種の金属の組み合わせから構成される。一実施形態において、円盤状要素はステンレス製である。
【００１８】
一実施形態において、本発明は、液体溶液供給源と、前述の実施形態のいずれかのナノバブル発生器とを備え、ナノバブル発生器の元の溶液の流入部が液体溶液供給源に動作可能に接続されているナノバブル含有液体溶液発生システムに関する。
【００１９】
別の実施形態において、本発明は、ナノバブル含有液体溶液の製造方法に関する。一実施形態において、前記方法は、元の液体溶液を本発明のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブル含有液体溶液を製造するステップを備える。
【００２０】
本発明のナノバブル含有溶液の製造方法の別の実施形態において、元の液体は液体およびガスの混合物を含む。
【００２１】
元の液体溶液はナノバブル発生器を通過することによって処理されて、該元の液体溶液中にナノバブルを生じる。ナノバブルは、好ましくは、処理した溶液中で比較的高い濃度で存在し、小さく、好ましくはナノサイズ範囲であり、好ましく約１０〜約２０００ｎｍであり、より好ましくは約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍである。
【００２２】
本発明の一実施形態において、液体溶液は、任意選択的に、ナノバブル発生器の前または後に、少なくとも１つの濾過システムを通過し、それによって、細菌、ウイルス、シストなどが処理した液体から実質的に除去される。当分野において既知のいずれの濾過システムも本発明のシステムにて使用し、組み込んでもよい。濾過システムとしては、特に制限されないが、粒子フィルター、チャコールフィルター、逆浸透フィルター、活性炭フィルター、セラミック炭素フィルター、蒸留フィルター、イオン化フィルター、イオン交換フィルター、紫外線フィルター、バックフラッシュフィルター、磁性フィルター、エネルギーフィルター、ボルテックスフィルター、化学的酸化フィルター、化学的添加フィルター、パイウォーターフィルター、樹脂フィルター、膜ディスクフィルター、マイクロ濾過膜フィルター、ニトロセルロース膜フィルター、スクリーンフィルター、シーブフィルター、または微多孔フィルター、およびそれらの組み合わせを挙げることができる。ナノバブルが比較的長い寿命を有することを考えると、本発明のナノバブル含有溶液は、使用および消費のために貯蔵してもよいし、配給してもよい。
【００２３】
本発明の別の実施形態において、処理した元の液体を任意選択的に無機物濾過システムに通過させ、それによって、鉄、硫黄、マンガンなどの無機物を処理した元の液体から実質的に除去する。
【００２４】
液体溶液の濾過は、任意の時間またはステップで行ってもよい。例えば、元の液体溶液に対して、またはナノバブル含有液体溶液に対して濾過を行ってもよい。
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態において、元の液体は第１のナノバブル発生器によって処理される。任意選択的に、処理した液体を、任意選択的な無機物濾過システムおよび任意選択的な少なくとも１つの病原体濾過システムに通過させる。ナノバブル含有溶液を配給してもよく、またはリザーバーなどの貯蔵容器中に貯蔵してもよく、または再処理してもよい。ナノバブル含有溶液の配給前に、任意選択的に、処理した溶液を追加の１つまたは複数のナノバブル発生器に通過させ、それによって、追加のナノバブルを発生させる。その後、ナノバブル発生器で２回、３回等処理した溶液を使用および消費のために配給する。
【００２６】
本発明のシステムによって処理し、任意選択的に濾過した元の液体溶液は、細胞、病原体、ウイルス、細菌、菌類、胞子、およびカビの実質的な破壊またはこれらの増殖の実質的な低減に加えて、元の液体の全体の品質の向上に有効である。ナノバブル発生器を、種々の液体システムと一体化して、多くの種類の元の液体を処理してもよい。このような液体システムとしては、給湯器、冷水器、携帯用水システム、水衛生管理システム、硬水軟化装置、イオン交換器などを挙げることができる。ナノバブル発生器を組み込んだ液体システムは、一般的な家庭に加えて、科学産業、食品加工産業、石油産業、溶剤産業および医療産業にて利用することができる。
【００２７】
したがって、別の実施形態において、本発明は、材料の質を向上させる方法を提供する。該方法は、一実施形態において、（ａ）元の液体溶液を本発明のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを含む液体溶液を製造するステップと、（ｂ）材料をナノバブル含有溶液と接触させるステップと、を備える。
【００２８】
別の実施形態において、本発明は、表面上のバイオフィルムの形成を除去するか、または防ぐ方法に関する。該方法は、一実施形態において、（ａ）元の液体溶液を本発明のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを含む液体溶液を製造するステップと、（ｂ）表面をナノバブル含有溶液と接触させるステップと、を備える。
【００２９】
さらに別の実施形態において、本発明は、トリの糞尿中のアンモニア含量を低減する方法である。この方法は、一実施形態において、ナノバブル含有液体溶液をトリに与えるステップを備える。
【００３０】
トリの糞尿中のアンモニア含量を低減する方法の一実施形態において、前記液体溶液は、元の液体溶液を本発明のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを含む液体溶液を製造することによって得られる。
【００３１】
別の実施形態において、本発明は、材料から重金属を除去する方法に関する。前記方法は、一実施形態において、（ａ）元の液体溶液を本発明のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブル含有液体溶液を製造するステップと、（ｂ）材料をナノバブル含有液体溶液と接触させるステップと、を備える。
【００３２】
本発明のナノバブル含有溶液は、平均粒径が約１０〜２０００ｎｍであるバブルを含む。先行技術の微細なバブル含有液体とは異なり、本発明のナノバブル含有液体溶液は、安定しており、常磁性を有する。本発明のナノバブル含有溶液は、本発明のナノバブル含有溶液を発生させるのに使用した元の液体より相対的に高い酸化還元電位（ＯＲＰ）を有する。本発明のナノバブル含有溶液は安定しており、かなり長い間、溶液中に存在することができる。
【００３３】
したがって、一実施形態において、本発明は、ナノバブル含有液体溶液を提供し、該液体溶液中のナノバブルの粒径は約１０〜２０００ｎｍである。本発明の一態様では、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルは安定している。本発明の別の態様では、該ナノバブル含有液体溶液は常磁性である。該ナノバブル含有液体溶液の別の態様では、該ナノバブル含有液体溶液のＯＲＰは、該ナノバブル含有溶液を発生させるのに使用した元の液体溶液のＯＲＰよりも相対的に高い。水の場合、本発明の一実施形態において、本発明のナノバブル発生器で処理した水のＯＲＰは約６５０ｍＶ以上である。
【００３４】
本発明のナノバブル含有液体溶液の別の実施形態において、液体溶液は、非極性液体溶液、極性液体溶液またはそれらの組み合わせから選択される。
【００３５】
本発明のナノバブル含有溶液の複数の態様では、溶液の液体は、水（水道水、都市用水、井戸水、廃水など）、溶媒、燃料、食用油、非食用油およびアルコールからなる群より選択される。
【００３６】
本発明のナノバブル含有溶液の別の実施形態において、溶液は、液体およびガスの混合物を含む。本発明のナノバブル含有溶液の複数の態様では、該混合物のガス成分は、窒素、酸素、二酸化炭素、オゾン、エタノール、メタノールおよび水素からなる群より選択される。
【００３７】
一実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜約２０００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜１０００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜９００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜８５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜８００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜７５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜７００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜６５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜６００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜５５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜５００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜４５０ｎｍであり、約１０〜４００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜３５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜３００ｎｍであり、約１０〜２５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜２００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜１５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜１００ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜９０ｎｍまたは約１０〜８０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜７０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜６０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜５０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜４０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜３０ｎｍであり、約１０〜２０ｎｍである。
【００３８】
別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液は約１．１３  Ｅ８ナノバブル／ｍｌ〜約５．１４  Ｅ８ナノバブル／ｍｌを含む。
【００３９】
別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均粒径は、約７０ｎｍ〜１９０ｎｍである。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルのモード粒径は約４５ｎｍ〜８５ｎｍである。
【００４０】
一実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均サイズは約１００ｎｍ未満である。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均サイズは約７５ｎｍ未満である。
【００４１】
一実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルのモードサイズは約６０ｎｍ未満である。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均サイズは約５０ｎｍ未満である。
【００４２】
本発明の一実施形態において、上記の適用可能な実施形態のいずれか１つのナノバブル発生器、システムおよび方法で使用される元の液体溶液はガスを有さない。
【００４３】
本発明の別の実施形態において、上記の適用可能な実施形態のいずれか１つのナノバブル発生器、システムおよび方法で使用される元の液体溶液は外部のガスを使用しない。
【００４４】
本発明の別の実施形態において、上記の適用可能な実施形態のいずれか１つのナノバブル発生器、システムおよび方法で使用される元の液体溶液はマイクロバブルまたはナノバブルを有さない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
以下の図面は、本発明の種々の態様、好ましい実施形態および代替の実施形態を図示する。
【図１】先行技術の水質調節装置の側面図である。
【図２】図１の装置の円盤を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に従うナノバブル発生器の透視図である。
【図４】図３のナノバブル発生器の全体の外観図（Ａ）、透視図（Ｂ）および縦横断面図（Ｃ）である。
【図５】本発明の一実施形態に従うナノバブル発生器の処理部の側面図である。
【図６】図３のナノバブル発生器の処理部の等角図である。
【図７】本発明の一実施形態に従うナノバブル発生器の円盤状要素の正面図である。
【図８】ナノバブル発生器を通る液体溶液の流れを示す図３のナノバブル発生器の縦横断面の拡大図である。
【図９】ナノバブルを発生させるための本発明のシステムの実施形態である。
【図１０】ナノバブルを発生させるための本発明のシステムの実施形態である。
【図１１】未処理の水サンプル中のナノバブルの濃度およびサイズを決定するための未処理の水サンプルのナノ粒子トラッキング解析（ＮＴＡ）の結果を示す。
【図１２】未処理の水サンプル中のナノバブルの濃度およびサイズを決定するための未処理の水サンプルのＮＴＡの結果を示す。
【図１３】ナノバブル発生器で処理した水サンプル中のナノバブルの濃度およびサイズを決定するための当該処理した水サンプルのＮＴＡの結果を示す。
【図１４】ナノバブル発生器で処理した水サンプル中のナノバブルの濃度およびサイズを決定するための当該処理した水サンプルのＮＴＡの結果を示す。
【図１５】対照および本発明のナノバブル発生器で処理した水を与えたブロイラー由来の貯蔵した糞便サンプルの物理的特性を示す写真である。
【図１６】ガラスキャピラリーバイオフィルムリアクターシステムを示す図である。バイオフィルムを連続流の条件下で成長させる。ガラスチューブは、チューブの内側で成長するバイオフィルムの直接の顕微鏡観察を可能にする平方横断面を有する。装置は、穴開き培地供給カーボイ（４Ｌ限度容量）と、フロー遮断部と、濾過した空気流入口と、蠕動ポンプと、キャピラリーおよびフローセルのホルダーと、接種ポートと、廃液カーボイと、から構成される。これらの構成要素はシリコーンゴムチューブで接続されている。
【図１７】対照の水道水および処理した水道水に浸漬し、２時間インキュベートしたカバーガラスでペトリ皿に負荷した大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）細胞の顕微鏡写真である。カバーガラスをＭｉｎｉＱ水で２回洗浄し、ＳＹＴＯ９で着色し、２時間後と２０時間後に落射蛍光顕微鏡で可視化した。
【図１８】処理した水道水および対照の水道水中の常在菌によるフローセル内のバイオフィルム形成（８日）を示す。
【図１９】ナノバブル処理装置で処理した水を用いて実施した大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）バイオフィルムの除去を示す。フローセルに形成された６日間の大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）バイオフィルムを処理した水道水（パネルＡ）および対照の水道水（パネルＢ）で３０分間濯いだ。パネルＣ（処理水）およびＤ（非処理水）は、表面上の残存したバイオフィルムを示す３Ｄ画像である。点は個々の細菌細胞を示す。パネルＥ（処理水）およびＦ（非処理水）は、処理した水道水（Ｅ）および非処理の水道水（Ｆ）を与えた図１６のシステムのガラスキャピラリーの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
定義
特段の定めがない限り、本明細書で使用したすべての技術的用語および化学的用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって通常理解されるものと同じ意味を持つ。また、別段の定めがない限り、特許請求の範囲を除いて、「または（ｏｒ）」の使用は「および（ａｎｄ）」を含み、逆の場合も同じである。非制限的な用語は、別段の表示がない限り、または文脈上他の意味を明示する場合を除いて、限定すると解釈すべきではない（例えば「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）は、典型的には「限定なしで含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）」を示す。制限的な用語の例としては、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」および「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）が挙げられる。「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」などの特許請求の範囲にある単数形は、明示的に別段の定めがある場合を除いて、複数の言及を含む。
【００４７】
本発明の理解と調製を助けるために、典型的な非限定の例を以下に記載する。
【００４８】
ａ．概要
本発明のシステムおよび本発明の方法は、元の液体材料の元素組成を変化させることなく、有毒な触媒または有害な添加剤の使用を必要とせずに、液体材料供給源において効果的にナノバブルを生じさせる。該システムおよび該方法は、固定し、設置されたユニットで、または携帯用ユニットで実施してもよい。また、本発明のシステムは、水配給システムなどの既存の液体溶液配給システムに組み込んでもよい。一部の特定の実施形態について説明するが、本発明が例示した実施形態に限定されず、更なる実施形態も使用してよいことは明らかである。本発明のナノバブル含有液体溶液は、以下に説明するように、さまざまな用途において高い効果がある。本発明の発生器、システムおよび方法は、ナノバブルを生じさせるために、または元の液体溶液においてより多数のナノバブルを生成するために、外部の空気またはガスを必要とせず、ナノバブルベースのまたはマイクロバブルベースの液体溶液を必要としない。
【００４９】
ｂ．ナノバブル発生器
図３〜図８を参照すれば、本発明のナノバブル発生器１００は、元の液体溶液を受けるための流入部１４０と、ナノバブル含有液体溶液を放出するための流出部１５０と、流入部１４０と流出部１５０の間にある、元の液体溶液を処理するための処理部１１５と、を有するハウジング１１０を備えてもよい。
【００５０】
図３および４Ａを参照すれば、ハウジング１１０は、実質的に管状の形態をとっていてもよい。流入部１４０および流出部１５０は、それぞれの端にねじ付きボス１２０および１３０を備えてもよい。ハウジング１１０、ボス１２０および１３０は、好ましくは、ポリ塩化ビニル（ｐｖｃ）などの実質的に不活性の材料から構成される。
【００５１】
図４Ｂ、４Ｃ、５、６および８を参照すれば、ナノバブル発生器の処理部１１５は、一連の連続的なキャビテーション区域１９０とせん断面１６８とを備えてもよい。一連の連続的なキャビテーション区域１９０およびせん断面１６８は、ハウジング１１０を通じて軸方向に広がる一連の（２以上の）相隔たる要素１６０を有することによって可能となり、ナノバブル発生器の流入部と流出部の間に挿入されてもよい。２〜３０個の相隔たる要素１６０を使用してもよい。３０個を超える相隔たる要素１６０も使用してよい。各要素１６０は円盤の形状をとってもよい。円盤状要素１６０は、中心の棒またはシャフト１８０に支持されるか、または取り付けられてもよい。図８を参照すれば、円盤１６０は、向かい合った壁１６１、１６２（せん断壁とも称する）、および周壁または側壁１６３を備えてもよい。一方のせん断壁１６１は流入部に面していてもよく、反対側のせん断壁１６２は発生器の流出部に面していてもよい。周壁１６３は、向かい合ったせん断壁１６１および１６２の間に延びていてもよい。円盤状要素１６０は互いに間隔が空いていてもよい。要素１６０は空間１７０によって互いから離れていてもよい。
【００５２】
図５〜８に図示されるように、各要素１６０は、周壁１６３から下方へ延びる少なくとも１つの溝またはノッチ３１０を有するように形成されていてもよい。溝またはノッチ３１０は、それぞれ、縁またはせん断縁１６７と、せん断縁１６７の間にせん断面１６８と、を備えてもよい。せん断面１６８は、溝３１０への周壁１６３の連続と考えてもよい。縁１６７はスカラップデザインを有してよいものであり、実質的に鋭くてもよい。好ましくは、円盤状要素はレーザーカットで製造されてもよい。図５に図示されるように、各円盤状要素１６０の幅「ａ」、ひいてはせん断面の幅は、２つの連続する円盤状要素１６０の間の距離「ｂ」の約二分の一である。
【００５３】
図５、６および８に図示されるように、軸方向に連続する円盤１６０は、棒１８０に沿って配置され、それらのノッチまたは溝は互いに対して円周方向にジグザグに配列されている。要素１６０は、各要素１６０のノッチ３１０が交互となるように棒１８０上に配置されてもよい。すなわち、１つの円盤状要素におけるノッチが下に面している場合、次の円盤状要素におけるノッチは上に面している。
【００５４】
円盤状要素は単一の金属から製造してもよい。好ましくは、円盤状要素は、耐食金属から構成されてもよい。好ましくは、円盤状要素は、３１６Ｌなどのステンレス鋼３００シリーズから構成されてもよい。好ましくは、円盤はレーザーカットされる。
【００５５】
図８に示すように、各円盤状要素１６０は、ハウジング１１０内の液体溶液の流れに対して実質的に垂直に配置されていてもよく、例えば、要素１６０は、ハウジング１１０を通るいずれの直接的な流体の流れも実質的にブロックしてもよく、結果として、流体の流れは、各々の円盤におけるノッチ、溝または開口部３１０を通過する。開口部の交互の配置により、円盤１６０の間の流体の流れは乱流であり、各円盤１６０における開口部３１０の異なる断面積、円盤の幅および円盤１６０の間の空間１７０のため、流体が、そのハウジング１１０への通過で加速し、減速するように生じて、円盤１６０の表面上での乱流を確実にする。ナノバブル発生器は、図３および図８中の矢印によって示されるように、一方向かつ単位置（ｕｎｉｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ）であってもよい。
【００５６】
オーストラリア特許出願第１９８７０７０４８４号には、図１〜２に図示される水質調節器１０が開示されている。水質調節器１０は、中心の棒１８上に支持された隣接する円盤１７を備える。各円盤は、円盤の片面に共に位置する３つの開口部２１を有するように形成されている。本発明の円盤状要素のノッチと異なり、このオーストラリア特許出願第１９８７０７０４８４号のの３つの開口部２１は、ナノバブルの生成に必要なせん断面およびせん断縁を与えるものではないため、本特許に記載されている調節器はナノバブル発生器ではない。さらに、図１に図示されるように、各円盤１７の幅は、隣接する円盤間の距離の半分よりも実質的に小さい。
【００５７】
ｃ．ナノバブル含有溶液製造システム
本発明のシステムは様々な異なる実施形態で構成されてもよく、液体溶液中でのナノバブルの生成に関連して使用してもよい。
【００５８】
本発明のナノバブル含有液体溶液製造システムは、本発明のナノバブル発生器を備えてもよい。別の実施形態において、該システムは、液体溶液供給源と、本発明のナノバブル発生器を含む処理モジュールと、を備えてもよい。
【００５９】
極性および非極性の液体、親水性および脂溶性の液体溶液を、本発明のシステムのための元の液体として使用し、処理して、元の液体中にナノバブルを生成し、その結果、高濃度のナノバブルを有する処理溶液を製造してもよい。したがって、その元としては、油、アルコール、水、溶媒、燃料、界面活性剤、ゲル、炭水化物などを挙げることができる。
【００６０】
図９は、液体原料中でナノバブルを製造するためのシステム１０の実施形態を示す。該システムは、任意選択的な元の液体の予処理システム１５と、本発明の第１のナノバブル発生器３０と、任意選択的な高ゼータ電位結晶発生器１００と、任意選択的な前濾過システム５０と、任意選択的な少なくとも１つの濾過装置６０と、任意選択的な本発明の第２のナノバブル発生器８０と、を備えてもよい。予処理システム１５、ナノバブル発生器３０、ゼータ電位シフト結晶発生器１００、前濾過システム５０、濾過装置６０および第２のナノバブル発生器８０は互いに流体連通し、コンジットシステムによって接続されている。コンジットシステムとしては、例えば、パイプ、ホース、チューブ、チャネルなどを挙げることができる。
【００６１】
水または水道水、油、アルコールなどの元の液体溶液は、いずれの適した供給源（例えば蛇口）から供給され、液体をリザーバー２０に貯蔵してもよく、または連続的にもしくは断続的にいずれの供給源から供給してもよい。元の液体の組成を試験してもよく、必要であれば、追加的な無機物および他の構成成分を添加して、ナノバブルの発生に十分な供給源を用意してもよい。また、元の液体を、リザーバー２０での保持の前またはその後に、予処理システム１５にて処理して、破片、油含有成分などの、処理プロセスを妨げる可能性がある不必要な汚染物質を実質的に除去してもよい。
【００６２】
元の液体を、連続的にまたは断続的に液体リザーバー２０に添加してもよい。液体溶液を、十分な力および圧力でナノバブル発生器に流して、常磁性の性質を有するナノバブルを生成するための吸熱反応を開始してもよい。ポンプを使用して、前記力および前記圧力を発生させてもよい。したがって、液体溶液を、本発明のシステムのナノバブル発生器へ能動的にポンプで送ってもよい。また、液体を、水柱に位置したものなどの受動的システムを用いて放出して、水のタービンまたはプロペラの前に水を処理してもよい。
【００６３】
別の実施形態において、処理した元の液体を、次いで、少なくとも１つの濾過装置６０に通過させてもよい。好ましい実施形態において、濾過装置６０は、細菌、ウイルス、シストなどを減少させるか、または実質的に除く。当分野において既知のいずれの濾過装置を使用してもよい。濾過装置６０としては、粒子フィルター、チャコールフィルター、逆浸透フィルター、活性炭フィルター、セラミック炭素フィルター、蒸留フィルター、イオン化フィルター、イオン交換フィルター、紫外線フィルター、バックフラッシュフィルター、磁性フィルター、エネルギーフィルター、ボルテックスフィルター、化学的酸化フィルター、化学的添加フィルター、パイウォーターフィルター、樹脂フィルター、膜ディスクフィルター、マイクロ濾過膜フィルター、ニトロセルロース膜フィルター、スクリーンフィルター、シーブフィルター、または微多孔フィルター、およびそれらの組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。処理し、かつ濾過した液体は、使用および消費のために貯蔵するか、または配給してもよい。
【００６４】
図９に示すように、少なくとも１つの濾過装置６０に到達する前に、処理した液体を、任意選択的に、ゼータ電位結晶発生器１００に通してもよい。
【００６５】
高ゼータ電位結晶発生器は当分野において既知であり、概して、スケーリングの防止または減少に有用である。ある既知の高ゼータ電位結晶発生器１００は、Ｚｅｔａ  Ｒｏｄ（商標）システムである。Ｚｅｔａ  Ｒｏｄ（商標）システムは、液体システム内で細菌および無機物コロイドを電子的に分散させることによって結晶のゼータ電位を上昇させ、生物付着およびスケールの脅威をなくし、化学的な添加剤の使用を大きく減らす。液体システム内のコロイドがコンデンサの構成要素になり、該コロイドの自然の表面電荷を強く増加させ、粒子の相互作用を左右する二重層条件を変化させる。Ｚｅｔａ  Ｒｏｄ（商標）システムがコロイド物質の分散および懸濁した固体を安定化させ、スケールの核生成および濡れた表面への付着を防ぐことから、無機物のスケール形成が防止される。細菌は、表面への付着より、むしろバルク流体に分散したままであり、栄養を吸収できないか、または複製できず、その結果、粘液を形成することができず、悪臭を生成することができない。既存のバイオフィルム水和物は結合強度を過大に失い、消散する。また、生物学的付着物、生物腐食およびスケール形成もＺｅｔａ  Ｒｏｄ（商標）システムによって阻止される。
【００６６】
別の既知の高ゼータ電位結晶発生器１００は、Ｐｏｒｔａ  Ｖｉａ  Ｗａｔｅｒ  Ｃｏｍｐａｎｙの子会社であるＳｔｅｒｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ，Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＬＬＣによって製造されたＳｔｅｒｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ａｎｔｉ−Ｓｃａｌｅ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅである。水がＳｔｅｒｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ａｎｔｉ−Ｓｃａｌｅ  Ａｐｐｌｉａｎｃｅを通過すると、電流が水に放出され、水の表面張力を低減し、スケールの形成を阻害し、硬水のスポットが出現しないようにする。スケール形成の阻害は、処理水のゼータ電位を増加させ、無機物粒子が互いと接触しないようにすることによる。
【００６７】
図９に示すように、ナノバブル発生器３０と任意選択的な高ゼータ電位結晶発生器１００を通った後、任意選択的な少なくとも１つの濾過装置６０に到達する前に、処理した液体を、任意選択的に、前濾過システム５０に通してもよく、鉄、硫黄、マンガンなどの無機物が処理した元の液体から実質的に除去される。前濾過システム５０は、例えば、ステンレス鋼メッシュフィルターであり得る。次に、処理し、かつ前濾過した元の液体を、任意選択的な少なくとも１つの濾過装置６０に通し、細菌、ウイルス、シストなどが処理した液体から実質的に除去される。
【００６８】
図９に示した実施形態では、ポンプ２５がナノバブル発生器３０より下流に設けられ、処理した液体が種々の液体システム用途のために断続的にまたは連続的に放出され、配給される。別の方法として、ポンプをナノバブル発生器３０より上流に設けてもよい。
【００６９】
高濃度のナノバブルを有している処理した液体を、リザーバーなどの貯蔵容器７０に配給し、貯蔵してもよい。本実施形態では、貯蔵した処理液体を配給する前に、処理した元の液体中に追加のナノバブルを発生させるために貯蔵した液体を第２のナノバブル発生器８０に通してもよい。その後、２回処理した液体を使用および消費のために配給してもよい。該システムが２つ以上のナノバブル発生器を備えてもよく、したがって、３回以上処理した液体を消費のために配給してもよいことを理解すべきである。
【００７０】
図１０は、本発明のシステム１０のさらに別の実施形態を図示する。該システム１０は、元の液体を収納する供給源リザーバー２０と、任意選択的な元の液体予処理システム１５と、第１のナノバブル発生器３０と、任意選択的な高ゼータ電位結晶発生器１００と、任意選択的な前濾過システム５０と、任意選択的な少なくとも１つの濾過装置６０と、任意選択的な第２のナノバブル８０と、を備える。予処理システム１５、ナノバブル発生器３０、高ゼータ電位結晶発生器１００、前濾過システム５０、濾過装置６０および第２のナノバブル発生器８０は互いに流体連通し、循環コンジットシステムによって接続される。供給源リザーバー２０の例としては、蒸気ボイラー、給湯器、冷却塔、飲料水タンク、プール、内蔵型水産養殖池、水族館、産業の貯水池、庭の池などを挙げることができるが、これらに限定されない。元の液体を、供給源リザーバー２０に連続的にまたは断続的に貯蔵するか、または添加してもよく、元の液体を、上述した受動的システムを用いて放出してもよく、またはナノバブルが生成されるナノバブル発生器３０へポンプで送ってもよい。別の方法として、元の液体を、供給源リザーバー２０にて保持する前に、またはその後に、予処理システム１５で処理して、破片および油含有成分などの処理プロセスを妨げる可能性がある不必要な汚染物質を除去してもよい。
【００７１】
図１０に示される実施形態において、供給源リザーバー２０に貯蔵した元の液体、予処理システム１５、ナノバブル発生器３０、高ゼータ電位結晶発生器１００、前濾過システム５０、濾過装置６０、第２のナノバブル発生器８０およびポンプ２５が、コンジットシステムによってループ様に接続されている。典型的なコンジットシステムとしては、パイプ、ホース、チューブ、チャネルなどを挙げることができるが、これらに限定されず、該コンジットシステムは空気に曝されてもよく、封入されてもよい。このような循環の接続またはループ型接続によって、供給源リザーバー２０、予処理システム１５、ナノバブル発生器３０、高ゼータ電位結晶発生器１００、前濾過システム５０、濾過装置６０および第２のナノバブル発生器８０を通して、元の液体を連続的にまたは断続的に循環させる。
【００７２】
本発明のナノバブル発生器システムによる元の液体の連続的なまたは断続的な処理は、最終的に、システム１０内の元の液体の全容積がナノバブル発生器３０、８０によって処理される時点に達する。言い換えれば、本発明のシステム１０全体が、最終的に平衡に似た状態に達してもよく、システム１０内の液体の全容積が処理されて、ナノバブルを発生させる。理論で予測される通り、マイクロバブルは合体して、大きな浮遊バブルを形成し、該浮遊バブルは、強い表面張力由来の圧力の下で、消滅するまで流れていくか、または崩壊する。しかしながら、ナノバブル発生器３０、８０によって発生したナノバブルは、概して、それらの中のガスが拡散しないように懸濁液中に留まる。
【００７３】
任意選択的な濾過装置６０に通す前に、高濃度のナノバブルを含有する処理した液体を、任意選択的に、高ゼータ電位結晶を発生させて、スケールの形成を生じさせ得る無機物を実質的に除去するために、高ゼータ電位結晶発生器１００に通してもよい。
【００７４】
ナノバブル発生器３０および任意選択的な高ゼータ電位結晶発生器１００に通した後、処理した液体を、任意選択的に前濾過システム５０に通してもよく、鉄、硫黄、マンガンなどの無機物が処理した元の液体から実質的に除去される。
【００７５】
別の実施形態において、図１０に示すように、任意選択的な濾過装置６０に通した後、処理した液体を、追加のナノバブルを発生させるために、任意選択的な第２のナノバブル発生器８０に通してもよい。本実施形態では、第１のナノバブル発生器３０および第２のナノバブル発生器８０による元の液体の連続的なおよび断続的な処理が、最終的に、システム１０内の元の液体の全容積が第１のナノバブル発生器３０および第２のナノバブル発生器８０によって処理される時点に達する。
【００７６】
２個を超えるナノバブル発生器がシステムに含まれてもよい。例えば、第３のナノバブル発生器を有するシステムが組み込まれる。しかしながら、システムは４、５または６個以上のナノバブル発生器で困難なく構成し得る。
【００７７】
ｃ．ナノバブル含有溶液の製造方法
一実施形態において、本発明は、ナノバブル含有溶液の製造方法に関する。該方法は、一実施形態において、元の液体溶液を本発明のナノバブル発生器に通過させて、ナノバブル含有溶液を製造するステップを備えてもよい。本発明の方法およびシステムで製造したナノバブル含有溶液は、実質的に高濃度のナノバブルまたは濃度が上昇したナノバブルを含んでもよく、ナノバブルは安定し得る。
【００７８】
前記方法の１つのステップにおいて、吸熱反応を開始し得る発生器に元の液体溶液を通してもよい。元の液体を適した圧力で通してもよい。図９〜１０に示したシステムにとって適した圧力は約３．２ｂａｒであり得る。該圧力は約４ｂａｒであってもよく、最大圧力は約８ｂａｒであり得る。
【００７９】
吸熱反応は、水が第１の処理により２〜４℃冷却されるものであり、水溶液自体内のエネルギー転換を示す。
【００８０】
要素にとって重要な材料は、単一の金属、好ましくは耐食金属、例えばステンレス鋼３００シリーズから製造してもよい。それが生成する臨界イオンは、要素／円盤１６０を通る水でのせん断作用を介して、吸熱反応の生成における触媒として作用する。
【００８１】
発生器内の一連の要素にわたる臨界圧力における水の流れのエネルギーによって反応を開始してもよい。ナノバブル発生器中に少なくとも２つの要素があってもよい。一実施形態において、小さい発生器中に合計２１個の要素があってもよく、より大きい発生器中に２５個の要素があってもよい。２５個を超える要素も可能であり得る。
【００８２】
発生器内の各要素は、せん断面として作用してもよく、せん断面の表面全体を利用するように液体溶液の流れに対して実質的に垂直に位置してもよい。
【００８３】
また、発生器中の要素間の間隔を、適した程度のキャビテーションが確実にあるように調整してもよい。一実施形態において、２つの隣接した円盤間の間隔は、円盤の幅の約２倍である。
【００８４】
図８を参照すれば、液体（図８において太矢印で表される）がキャビテーション区域またはチャンバー１９０に入るとき、キャビテーション、電気分解、ナノバブル形成、および水液体構造の再構築を含めた多くの反応が実質的に同時に起こる。
【００８５】
液体溶液がナノバブル発生器を流れるとき、前述した同時反応を、式ｎ−１回（式中、「ｎ」はハウジング１１０内の円盤状要素１６０の数）に従って順次反復して、溶液の運動エネルギー周波数を増加させてもよい。
【００８６】
生じた本発明のナノバブル含有液体溶液では、後に水が使用されるすべてのものに影響を与え得る常磁性の性質が増大している。該溶液は、清浄特性、蒸気および氷の製造、熱伝導および水をくみ上げるのに必要なエネルギーを変化させ得る。該溶液は、スケーリング、バイオフィルムおよび生物付着を減少させ得、水が油および脂肪と相互作用するように変化し得る。
【００８７】
本発明の方法は、酸化還元電位（ＯＲＰ）などの重要な特性を変化させる。既存の化学的な濃度の能力を超えてＯＲＰを上昇させることによって、本発明の方法は殺菌剤の有効性を大きく増大させる。本発明のシステムおよび方法は、プランクトン微生物を即座に死滅させるのに十分な約６５０ｍＶ超にＯＲＰを上昇させ得る。本発明のシステムおよび方法は、比較的少量の次亜塩素酸ナトリウム（表１および表２参照）で７００ｍＶ以上のＯＲＰを供給する。
【００８８】
表１：数種の細菌に対する２０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム／水道用水の効果
【表１】
2019162633.tif 000003
【００８９】
表２：数種の細菌に対する５ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム／ナノバブル含有水の効果
【表２】
2019162633.tif 000004
【００９０】
調査によって、６５０〜７００ｍＶのＯＲＰ値において、浮遊性腐朽および腐敗細菌に加えて、大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）Ｏ１５７：Ｈ７またはサルモネラ属細菌などの病原菌を３０秒以内に死滅させたことが示された。腐敗酵母およびより敏感なタイプの胞子形成菌類も、数分以下の接触後にこのようなレベルで死滅させた。
【００９１】
ＷＨＯ（世界保健機関）は、６５０ｍＶの飲用水の消毒のためのＯＲＰ基準を採用した。水溶液中のＯＲＰの測定値が６５０／１０００ｍＶである場合、水中の殺菌剤は、有害な微生物をほぼ即座に破壊するのに十分な活性がある。
【００９２】
本発明のナノバブルは、ナノガスの障壁によって表面の状態を整えてもよい。このナノガスの障壁は、表面へのバイオフィルム付着を妨げるように機能してもよい。上記効果の組み合わせによって、消毒された表面／システムを作り出す。
【００９３】
また、本発明の方法は、ｐＨに良い影響を与え、水の溶解効果を増大させてもよい。水の圧力のみ操作に必要とされ得る。
【００９４】
ｅ．ナノバブル含有液体溶液
本発明のシステムのナノバブル発生器を元の液体溶液が通過した後に生成したナノバブルは、非処理の液体源または先行技術の処理した液体中に存在する小さいサイズのバブルとは異なるサイズおよび特性を持つ。
【００９５】
表３によって証明されるように、本発明のナノバブル含有液体溶液は常磁性であり、そのＯＲＰは元の非処理の液体溶液のＯＲＰより高く、かなり大きいまたは高い濃度のナノバブルを有し得る（図１１〜１４参照）。
【００９６】
本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは、約１０〜約２０００ｎｍであってもよく、その範囲内にあるいずれの範囲内であってもよい。例えば、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの大きさは約１０〜１０００ｎｍ；約１０〜９００ｎｍ；約１０〜８５０ｎｍ；約１０〜８００ｎｍ；約１０〜７５０ｎｍ；約１０〜７００ｎｍ；約１０〜６５０ｎｍ；約１０〜６００ｎｍ；約１０〜５５０ｎｍ；約１０〜５００ｎｍ；約１０〜４５０ｎｍ；約１０〜４００ｎｍ；約１０〜３５０ｎｍ；約１０〜３００ｎｍ；約１０〜２５０ｎｍ；約１０〜２００ｎｍ；約１０〜１５０ｎｍ；約１０〜１００ｎｍ；約１０〜９０ｎｍ約１０〜８０ｎｍ；約１０〜７０ｎｍ；約１０〜６０ｎｍ；約１０〜５０ｎｍ；約１０〜４０ｎｍ；約１０〜３０ｎｍ；および約１０〜２０ｎｍである。
【００９７】
一実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均サイズは約１００ｎｍ未満であってもよい。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均サイズは約７５ｎｍ未満であってもよい。
【００９８】
一実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルのモードサイズは約６０ｎｍ未満であってもよい。別の実施形態において、本発明のナノバブル含有液体溶液のナノバブルの平均サイズは約５０ｎｍ未満であってもよい。
【００９９】
ナノバブル発生器に通した後の処理した液体は高濃度のナノバブルを含有する。一実施形態において、本発明のナノバブル発生器システムにおける処理後の液体材料中のナノバブル濃度は約１．１３〜５．１４  Ｅ８粒子／ｍｌであってもよい。別の実施形態において、ナノ粒子の濃度は約３．６２〜５．１  Ｅ８粒子／ｍｌであってもよい。
【０１００】
本発明のナノバブル発生器、システムおよび方法によって発生したナノバブルは安定しており、容易に沈まず、概して、溶液を撹拌しなくても長期間懸濁したままである。ナノバブルは数時間から数年懸濁したままであってもよい。本発明者らは、５年を超えて安定したコロイド分散液を得、ナノバブルは依然として存在可能であり、存在している。Ｂｒｏｗｎｉａｎ  Ｍｏｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ理論に基づいて、ナノバブルがランダムに漂い、液体中の原子または分子の速い動きによる該ナノバブルの衝突から生じる流体中で懸濁し、浮力に影響を与えない。
【０１０１】
ｆ．用途
本発明のナノバブル発生器および本発明のシステムを使用して、細菌および微生物を除き、多くの液体システムにおける液体全体の品質を向上させてもよい。以下により詳細に説明するこれらの液体システムとしては、給湯器、冷水器、飲料水システム、食品加工環境、分子精製、家庭の水濾過システム、公衆衛生環境、硬水軟化剤、イオン交換器、並びに医療、歯科および産業の給水配管、水蒸気支援重力排水（ＳＡＧＤ）などを挙げることができるが、これらに限定されない。
【０１０２】
給湯システム
本発明のナノバブル発生器を種々の給湯システムと一体化してもよい。ナノバブル発生器が設けられた給湯システムによって処理された水が、水中の細菌および微生物を除去して、給湯システムの熱伝達効率を向上できることが予想外に発見された。本発明のシステムにより利益を得る液体加熱システムとしては、連続給湯器、ガスを燃料とする温水タンク型のヒーター、電気温水タンクタイプのヒーター、温水槽のための再循環温水システム、連続給湯器、地域暖房システム、床暖房システム、温水および／または蒸気を利用する熱交換器、あるいは天然または合成の熱油などの熱媒液との組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されない。
【０１０３】
冷水システム
前記ナノバブル発生器を種々の冷水システムと一体化してもよい。ナノバブル発生器システムが設けられた冷水システムで処理された水が、液体中の細菌および微生物を除去して、冷却伝達効率を向上できることが予想外に発見された。冷水システムとしては、連続水冷器、冷蔵庫、ガスおよび電気焚き蒸発器、冷却パッド、湿膜蒸発器、蒸発の冷却システム、地表源冷却システム、湖または川の冷水システム、湖、地表、川または海洋水のための熱交換冷却システム、地域冷房システム、再循環冷却システム、床冷房システム、冷却塔のすべてタイプの型式およびモデル、ボイラーでの産業的な冷却のための真空利用、糖料植物調理鍋、製紙工場、石油精製プラント、鉱業プラント、石炭、ガス、石油、バイオマスおよび原子力を含む発電所を挙げることができるが、これらに限定されない。
【０１０４】
飲料水システム
前記ナノバブル発生器を種々の飲料水システムと一体化してもよい。ナノバブル発生器を組み込んだシステムで処理した水が、水中の細菌および微生物を除去し、水の品質を向上させて、種々の配管系におけるバイオフィルムの形成を防ぐことができるのに加えて、水の味を改善できることが発見された。飲料水システムとしては、井戸、源泉、池、湖、川などを挙げることができるが、これらに限定されない。
【０１０５】
食品加工産業
本発明のナノバブル発生器で処理された水が、生鮮食品の貯蔵のために最小量の塩素（５ｐｐｍ未満）を添加することで消毒剤として作用することができることが予想外に発見された。処理水がバイオフィルム形成をなくすことが見出されたことから、食品の衛生および生産のコストがより低くなり、保存期間がより低い。さらに、より低い水面張力によって処理水の溶解力が増大することから、ナノバブル発生器を組み込んだシステムで処理した水は、茶およびコーヒーからの油の収量を大きく増加させる。
【０１０６】
公衆衛生用途
前記ナノバブル発生器は、水泳プール、パワー・ウォッシャー、洗車機、家庭の洗濯機、商用のランドリー施設、家庭のおよび商用の食器洗い設備などの公衆衛生システムと一体化することができる。
【０１０７】
水処理用途
前記ナノバブル発生器は、硬水軟化剤、イオン交換器や、塩素、二酸化塩素、過酸化水素、オゾンなどを利用するすべての膜およびフィルターのシステムなどの水処理用途と一体化することができる。
【０１０８】
医療産業
前記ナノバブル発生器は医療システムと一体化することができ、該システムは、入浴、温泉および毎日の使用を介した皮膚の処置、カルシウムの取り込みの改善、歯および状態の改善に概して関連した用途に加えて、医療、歯科および産業の水ラインにおいて有用である。
【０１０９】
家庭の水濾過システム
一般的な家庭で使用するためのナノバブル発生器システムは、上記の当分野において既知のいずれの濾過装置と一体化してもよい。
【０１１０】
本発明の発生器、システムおよび方法を組み込んだ装置
本発明の方法、発生器およびシステムを既存の装置および液体配給システム、例えば、連続給湯器、ガスを燃料とする温水タンク型のヒーター、電気温水タンクタイプのヒーター、温水槽のための再循環温水システム、連続給湯器、地区加熱システム、床暖房システム、温水および／または蒸気を利用する熱交換器、または天然もしくは合成の熱油などの熱媒液との組み合わせを含むが、これらに限定されない給湯システム；連続水冷器、冷蔵庫、ガスおよび電気焚き蒸発器、冷却パッド、湿潤薄膜蒸発器、蒸発の冷却システム、地表源冷却システム、湖または川の冷水システム、湖、地表、川、または海洋水のための熱交換冷却システム、地域冷房システム、再循環冷却システム、床冷房システム、冷却塔のすべてタイプの型式およびモデル、ボイラーでの産業の冷却のための真空利用、糖料植物調理鍋、製紙工場、石油精製プラント、鉱業プラント、石炭、ガス、石油、バイオマス、および原子力を含む発電所を含むが、これらに限定されない冷水システム；井戸、源泉、池、湖、川などを含むが、これらに限定されない飲料水システム；コーヒーおよび茶などの食品加工用途；水泳プール、パワー・ウォッシャー、洗車機、家庭の洗濯機、商業上のランドリー施設、家庭の食器洗い機および商用の食器洗い設備などを含むが、これらに限定されない公衆衛生システム；硬水軟化剤；イオン交換器；塩素、二酸化塩素、過酸化水素、オゾンなどを利用するすべての膜およびフィルターシステム；入浴、温泉および毎日の使用を介した皮膚処置システム、カルシウム取り込みの改善、歯および状態の改善；医療、歯科および産業の水ライン；並びにいずれの家庭の水濾過システム等と共に使用しするか、または改良してもよいことは明らかである。
【０１１１】
飼育場：
本発明の発生器で処理した水を与えた動物は、アンモニアがより少ない（アンモニアが有機窒素に転換された）糞便を産生する。糞尿が変化し、安定化され、メタンまたは硫化水素を産生しなかった。ナノバブル処理した糞尿の作物への利用は、下記の事項を示した。同じ窒素の投入で１２パーセントを超えて収量が向上し、防カビ性があり、根の発達が強く、虫害抵抗性があり、マイコトキシンのレベルが非常に低く、農作物の耐乾性が大きくなり、水と空気の界面によって植物が空気から水分を吸収するようになり、乳製品が好気性であり、かつ非常に長い保存期間を有し、水がリステリア菌のカクテルを破壊できた。
【０１１２】
水性塗料：
本発明のナノバブル含有溶液で製造した塗料では、乾燥時間がより速く、揮発性がより少ない有機化合物を有し、より良好な接着性により、塗料の消費が４０パーセント減少し、塗料は防カビ性を明らかに示し、塗料はより明るくなり、よりスムーズに乾燥した。
【０１１３】
飲料施設：
本発明のナノバブルの水は、飲料設備のボトル冷却トンネルにおける１年を超えるＣＩＰ（定置洗浄）の必要性に取って代わり、また、処理水をコンベヤーに噴霧することで、数日中にバイオフィルムが除去された。
【０１１４】
家禽加工設備：
本発明のナノバブルシステムで処理した水を湯漬機において使用することによって、温度を３〜５°Ｆ（１．６７℃〜２．７８℃）低減することが可能となる。トリが著しくきれいになって出てきた。
【０１１５】
処理した水を家禽冷却器に使用することによって、トリを同程度の冷却で３℃低い温度とすることが可能であった。また、Ｓｔ．Ｍａｒｙ’ｓ  Ｍａｐｌｅ  Ｌｅａｆ工場における５１日の試験に渡って、化学物質がより効果的であり、病原体数が０および１つの偽陰性に劇的に減少した。
【０１１６】
タンパク質粉末からの重金属の除去：
本発明のナノバブル含有水は、タンパク質から、鉄、鉛、マンガン、ヒ素およびその他の重金属などの重金属を接触により分離する。反応は実質的に瞬時であり、浄化器または遠心分離機に使用できる。タンパク質が、飲料に添加されたときに、ナノバブルによって自然にカプセル化されて、コロイド分散体としてより常温保存可能なものとなる。
【０１１７】
生じた乾燥タンパク質材料は、処理した水の方法論に加えた場合、茶、コーヒー、果物濃縮物を含むすべての乾燥した飲料材料、薬、医薬品、デンプン、糖、チョコレート混合物、すべてのフレーバー混合物およびひき肉を含むすべての食品のために使用できる。
【０１１８】
したがって、本発明の別の実施形態は、タンパク質粉末から重金属を除去／分離する方法であって、タンパク質粉末を水のような適したナノバブル含有液体と接触させて、タンパク質粉末から重金属を除去／分離するステップを備える方法である。
【０１１９】
また、粉末タンパク質から重金属除去／分離する前記方法は、挽いていないタンパク質含有材料を水のような適したナノバブル含有液体に予め浸すステップと、予め浸した材料を乾燥するステップと、タンパク質含有材料を挽く、例えば、該材料を７０〜１００メッシュサイズに挽くステップと、ナノバブル含有液体中で挽いたタンパク質含有材料を再洗浄して、挽いたタンパク質含有材料から重金属を分離するステップと、を備えてもよい。該方法は、湿潤タンパク質含有材料をスプレー乾燥するステップと、乾燥したタンパク質含有材料を再び挽くステップと、乾燥したタンパク質含有材料を再洗浄して、より微細な重金属を分離するステップも備えてよく、タンパク質含有材料をスプレー乾燥するステップまたは別の乾燥方法を用いるステップも備えてよい。本明細書で記載された方法によって得られたタンパク質は重金属を実質的に含まない。それによって分離された重金属は、その後、他の用途で販売し、使用してもよい。
【０１２０】
超消毒：
本発明のナノバブル処理水は、化学物質を添加しても、添加しなくても、バイオフィルムの形成を防ぎ得るか、かつ／またはバイオフィルムを溶解し得る。
【０１２１】
空気消毒および濾過：
空気中の水分中に存在する本発明の常磁性ナノバブルは、本発明の処理水による建物内のカビの除去をもたらした。
【０１２２】
トイレ中のアンモニアを、男性の小便器において接触により有機窒素に転換して、アンモニア蒸気を除去してもよい。
【０１２３】
ガラス、木材、タイル、金属などのすべての表面上でバイオフィルムを含む塵を低減してもよい。
【０１２４】
アルコール製造：
本発明のナノバブル発生器で処理した水を使用することで、ワインの発酵時間を５０％超低減し得る。
【０１２５】
エタノールおよび／またはメタノールの生産に必要とされるエネルギーを少なくし得る。エタノールの生産に必要なエネルギーを最大約１７パーセント少なくし得る。
【０１２６】
本発明のナノバブル含有水をアルコールの希釈に使用した場合、それは、アルコールの化学的な特徴を変化させ、より上質な滑らかな味わいを生じる。
【０１２７】
本発明のナノバブル含有液体溶液製造システムを使用して、日本酒、ウォッカ、スコッチ、ラム、ライ、ジン、ブランデー、コニャック、テキーラ、メスカル、ワイン、ビールなどを含めたアルコール性飲料を製造してもよい。
【０１２８】
製氷：
Ｖｏｇｔ（商標）業務用製氷機は、より短い時間でより固い氷を製造した。該機械は、約１７パーセント多い氷を製造した。
【０１２９】
水加熱：
より少ないエネルギーで水が加熱し、乾燥し、最大約３０パーセント速く表面から蒸発する。
【０１３０】
発電所用途：
蒸気または火力発電所において、熱伝導が向上し、膜の生物付着を防ぎ、水の潤滑性がより大きくなることにより、効率が改善されると期待され得る。
【０１３１】
冷却水を用いるタービンの蒸気の凝縮を、冷却塔を用いて閉じ、ループ化することができ、効率も大きく増大させるだろう。
【０１３２】
海上輸送：
本発明のナノバブル含有液体は、その水で船体上の摩擦を減少させ得る。
【０１３３】
洗浄装置：
本発明のナノバブル発生器を、パワー・ウォッシャー、洗車機、ランドリー、絨毯洗浄、蒸気洗浄、温水洗浄に使用してもよい。
【０１３４】
他の用途としては、植物油へ水素ガスを注入して、触媒作用を減少させ、油の質を改善すること、メタン生産のためにバイオリアクターにて使用すること、廃棄水の好気性条件および中性のｐＨにより廃棄水中の塩化第二鉄を除去すること（現在、これは、糞尿だめにおいて実証されており、食品製造設備において確認されているところである。再利用水による冷却トンネルでも確認されている）。
【０１３５】
本発明のナノバブル含有溶液を以下の物品で使用してもよい。
【０１３６】
１）瓶詰めの水、炭酸ガスを飽和させた水、コロン水、飲用水、発泡性の水、静水域、フレーバー・ウォーター、氷河の水、氷山水、鉱物水、スパークリング・ウォーター、化粧水、ビタミン強化水、ウォーターベッド、温泉用の水、浴室、泡風呂および水泳プール、家畜およびペットの餌やり用の水、野菜、植物、木、作物の灌漑用の水、溶媒の製造に使用するための水、塗料の製造に使用するための水、タンパク質の精製に使用するための水、および洗剤の製造に使用するための水を含む水および水関連物品。
【０１３７】
２）ミルク、牛乳製品、蒸発させたミルク、タンパク質に富むミルク、ミルクを有するココア飲料、果物含有ミルク飲料、チーズ、サワークリーム、粉ミルク、バター、クリーム、チーズ・スプレッド、ダイズベースのチーズ代用品、生クリーム、ホイッピング・クリーム、アイスクリーム、アイスクリーム製造機、ダイズベースのアイスクリーム代替品。
【０１３８】
３）アルコール・カクテル、アルコール・コーヒーベース飲料、アルコールの冷却器、アルコール果物飲料、アルコール・レモネード、アルコールのモルトベース冷却器、ビール、アルコール茶ベース飲料、日本酒、ウォッカ、スコッチ、ラム、ライ、ジン、ブランデー、コニャック、テキーラ、メスカル、ワインを含むアルコール飲料。
【０１３９】
４）氷、角氷製造機、アイスパック、産業の氷を含む氷関連製品。
【０１４０】
５）牛肉、豚肉、魚肉、鶏肉、凍結した肉、燻製肉、缶詰の肉を含む肉類。
【０１４１】
６）バブル含有歯磨き粉、うがい薬、デンタルフロス、歯科用ゲル、デンタルリンス、および義歯洗浄調製物を含む歯科産業。
【０１４２】
７）眼の洗浄液、化粧品の製造に使用するための水、医薬品の製造に使用するための水、および医薬品を含む医薬品／化粧品産業。
【０１４３】
８）蒸気発生器、蒸気の製造に使用するための水、油層からの油の抽出用の蒸気、蒸気支援重力排水サービス用の蒸気を含む蒸気。
【０１４４】
９）すべての目的の洗浄調製物、絨毯洗浄調製物、蒸気衛生および蒸気洗浄のための水、公衆衛生のための水、水性塗料を含む洗浄。
【０１４５】
１０）防せい油、油井産業のために研磨剤と使用するための補助流体、ベビーオイル、バスオイル、植物油、鉱油、動物油、油加工に使用するための触媒、油井堀削流体用の化学的添加剤、料理用の油、油井用の堀削流体、ガス井用の堀削流体、油井堀削用の堀削泥水、食用油、燃料油、灯油、ガスおよび石油の産業用の高圧水噴射システム、工業潤滑油、変圧器用の絶縁油、潤滑油、潤滑油添加剤、ろうそくの製造に使用するための油、化粧品の製造に使用するための油、塗料の製造に使用するための油、木材用の研ぎ油、ワセリン、ディーゼル燃料、航空燃料、燃料添加剤、並びに家庭の暖房用の燃料を含むナノバブル含有油。
【０１４６】
１１）食品添加剤として使用するためのタンパク質、食品充填剤として使用するためのタンパク質、栄養補助食品、水で処理した動物および植物のタンパク質を含むタンパク質。
【０１４７】
本発明のナノバブル含有液体溶液は、食品のための香味料およびエキスを保存してもよい。フレーバー、香料などのカプセル化は、食品および飲料の外観を向上させるか、または変化させる働きをし得る。防腐剤として使用した場合、ビタミン、無機物およびタンパク質の添加によって自然の栄養値を回復させる。
【０１４８】
本発明のナノバブル含有液体溶液を使用して、食用のトリの巣で見られた汚染物質を取り除き、なくしてもよく、例えば羽、菌類、硝酸塩、亜硝酸塩などを除去してもよい。本発明のナノバブル含有液体溶液は、巣の元の外観を維持しながらそのような汚染物質をより多く手動除去するためのトリの巣を作ってもよく、その栄養およびエキスを保持してもよい。
【０１４９】
また、本発明のナノバブル含有液体は、廃水処理、水および下水道の管理、水処理、食品衛生、絨毯洗浄、建物の洗浄、オムツ洗浄、乾燥洗浄、毛皮洗浄、宝石類洗浄、革洗浄、ラグマット洗浄、窓洗浄、プール洗浄、自動車（車、トラック、バス、自転車、オートバイなど）洗浄、電車洗浄、船洗浄、飛行機洗浄、油井処理、ガス井処理、油精製、燃料処理、並びに水蒸気支援重力排水を含む処理にも使用してもよい。
【０１５０】
１２）ガス巻き込み
ナノバブルは、バルク溶解に安定であり、物理学の基本の原理に反する。該安定性は、該バブルのナノスケールのサイズによる可能性がある。サイズがより小さいと、バブルがより安定し、バブルの寿命を延ばし、ガス／液体界面の接触時間を増加させる。
【０１５１】
ミリメートルサイズの微細なバブルおよび２５０ｎｍを超えるナノバブルは、ほんのわずかの積荷のみ容易に移動させるシステムから出てもよい。１００ｎｍ未満のナノバブルでは、物質移動速度が非常に大きい（単位体積当たりの表面積が直径と共に増加する）。先行技術のシステムでは、平均すると、１５０〜４００ｎｍの平均サイズとなる。本発明のシステムおよび方法は、平均サイズが約１００ｎｍ未満であるナノバブル含有溶液を製造する。
【実施例】
【０１５２】
例示のために実施例を記載するが、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【０１５３】
実施例１  スピンエコー（Ｔ２）緩和測定
非処理の水およびナノバブル発生器で処理した水のスピンエコー（Ｔ２）緩和測定を、Ａｃｏｒｎ  Ａｒｅａ  ＮＭＲ  ｄｅｖｉｃｅ（ＸｉＧｏ  Ｎａｎｏｔｏｏｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｂｅｔｈｌｅｈｅｍ，ＰＡ  １８０１５，ＵＳＡ：米国特許第７，４１７，４２６号２００８年８月２６日）を用いて行った。水サンプルを２つの位置ＷＢおよびＪＦから得た。各サンプルについて５回の連続測定を行った。
【０１５４】
表３は結果を示す。２つの処理水サンプルについてのデータは、非処理の対照および元のサンプルよりも再現性が低いが、２つの処理サンプルは、それらの同胞の対照／元のサンプルとそれぞれ比較して、Ｔ２緩和時間が統計上有効に短いものであることは明らかである。
【０１５５】
（ａ）２つの非処理の（対照／元）水サンプルのそれぞれで行った５回の連続測定におけるランダムなバリエーションおよび良好な再現性（低いｓｔｄ．ｄｅｖおよびｃｏｖ）、並びに（ｂ）２つのＷＢ処理水サンプルのそれぞれで行った５回の連続する測定でのＴ２値の漸進的増加およびより低い再現性（より大きいｓｔｄ．ｄｅｖおよびｃｏｖ）に注目した。
【０１５６】
表３：水の種々のサンプルについてのＴ２緩和データの要約
【表３】
2019162633.tif 000005
【０１５７】
実施例２  ナノバブル発生器で処理した水のナノ粒子トラッキング解析
本分析で使用した水は、Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ  Ｏｎｔａｒｉｏにある１つの養鶏場から供給した。
【０１５８】
水処理
元の水を水槽から汲み上げる。ポンプは、第１のナノバブル発生器を備える。塩素を元の水に注入し、次に、第２のナノバブル発生器に通した。
【０１５９】
その後、２回処理した水を接触タンクに入れ、そこで、鉄、マンガン、硫黄および他の毒性無機物を酸化し、ＧｒｅｅｎｓａｎｄＰｌｕｓ（商標）メディアフィルターを用いて除去した。次いで、炭化水素フィルターを使用して、油、グリホサートおよび有機リン酸塩を濾過して除去した。ＨＹＤＲＡｃａｐ  ６０  Ｈｙｄｒａｎａｕｔｉｃｓ  Ｍｅｍｂｒａｎｅを使用して、エンドトキシン、ウイルスおよび細菌を除去した。その後、２回処理した水を第３のナノバブル発生器に通した。サンプルを、汲み上げた元の水（すなわち、ナノバブル発生器で１回処理したもの；図１１および図１２中で「未処理」サンプルと称す）と、３回処理した水（図１３および図１４中で「処理」サンプルと称す）から回収した。
【０１６０】
ナノバブル分析
ナノ粒子トラッキング解析（ＮＴＡ）を使用して、未処理サンプルおよび処理サンプル中のナノスケールのバブルのサイズ、サイズ分布および濃度の概算を得た（産業における本技術の使用の一般的なレビューについては、Ｂｏｂ  Ｃａｒｒ  ＆  Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｗｒｉｇｈｔ，”ＮａｎｏＳｉｇｈｔ  Ｌｔｄ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｕｓａｇｅ  ２０１０−２０１２”，Ｃｈａｐｔｅｒ  ６，２０１３参照）。
【０１６１】
分析した各サンプルについてのレポートを作成した。サンプルが実際にはどのように見えたかのビデオクリップも得た。サンプルの多くが、おそらく直径がミクロンである非常に大きい粒子を含有する。しかしながら、粒子集団のいくつかは非常に小さかった。
【０１６２】
いくつかの状況において倍率を変化させて、より少ない数のより大きい粒子を見た。ファイル名は、使用したレーザーの波長（紫４０５ｎｍ）、カメラのタイプ（科学的ＣＭＯＳ）、顕微鏡対物レンズの強度（ｘ１０またはｘ２０）およびビデオの長さを示す。
【０１６３】
図１１〜１４において、比較のために、複数のプロットが互いに異なる色で並べられているが、いずれの所与の時間でも同じサンプルのものである。
【０１６４】
ＮＴＡについて、サンプルを濾過しないか、または回転しなかった（より大きく、干渉し、分析不可能であるものをなくすために、どれか１つが正常に行われた可能性がある）。
【０１６５】
各サンプルを少なくとも５時間分析して、サンプル間の変動性（これは、単に統計上の再現性の問題より長い［または平均化された］ものである）を示した。分析は、当然、より安定したプロファイルを与えた。
【０１６６】
一部のサンプルが、運動性細菌（視野を飛び去る速い移動の軌跡であり、そのブラウン運動の軌道は長いラインであり、単なるランダムなジッターでない）で汚染されたことに気づいた。
【０１６７】
結果
図は未処理および処理サンプルのＮＴＡ分析を示す。
【０１６８】
未処理サンプルは、多くの大きな（０．５μｍに近い）粒子の存在を示す。より小さい粒子は、サイズが約８５〜９０ｎｍの比較的狭い分布でかなりきれいである。未処理サンプルは、運動性細菌で汚染されていた。
【０１６９】
処理サンプルは、５０ｎｍのナノバブルの清浄な集団で良好に単分散している。高濃度のナノ粒子を見ることができる。未処理サンプルにおけるナノバブルの濃度は１．５４  Ｅ８  粒子／ｍｌおよび１．１３  Ｅ８  粒子／ｍｌであった。一方で、処理サンプルにおけるナノ粒子の濃度を測定したところ、５．１４  Ｅ８  粒子／ｍｌおよび３．６２  Ｅ８  粒子／ｍｌであった。
【０１７０】
未処理サンプルにおけるナノバブルの平均サイズは、１４７ｎｍ、１９０ｎｍであったが、処理サンプルでは、１０８ｎｍ、７２ｎｍと同程度の小さいサイズであった。
【０１７１】
ナノバブルのモードサイズは、未処理サンプルでは６６ｎｍおよび８５ｎｍであり、処理サンプルでは５３／４８であった。
【０１７２】
未処理サンプルにおけるナノバブルの量は、ポンプ中のナノバブル発生器の存在によって説明できる。
【０１７３】
実施例３−実施例１および２の結論
本発明のシステムおよび方法は、物理的、化学的および生物学的特性が改善されたナノバブル含有液体溶液をもたらす。ナノバブル発生器は、定められたキャビテーションを生じる程度のせん断および渦流をもたらす。その後、このキャビテーションは、臨界の閾値活性化エネルギーに達するのに十分な圧力差を生む。この閾値エネルギーレベルを超えると、ナノバブルの生成が起きるようになる。これは、伝統的な超音波、ホモジナイザー、静的ミキサーなどと本方法論とを区別する本方法論の要点である。
【０１７４】
本発明のナノバブルは常磁性である。実際に、常磁性ナノバブルの存在が、核磁気共鳴（ＮＭＲ）スピンエコー緩和時間の測定によって確認された（表３参照）。
【０１７５】
本発明のナノバブルは、５０〜１００ｎｍで、常磁性であって、液体溶液の物理化学的性質を完全に変化させる。例えば、本発明の方法に従ってナノバブル発生器で処理した水の酸化還元電位が実質的に増加したことが見られた。
【０１７６】
実施例４−家禽小屋のアンモニアの抑制
導入
家禽小屋内の空気の品質の最も大きな課題の１つはアンモニア（ＮＨ３）である。アンモニアは、トリの健康、福祉および行動に悪影響を与えることがよく実証されている。尿廃液生成物（尿酸）の形態で、利用されない糞便のタンパク質廃棄物として、トリは窒素（Ｎ）を排泄する。新たに排泄された家禽糞尿のＮ含量の約５０％が尿酸の形態であり、該尿酸は多数の微生物の処理によって非常に速くＮＨ３に転換される。尿酸の分解と比較して、糞便のタンパク質は、細菌の作用によって、よりゆっくりと転換される。糞尿中の５０〜８０％のＮがＮＨ３に転換されると概算される（Ｒｉｔｚ，Ｃ．Ｗ．，Ｂ．Ｄ．Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ  ａｎｄ  Ｍ．Ｐ．Ｌａｃｙ．２００４．Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉａ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｆｒｏｍ  ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ  ｐｏｕｌｔｒｙ  ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ：Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｕｌｔ．Ｒｅｓ．１３：６８４−６９２）。ブロイラーの敷料からの尿酸のＮＨ３への分解における微生物の増殖および酵素段階に影響を及ぼす因子は、温度、ｐＨ、水分、水活性および糞尿のＮ含量である。多くの尿酸の分解は好気性条件下であるが、そのごく一部は嫌気性である（Ｇｒｏｏｔ  Ｋｏｅｒｋａｍｐ，Ｐ．Ｗ．Ｇ．１９９４．Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｏｆ  ａｍｍｏｎｉａ  ｆｒｏｍ  ｈｏｕｓｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  ｌａｙｉｎｇ  ｈｅｎｓ  ｉｎ  ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｓｏｕｒｃｅｓ，ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｍａｎｕｒｅ  ｈａｎｄｌｉｎｇ．Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｅｎｇ．Ｒｅｓ．５９：７３−８７）。敷料における窒素化合物の分解を抑制する戦略は、糞尿中の鍵となる微生物および酵素活性を最小限にし、ｐＨを低下させ、糞尿中のＮ含量を低減することに注目した。
【０１７７】
目的
１．本発明の水処理システムで処理した水を与えた０〜２０日齢のブロイラーの行動と、非処理の水を与えた０〜２０日齢のブロイラーの行動とを比較する。
２．本発明の水処理システムで処理した水を与えた０〜２０日齢のブロイラーの糞尿由来のアンモニア濃度と、非処理の水を与えた０〜２０日齢のブロイラー由来の糞尿中のアンモニア濃度とを比較する。
【０１７８】
実験のデザイン
実験を、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｍａｒｙｌａｎｄ  Ｅａｓｔｅｒｎ  Ｓｈｏｒｅで実施した。調査法は、２回の処理および処理当たり８回の反復での無作為化完全乱塊（ＲＣＢ）法であった。ＲＣＢ法を使用して、トリの行動に対するケージの位置の効果を除去した。各処理をブロック（合計８ブロック）に配置した。孵化時、処理についてのバタリーケージにケージ当たり６羽のオスのブロイラー（実験のユニット）を置いた。測定した従属変数は、飼料効率、体重増加、死亡率、糞尿水分、および糞尿アンモニアであった。
【０１７９】
処理
１．対照（非処理の水；水は都市水源から得た）
２．本発明のナノバブル発生器で処理した水。
【０１８０】
材料および方法
動物：ひな鳥（Ｈｕｂｂａｒｄ  Ｘ  Ｒｏｓｓ）を、地方の孵化場（Ｍｏｕｎｔａｉｒｅ  Ｆａｒｍｓ）から入手した。６羽のオスのひな鳥を無作為に選択し、重さを量り、処理に割り当てた。囲い当たり１羽のトリを１４日目に取り除いて、トリのための空間を大きくした。バタリーケージを、ＵＭＥＳ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  ｈｏｕｓｅ内に置いた。各バタリーケージに、家畜用給水器およびえさ箱を備え付けた。餌および水を、自由裁量で提供した。各ケージについて餌の消費量をまとめた。家畜用給水器を１日に１回清掃し、２種の水処理の間での二次汚染はなかった。死亡率を毎日記録し、続いて、設備の標準の操作手順を行った。温度、換気および照明は商用の条件と同様であった。
【０１８１】
餌やり：全米研究評議会（１９９４）推奨のすべてを満たすか、または超えた標準のスターターの餌をすべての囲いに０〜２０日間提供した。
【０１８２】
アンモニア回収：密封したバケツのヘッドスペース中のアンモニア濃度を、７、１４および２０日目に測定した。各回収日の前に（２４〜４８時間）、清浄なトレイを各囲いの下に設置して、１〜２日間の糞尿を蓄積させた。糞尿を各サンプルの日に各ケージから回収し、プールし、完全に混ぜ合わせた。各プールした糞尿サンプル由来のサブサンプル（７日目各５０ｇ；１４日目４００ｇ、２０日目２５０ｇ）を、密封したバケツに入れた。アンモニアドジチューブを各バケツに入れて、２２時間に渡って容器のヘッドスペース中のアンモニアの合計ｐｐｍを測定した。水分分析のために、糞尿サンプルを１４日目および２０日目に回収した。また、処理についてのプールした糞尿サンプルは、栄養分析のために２０日目にも回収した。
【０１８３】
管理：トリをスターターバッテリーに入れた。バッテリーをＵＭＥＳ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｈｏｕｓｅ内に置いた。続いて、設備の標準操作手順を行った。温度、換気および照明は商用の条件と同様であった。
【０１８４】
結果
本試験の結果を下表に記載する。処理水を与えたトリの飼料転換率および平均質量増加と比較して、対照の水を与えたトリの飼料転換率および平均質量増加において統計上の差がなかった（表４および表５）。さらに、処理水を与えたトリの％死亡率は、対照の水を与えたトリの％死亡率と類似していた。処理水を与えたトリの糞便からの１４日目のアンモニアレベルと比較して、対照の水を与えたトリの糞便からの１４日目のアンモニア揮散において統計上の差が検出されなかった。しかしながら、対照の水を与えたトリの糞便からのアンモニア放出では、処理水を与えたトリの糞便からのアンモニアレベルと比較して、２０日目に有意差が検出された（それぞれ１．３対０．６７ｐｐｍ／ｈ）。これは、４８％のアンモニア濃度の減少だった。対照の水を与えたトリの糞便中の水分パーセントと比較して、処理水を与えたトリの糞便中の水分パーセントの数値が減少した（表６）。処理水を与えられたトリ由来の糞便は、１４日齢では１．５６％、２０日齢では４．８５％のより少ない水分を有していた。２０日齢での差は、Ｐ＜０．０５レベルで有意に近づいた。２０日齢で回収した糞便の栄養含量において見られた差（表８）は、その有意性を有効にするために更なる試験を要するだろう。
【０１８５】
考察
本発明のナノバブル発生器で処理した水の本予備評価による結果は、この水を与えたブロイラー由来の糞尿の水分およびアンモニア揮散がより少ないことを示唆する。対照の水を与えたトリ由来の貯蔵した糞便物は、粘着性で、湿潤しており、強い糞尿／アンモニア臭を有していたが、ナノバブル発生器で処理した水を与えたトリ由来の貯蔵した糞便は、粒状で、乾燥しており、「土の」芳香を有していた（図１５参照）。都市用水を与えたものと比較して、処理水を与えたトリの行動において差異が見られなかった。しかしながら、本調査におけるすべてのトリがそれらの糞便と接触しておらず、同じ空気の質を有していたことに注目すべきである。ほ場条件下での商用のニワトリ小屋における追加の制御された調査が、ブロイラーの行動、健康および福祉に加えて、空気および敷料の質に対する本技術の潜在効果を有効にするために必要である。
【０１８６】
表４．  ２種の水処理を行ったブロイラーの飼料転換率（ＦＣＲ１）（７、１４および２０日目）
【表４】
2019162633.tif 000006
１  飼料転換率を、死亡率について補正した。
【０１８７】
表５．  ２種の水処理を行ったブロイラーの平均質量増加（７、１４および２０日）
【表５】
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【０１８８】
表６．  ２種の水処理を行ったブロイラー由来の糞便の水分パーセント（１４および２０日）１
【表６】
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１  ７日目の糞便の水分は決定しなかった
【０１８９】
表７．  ２種の水処理を行ったブロイラー（１４および２０日目）から回収した糞便由来のアンモニア濃度（ｐｐｍ／ｈ）１
【表７】
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１  ７日目に回収した糞便サンプルからアンモニアが検出されなかった。
【０１９０】
表８．  ２種の水処理を行ったブロイラー（２０日目）から回収した糞便由来の栄養値１
【表８】
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１  ポンド／トン乾燥質量を基準とする。
２  ８つの処理囲いから回収したプールしたサンプル。
３  ８つの処理囲いから回収したプールしたサンプル。
【０１９１】
実施例５−実験室規模のバイオフィルムシステムでのバイオフィルムコントロールに対する処理した水道水の評価
序論
バイオフィルム
微生物（細菌、菌類および／または原虫、関連するバクテリオファージおよび他のウイルス）は、生物学的なまたは非生物学的な表面上で接着性ポリマー（主にＥＰＳ）にて集団で増殖して、バイオフィルムを形成することができる。バイオフィルムは、自然環境および産業環境において普遍的であり、ヒト病原体を含む微生物を抗生物質および殺生物剤の存在などの苛酷な環境から保護することから、多くの微生物にとって主要な生息地であると考えられる（３、４、６）。バイオフィルムが、船体、食品加工システム、海中の石油プラットフォーム、並びに配管および冷却塔の内部を含めた多くの表面を日常的に汚し、腐食および金属成分の不足を引き起こすことは産業界において周知である。水精製システム中のバイオフィルムは、水質および操作上の幅広い問題の原因となり得る。バイオフィルムは、処理水中での残留消毒剤の喪失、膜の生物付着、微生物の再増殖の原因となり得、特に、システム中の病原菌のためのリザーバーとなり得る（１、５、８）。したがって、バイオフィルムは、一般的な方法で根絶するのが非常に困難であることから、産業と医薬の両方における幅広い課題と関連している。
【０１９２】
バイオフィルムの発達を制御する（すなわち、バイオフィルム形成を防ぎ、バイオフィルムの定着をなくす）新規のアプローチの開発を中心とした膨大な研究が行われている。表面改変、化学的な消毒剤および他の物理的および化学的な方法が開発され、異なる環境においてバイオフィルムの発達を制御するのに適用されているが、結果は満足なものではなく、これらの方法の一部は環境に優しいものではなく、ヒトの健康にも悪影響を与える（２、９）。バイオフィルムコントロールの新規の効果的かつ環境に優しい方法が依然として必要に迫られている。
【０１９３】
本研究では、最初の細菌の付着を制御し、研究室の試験システムにおいて予め形成されたバイオフィルムを除くために、処理した水道水における本発明のナノバブル発生器の有効性についてのデータを提示する。
【０１９４】
材料および方法
細菌株、化学物質、ナノバブル処理装置
２つの細菌株を本研究では使用した。大腸菌（Ｅ．ｃｏｌｉ）Ｋ−１２  ＭＧ  １６６５３を、Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｔｙｐｅ  Ｃｕｌｔｕｒｅ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎから購入した。ＬＢ培地（培養液および寒天）を、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃから入手した。
【０１９５】
ナノバブル処理装置（直径１インチ（２．５４ｃｍ））をＢａｕｅｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｅｓｉｇｎから入手した。
【０１９６】
水処理
ナノバブル処理装置を水道水の蛇口に接続した。蛇口を十分に開いて、水道水をミキサーに通した（圧力：４０ｐｓｉ（２７６ｋＰａ）、流速：２０Ｌ／ｍｉｎ）。処理から５分後に、処理水を回収し、後の使用のために、最大７日間、４Ｌカーボイに貯蔵した。また、水道水を蛇口から直接回収し、４Ｌカーボイに貯蔵し、対照として使用した。
【０１９７】
細菌付着アッセイ
無菌のガラスのカバーガラスを、２０ｍｌのＢＥＤ処理した水道水または対照の水道水を入れた４５ｍｍペトリ皿に浸漬した。次に、ペトリ皿に１０＾６細胞／ｍｌのＥ．ｃｏｌｉ細胞を負荷し、穏やかに撹拌しながら２時間室温でインキュベートした。その後、カバーガラスをＭＱ水で３回洗浄し、ＳＹＴＯ９で染色し、付着した細菌細胞について落射蛍光顕微鏡で可視化した。
【０１９８】
バイオフィルム発達および除去アッセイ
研究のためのすべてのバイオフィルムを、フローセルバイオフィルムリアクターにて、図１６の配置と類似の配置で発達させた。図１６において、バイオフィルムは、連続流の条件下で成長する。ガラスチューブは平方横断面を有し、チューブの内側で成長するバイオフィルムの直接の顕微鏡観察を可能にする。装置は、穴開き培地供給カーボイ（４Ｌ限度容量）と、フロー遮断器と、濾過した空気流入口と、蠕動ポンプと、キャピラリーおよびフローセルのホルダーと、接種ポートと、廃液カーボイと、から構成される。これらの構成要素は、シリコーンゴムチューブで接続されている。＃１カバーガラスが付いた３つのチャネルフローセル（各チャネル４ｍｍＷ  ｘ  ４０ｍｍＬ  ｘ  １ｍｍＤ）（Ｓｔｏｖａｌｌ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．，Ｇｒｅｅｎｓｂｏｒｏ，ＮＣ）を記載されているように（７、１０）組み立て、用意した。
【０１９９】
成熟したバイオフィルムを発達させるために、フローセルシステムを、０．１ＬＢ培地を２〜３時間流すことによって条件付けた。細菌細胞の接種（〜２ｘ１０８ＣＦＵ）のために培地の流れを休止し、１ｈオフのままにした後、流速８ｍｌ／ｈｒで再開した。バイオフィルムを室温で（２０＋／−１℃）発達させ、ガラスキャピラリー中のバイオフィルム形成を、予め設定した時点で最大７日間観測した。
【０２００】
処理した水道水および対照の水道水からの最初の細菌の付着およびバイオフィルム形成を試験するために、フローセルシステム内の１つのチャネルに、処理した水道水および対照の水道水をそれぞれ流速８ｍｌ／ｈｒで供給した。ガラスチャネル内の細菌のコロニー形成およびバイオフィルム形成を、予め設定した時点で最大８日間観測した。供給カーボイ内の処理した水道水および対照の水道水を毎日置き換えた。
【０２０１】
バイオフィルム除去試験のために、１０％ＬＢ培養液を流速８ｍｌ／ｈｒで補充したすべての３つのチャネル内の成熟したバイオフィルム（４日）を上記の方法で発達させた。１つのチャネルには１０％ＬＢ培養液を、１つのチャネルには処理した水道水を、１つのチャネルには対照の水道水を、それぞれ同じ流速１６ｍｌ／ｈｒで連続供給した。バイオフィルムを、蛍光顕微鏡（ＩＸ７１  Ｏｌｙｍｐｕｓ，Ｃｅｎｔｅｒ  Ｖａｌｌｅｙ，ＰＡ）を用いて連続的に観測した。
【０２０２】
バイオフィルム画像化
バイオフィルムの観察および画像取得を、蛍光顕微鏡（ＩＸ７１  Ｏｌｙｍｐｕｓ，Ｃｅｎｔｅｒ  Ｖａｌｌｅｙ，ＰＡ）、共焦点レーザー走査顕微鏡（ＣＳＬＭ）（ＩＸ７０  Ｏｌｙｍｐｕｓ）またはカメラ（Ｃａｎｏｎ  ＰｏｗｅｒＳｈｏｔ  ＳＤ１１００ＩＳ）で実施した。バイオフィルム除去試験の終了時に、１μＭのＳＹＴＯ９（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ，ＵＳＡ）を含有するＰＢＳ緩衝液（１００μＬ）を各チャネルに添加し、暗所で１５分間インキュベートした。ＳＹＴＯ９をモニタリングするために、Ｍｅｌｌｅｓ  Ｇｒｉｏｔ  Ｌａｓｅｒのサプライ、検出器、フィルターセットを備えたＯｌｙｍｐｕｓ  Ｆｌｕｏｖｉｅｗ（商標）ＦＶ１０００共焦点顕微鏡（Ｏｌｙｍｐｕｓ，Ｍａｒｋｈａｍ，Ｏｎｔａｒｉｏ）で蛍光画像を取得した。油浸漬６０ｘ対物レンズを用いて画像を得た。Ａｍｉｒａソフトウェア・パッケージ（Ａｍｉｒａ，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）を用いて、バイオフィルムサンプルの断面像の積み重ねから三次元画像を再構成した。
【０２０３】
結果
最初の細菌の付着およびバイオフィルム形成に対する効果
細菌の付着アッセイは、処理した水道水が最初の細菌の付着を阻害することを示した。処理した水道水中での２時間のインキュベーション後にガラス表面に細菌細胞が全く付着しなかった一方で、対照の水道水におけるガラス表面には細胞が付着を開始した。処理した水道水中でインキュベートしてから２０時間後に、細菌細胞がガラス表面への付着を開始し、対照の水道水でのガラス表面上に小さい細菌凝集物を見ることができる（図１７）。ガラス表面への最初の細菌の付着の７５％超の減少が処理した水道水によって達成された。
【０２０４】
フローセルシステムにおける処理した水道水および制御された水道水によるバイオフィルム形成試験は、ナノバブル処理装置で処理した水道水がバイオフィルム形成を阻害することを示唆した。処理した水道水を供給してから８日後、小さい細菌細胞凝集物をガラス表面上にまばらに見ることができる。一方で、対照の水道水を供給したチャネルにおいて、全体のガラス表面が細菌細胞で覆われ、大きい細菌細胞ミクロコロニーの形成が開始された（図１９）。細菌のバイオマスを測定したところ、バイオフィルム形成の８０％超の減少が達成された。
【０２０５】
予め形成されたバイオフィルムの除去に対する効果
Ｅ．ｃｏｌｉバイオフィルムをフローセルの複数のチャネルで６日間発達させた後、処理した水道水および対照の水道水を各チャネルに別個に供給した。処理から３０分後、処理した水道水はチャネル内で発達したバイオフィルムの多くを除去したが、対照の水道水はバイオフィルムの除去にほとんど効果がなかった（図１９）。チャネル内に残されたバイオフィルムのバイオマスを定量したところ、バイオフィルムのバイオマスの９９％超が処理した水道水で除去された。アシネトバクター・バウマニ（Ａｃｉｎｅｏｂａｃｔｅｒ  ｂａｕｍａｎｎｉｉ）株および緑膿菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ  ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）株によって発達したバイオフィルムの除去について、同様の試験を行った。９９％のバイオフィルムバイオマスを除去するのにかかった時間は、異なる試験において１０分〜５時間であった（データ示さず）。
【０２０６】
結論
本研究は、ナノバブル処理装置で処理した水道水が（１）バイオフィルム発達に必須のステップであるガラス表面への細菌の付着の阻害；（２）バイオフィルムの発達の阻害；（３）予め形成されたバイオフィルムの除去に有効であることを明らかにした。
【０２０７】
オーストラリア特許に記載されている装置で処理した水で行った細菌の付着およびバイオフィルム形成についての最初の試験は、処理した水と非処理の水との間に有意な改善がなかったことを示す。したがって、細菌の付着を阻害し、バイオフィルムの発達を阻害し、予め形成されたバイオフィルムを除去することが示された本発明のナノバブル発生器は、先行技術の装置に対して明らかに改善されている。
【０２０８】
実施例５での参考文献
Ｃａｍｐｅｒ，Ａ．，Ｍ．Ｂｕｒｒ，Ｂ．Ｅｌｌｉｓ，Ｐ．Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄ，ａｎｄ  Ｃ．Ａｂｅｒｎａｔｈｙ．１９９９．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ｄｒｉｎｋｉｎｇ  ｗａｔｅｒ  ｂｉｏｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅｉｒ  ｓｔｕｄｙ．ＪＯＵ  ＲＮＡＬ  ＯＦ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＩＣＲＯＢＩＯＬＯＧＹ  ８５：１  Ｓ−１２Ｓ．
２．Ｃｈｅｎ，Ｘ．Ｓ．，Ｐ．Ｓ．２０００．Ｂｉｏｆｉｌｍ  ｒｅｍｏｖａｌ  ｃａｕｓｅｄ  ｂｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．Ｗａｔｅｒ  Ｒｅｓ  ３４：４２２９−４２３３．
３．Ｃｏｓｔｅｒｔｏｎ，Ｊ．Ｗ．，Ｚ．Ｌｅｗａｎｄｏｗｓｋｉ，Ｄ．Ｅ．Ｃａｌｄｗｅｌｌ，Ｄ．Ｒ．Ｋｏｒｂｅｒ，ａｎｄ  Ｈ．Ｍ．Ｌａｐｐｉｎ−Ｓｃｏｔｔ．１９９５．Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ｂｉｏｆｉｌｍｓ．Ａｎｎｕ  Ｒｅｖ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  ４９：７１１  −４５．
４．Ｈａｌｌ−Ｓｔｏｏｄｌｅｙ，Ｌ．，Ｊ．Ｗ．Ｃｏｓｔｅｒｔｏｎ，ａｎｄ  Ｐ．Ｓｔｏｏｄｌｅｙ．２００４．Ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｂｉｏｆｉｌｍｓ：  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  ｎａｔｕｒａｌ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ  ｔｏ  ｉｎｆｅｃｔｉｏｕｓ  ｄｉｓｅａｓｅｓ．Ｎａｔ  Ｒｅｖ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  ２：９５−１０８．
５．Ｌｅｃｈｅｖａｌｌｉｅｒ，Ｍ．２０００．Ｂｉｏｆｉｌｍｓ  ｉｎ  ｄｒｉｎｋｉｎｇ  ｗａｔｅｒ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍｓ：ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ  ａｎｄ  ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ  ｆｕｔｕｒｅ  ｄｒｉｎｋｉｎｇ  ｗａｔｅｒ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ．Ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｃａｄｅｍｙ  Ｐｒｅｓｓ．
６．Ｏ’Ｔｏｏｌｅ，Ｇ．，Ｈ．Ｂ．Ｋａｐｌａｎ，ａｎｄ  Ｒ．Ｋｏｌｔｅｒ．２０００．Ｂｉｏｆｉｌｍ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｓ  ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ａｎｎｕ  Ｒｅｖ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  ５４：４９−７９．
７．Ｓｔｏｏｄｌｅｙ，Ｐ．，Ｚ．Ｌｅｗａｎｄｏｗｓｋｉ，Ｊ．Ｄ．Ｂｏｙｌｅ，ａｎｄ  Ｈ．Ｍ．Ｌａｐｐｉｎ−Ｓｃｏｔｔ．１９９９．Ｔｈｅ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｉｇｒａｔｏｒｙ  ｒｉｐｐｌｅｓ  ｉｎ  ａ  ｍｉｘｅｄ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｂａｃｔｅｒｉａｌ  ｂｉｏｆｉｌｍ  ｇｒｏｗｉｎｇ  ｉｎ  ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ  ｆｌｏｗ．Ｅｎｖｉｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ  １：４４７−５５．
８．Ｗａｌｋｅｒ，Ｊ．Ｔ．，Ｓ．Ｌ．Ｐｅｒｃｉｖａｌ，ａｎｄ  Ｐ．Ｒ．Ｈｕｎｔｅｒ．２０００．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ  Ａｓｐｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｄｒｉｎｋｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ．
９．Ｗｕ，Ｊ．，Ｈ．Ｘｕ，Ｗ．Ｔａｎｇ，Ｒ．Ｋｏｐｅｌｍａｎ，Ｍ．Ａ．Ｐｈｉｌｂｅｒｔ，ａｎｄ  Ｃ．Ｘｉ．２００９．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｒａｄｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂａｃｔｅｒｉａ  ｉｎ  Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｂｉｏｆｉｌｍｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｂｌｕｅ−ｌｏａｄｅｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  ＮａｎｏＰｌａｔｆｏｒｍｓ．Ａｎｔｉｍｉｃｒｏｂ  Ａｇｅｎｔｓ  Ｃｈｅｍｏｔｈｅｒ  ７５：５３９０−９５．
１０．Ｘｉ，Ｃ，Ｄ．Ｍａｒｋｓ，Ｓ．Ｓｃｈｌａｃｈｔｅｒ，Ｗ．Ｌｕｏ，ａｎｄ  Ｓ．Ａ．Ｂｏｐｐａｒｔ．２００６．Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｂｉｏｆｉｌｍ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｕｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ．Ｊ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｏｐｔ  １１：３４００１．
【０２０９】
上記の開示は、本発明を概して説明するものである。状況が好都合であることを示唆し得るか、または好都合となり得る場合、形態の変更および均等物の置換が検討される。本明細書にて具体的な用語を使用したが、このような用語は、説明を意図したものであって、制限することを意図したものではない。本発明の他のバリエーションおよび改変が可能である。したがって、そのような改変またはバリエーションは、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の領域および範囲内であると考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月4日(2019.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノバブルの濃度が増大した液体溶液を製造する方法であって、
（ａ）元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを備え、前記処理部はキャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有するナノバブル発生器を用意するステップと、
（ｂ）元の液体溶液を前記ナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
材料の質を向上させる方法であって、
（ａ）元の液体溶液をナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
（ｂ）前記処理した液体溶液と材料とを接触させるステップと、
を備え、
前記ナノバブル発生器は、元の液体溶液を受けるための流入部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを有するハウジングを備え、前記処理部が、キャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
表面上のバイオフィルムの形成を除去するか、または防ぐ方法であって、
（ａ）元の液体溶液をナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
（ｂ）前記ナノバブルを有する処理した液体溶液と表面とを接触させるステップと、
を備え、
前記ナノバブル発生器は、元の液体溶液を受けるための流入部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを有するハウジングを備え、前記処理部が、キャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有することを特徴とする方法。
【請求項４】
トリの糞尿中のアンモニア含量を低減する方法であって、トリにナノバブルを有する液体溶液を与えるステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記ナノバブルを有する液体溶液が、元の液体溶液を受けるための流入部と、元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを備え、前記処理部はキャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有するナノバブル発生器に元の液体溶液を通過させることによって得られることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
材料から重金属を除去する方法であって、
（ａ）元の液体溶液をナノバブル発生器に通過させて、ナノバブルを有する処理した液体溶液を製造するステップと、
（ｂ）前記ナノバブルを有する処理した液体溶液と材料とを接触させるステップと、
を備え、
前記ナノバブル発生器は、元の液体溶液を受けるための流入部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを有するハウジングを備え、前記処理部が、キャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルの平均サイズが１００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルの平均サイズが７５ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルのモードサイズが６０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ナノバブル含有溶液中のナノバブルのモードサイズが５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
ナノバブル含有溶液の酸化還元電位（ＯＲＰ）が、該ナノバブル含有溶液を製造するために使用される元の液体溶液のＯＲＰより相対的に高いことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記液体溶液が非極性液体溶液、極性液体溶液またはそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記液体溶液が液体およびガスの混合物を含むことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ガスが窒素、酸素、二酸化炭素、オゾンおよび水素から選択されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノバブル発生器が、元の液体溶液を受けるための流入部と、前記元の液体溶液を処理するための処理部と、ナノバブルを有する処理した液体溶液を放出するための流出部とを有するハウジングを備え、前記処理部が、キャビテーション空間で隔てられた少なくとも２つの連続的なせん断面を有し、
前記処理部は、前記ハウジングを通じて軸方向に延びるシャフト上に取り付けられた少なくとも２つの円盤状要素を備え、
前記円盤状要素は離間しており、
前記円盤状要素の各々の幅は２つの連続する円盤状要素間の距離の二分の一であり、
前記円盤状要素の各々は、前記流入部に面する第１の壁と、前記流出部に面する第２の壁と、前記第１の壁と前記第２の壁との間に延びる周壁とを備え、
前記円盤状要素の各々は、前記周壁から延びるノッチまたは溝を有し、前記円盤状要素はシャフトに沿って設けられ、該要素のノッチは互いに対して円周方向にジグザグに配列しており、
ノッチまたは溝の表面がせん断面を与え、円盤状要素間の空間がキャビテーション空間を与えることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記元の液体溶液がガスを有さないことを特徴とする請求項１乃至１２または１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
外部のガスを使用しないことを特徴とする請求項１乃至１２または１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記元の液体溶液がマイクロまたはナノバブルを有さないことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
実質的に高い濃度の安定したナノバブルを含むナノバブル含有液体溶液であって、当該ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルの平均サイズが１００ｎｍ未満であることを特徴とするナノバブル含有液体溶液。
【請求項２０】
前記ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルの平均サイズが７５ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１９に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２１】
前記ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルのモードサイズが６０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１９に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２２】
前記ナノバブル含有溶液中の前記ナノバブルのモードサイズが５０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１９に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２３】
前記液体溶液が非極性液体溶液、極性液体溶液またはそれらの組み合わせから選択されることを特徴とする請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２４】
前記液体溶液が液体およびガスの混合物を含むことを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２５】
前記ガスが窒素、酸素、二酸化炭素、オゾンおよび水素から選択されることを特徴とする請求項２４に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２６】
前記液体溶液がガスを有さないことを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。
【請求項２７】
塗料、飲料、タンパク質、アルコール、氷、コロン、蒸気、食用油、非食用油、洗浄調製物および燃料の製造用の請求項１９乃至２５のいずれか１項に記載のナノバブル含有液体溶液。