(57)【要約】マイクロ波の波長を磁性素材や酸化アルミニウムなどを利用し、波長転換をおこない、転換波長の領域を組成物や有機物及び素材の分子が持つ熱吸収波長帯に整合させ照射し、分子の振動エネルギーを利用した生成、合成、結晶、反応、分解の方法である。物質が持つ熱吸収波長帯に整合する吸収波長を高密度で照射すると物質の分子が振動し振動エネルギーから物質内の熱エネルギーとなって伝わる。熱吸収波長から放射される熱エネルギーを水や窒素ガス、アルゴンガスに吸収させ、波長だけを放射し物質に吸収させると温度の制御が可能になり、ペプチド、タンパク質、有機物の生成、合成、反応、分解ができ、無機物のナノ粒子、薄膜、金属結晶が出来た。食品加工の加熱もアミノ酸類が吸収する波長領域を高密度で照射するだけでアミノ酸類の増加が確認できた。
2007052778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アミノ酸の生成及び合成、ペプチドの生成及び合成、タンパク質の生成及び合成、有機化合物の合成及び反応において、一定の温度制御のなかで、組成物や有機物が有している熱吸収波長帯に合わせ、照射する波長の領域を１μｍ〜１００μｍの範囲のなかで、波長の密度を１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍに上げて連続的に組成物や有機物に照射し、組成物や有機物に一定の波長領域を吸収させ、組成の分子振動によって、短時間に生成、合成、反応、分解を促進する方法。
【請求項２】
ナノ粒子、薄膜、金属結晶を生成及び合成を行うとき、素材が持つ近赤外線、赤外線吸収波長帯に合わせ、照射する波長領域、０．１μｍ〜６．５μｍの範囲を波長の密度、１００Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に上げて、素材に連続的に照射し、素材分子に波長を吸収させ、素材の分子振動のエネルギー、固体の格子振動のエネルギー、励起子の吸収エネルギー、高エネルギーバンド間の遷移、プラズモン共鳴によって短時間に、ナノ粒子の生成、薄膜、金属結晶をつくる方法。
【請求項３】
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質の生成及び合成する時の最適温度帯は、５℃〜７０℃の低温度である。アミノ酸類、ペプチド、タンパク質が持つ分子や組成の、熱吸収波長帯は、２．５μｍ〜２０μｍの範囲である。生成、合成の最適温度を保ち、照射する波長の領域を２．５μｍ〜２０μｍの範囲で波長の密度を１０−１Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に上げ、連続的に組生物に照射すると、分子や組成が赤外線、遠赤外線の波長を吸収し、組成の分子振動によって、生成、合成、を短時間に促進する方法。
【請求項４】
請求項１及び、請求項３において、照射する波長の領域の範囲で、波長の密度を上げ、一定の温度を保つには、マイクロ波の波長を磁性素材に吸収させ、熱放射することによって、波長の転換ができる。波長転換によって生じる、熱エネルギーを水及び窒素ガス、アルゴンガスによって吸収させ、吸収した熱を循環し外部に放射させ、生成及び合成する環境内部の温度を一定に保ち、照射する波長の範囲、１μｍ〜１００μｍ、波長の密度を１０−１Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に保ち、波長の領域、密度を選択的に組成物、有機物に連続して照射させることができる。
安定した温度を維持するには、熱放射のエネルギーを吸収するために外部から循環させる水及び窒素ガス、アルゴンガスの温度と流量によって制御する。
一定の温度のなかで、照射する波長領域と波長密度を高め、連続し照射すると、組成、有機物が波長吸収し、組成の分子振動によって、アミノ酸類、ペプチド、タンパク質及び有機化合物の生成、合成、反応、分解ができる。
水及び組成物、有機物との混合を避けるためには、磁性素材の容器の中にパイレックスガラス又は石英ガラスの容器を入れ、組成物、有機物と水、窒素ガス、アルゴンガスを分離し、一定温度を保ち、波長を連続的に照射することができる。
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質を一定温度帯を保ち、組成物の熱吸収波長帯に合わせて、照射する波長の密度を上げて、生成、合成する方法。
【請求項５】
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質、有機化合物の組成及び分子には異なった熱吸収波長帯の領域がある。熱吸収波長帯の領域を選別するときに、請求項４において、水によって熱吸収を行い冷却するとき、純水が吸収する波長の領域は２．５μｍ〜３．８μｍ他に６．５μｍに小さな吸収波長のピークを持つ、この吸収波長以外が透過する。水を透過する波長は、この領域では３．８μｍ〜６．４μｍ及び６．６μｍ〜２０μｍの範囲である。水を冷却に利用したとき、透過する波長の範囲がアミノ酸類、ペプチド、タンパク質、有機化合物の組成分子の熱吸収波長帯に整合すると生成、合成、反応、分解が可能になる。
有機物の吸収波長の領域は狭く、選択的に吸収波長を選ぶ時は、純水の他にイオン値を持つ物質を分散又は含有させ、その濃度によって、それぞれのイオン物質が持つ熱吸収波長帯があり、熱吸収波長帯によって吸収させ、他の熱吸収波長帯を透過させ、有機物が持つ熱吸収波長帯を選別し整合する熱吸収波長を連続的に照射ができる。
窒素ガス、アルゴンガスはこの波長の領域は全て透過する。
窒素ガス、アルゴンガスを利用し波長の領域を選別するときは、窒素ガス、アルゴンガスに水蒸気を混合することによって、水が吸収する波長以外の透過波長を選択的に照射させることができる。
透過する波長は、イオン物質ではその濃度によって透過率が変わり、水蒸気も大気の水分率によって変化する。
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質を生成、合成するとき及び有機物の化学合成、反応をおこなうときに熱吸収波長帯の領域を選択し照射する方法。
【請求項６】
請求項２において、０．１μｍ〜６．５μｍの波長を波長密度、１００Ｗ／ｃｍ２．μｍ〜１０３Ｗ／ｃｍ２．μｍの範囲を連続して照射するには、マイクロ波の波長を酸化アルミニウム、炭化ケイ素、マグネタイトによって吸収させ、熱放射すると波長転換し熱輻射する。波長の密度を上げる時は、酸化アルミニウムにマンガン、ユーロピウム、クロム、ネオジウム、チタン、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケルなどの磁性を持つ元素の物質を添加すると、酸化アルミニウムとその磁性元素のスピンの共鳴によって金属が持つ吸収波長の領域、０．１μｍ〜６．５μｍの波長に転換し、波長の密度を上げることができる。波長転換によって高温になった温度の制御を行うには、水、窒素ガスやアルゴンガスの温度及び循環量によって熱エネルギーを吸収させ循環させることによって制御できる。
マイクロ波の波長をナノ粒子、薄膜、金属結晶の素材が持つ熱吸収波長に転換することによって波長領域の密度を上げて、ナノ粒子の生成、薄膜、金属結晶を効果的に生成する方法。
【請求項７】
有機物の合成、反応において、融点がマイナス温度であったり、沸点が常温よりも低い温度の有機物がある。
請求項１及び請求項３、請求項４において使用する窒素ガスは沸点が−１９５．８℃の低温であり、マイナス温度の状態を維持し、低温の環境のなかで、波長２．５μｍ〜２０μｍを連続的に照射すると波長の振動エネルギーによって低温下で化学合成や化学反応が可能である。
マイナスの低温下のなかで化学合成、反応を波長の振動エネルギーによって行う方法。
【請求項８】
請求項４、請求項６において、波長密度を高めるには、
マグネトロンの出力によってマイクロ波の波長密度は高くなり、マイクロ波から転換する波長の密度も高くなる。
【請求項９】
野菜類、野菜の加工品、漬け物原料、果実、果実の加工品、雑穀類、雑穀類の加工品、牛、豚、鶏肉類、牛、豚、鶏の加工食品、魚類、及び魚類の加工品、魚貝類練り製品、昆布、椎茸類等の菌茸類及びその加工品、緑茶に、一定温度を保ち、波長２．５μｍ〜２０μｍの領域を波長の密度１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上を一定温度のなかで短時間照射すると総アミノ酸類が１０％〜５０％、増加する。
食品素材、食品加工品を短時間に一定の波長を照射しアミノ酸類を増加させる方法。
【請求項１０】
雑穀類及び野菜類を一定温度を保ち、波長の領域２．５μｍ〜２０μｍの範囲の密度を１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上一定時間照射し加熱調理加工すると雑穀類の含水率の高い炊飯ができる。加熱温度と波長の領域及びその密度によって酵素が失活し、長期間変色、腐敗が制御できる。
【請求項１１】
請求項２、請求項６における、窒素、アルゴンガス雰囲気中でナノ粒子の生成、薄膜、金属結晶をおこなうときに、生成、薄膜、金属結晶を行う空間に対極の磁性体を入れ、波長領域０．１μｍ〜６．５μｍを照射すると対極の磁場の範囲で、ナノ粒子の生成促進、薄膜の合成、金属結晶を促進させることができる。
波長領域０．１μｍ〜６．５μｍの電磁波は磁場に吸収され、アルミには反射する。
対極の磁性体をアルミの膜、又はメッキによって表面処理し設置すると電磁波は磁性体に吸収され反射し、対極の位置において波長密度が高くなる。
対極の磁性体の内側に薄いガラス、シリコンなどの基盤を設置し、ナノ粒子を生成する素材、薄膜の素材、金属合成する素材を底面の基盤に乗せ、０．１μｍ〜６．５μｍの波長を照射すると基盤の内部は高密度に波長が吸収され、波長は素材の分子振動によって、分子が解離し、基盤に積層し、ナノ粒子の生成、薄膜の合成、金属結晶が生じる。
このときに利用する磁性体の磁場強度は１０ガウス以上で効果がある。
【請求項１２】
インジウム窒素、ガリウム窒素、インジウムガリウム窒素などの薄膜を合成する場合、インジウム、ガリウム、インジウムガリウムの薄膜にアンモニアガス（ＮＨ３）を１００℃以上の温度を保ち波長の領域２．５μｍ〜１０．０μｍのなかで波長の密度を１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上の高密度で照射するとアンモニアが持つ熱吸収波長帯と整合しアンモニアから窒素と水素が分離し、インジウム、ガリウム、インジウムガリウムの膜に窒素が積層し、インジウム窒素、ガリウム窒素、インジウムガリウム窒素の薄膜を効率良く基板上に、合成される。アンモニアを照射する波長の密度によって効果的にインジウム窒素、ガリウム窒素、インジウムガリウム窒素の薄膜を低温で効率良く合成する方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アミノ酸類、ペプチド、タンパク質の生成、合成及び有機化合物合成、反応及び分解を組成分子が持つ熱吸収波長帯に合わせて照射し、その密度をたかめることによって生成、合成、反応、分解を促進させる技術開発である。
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質や有機化合物の組成分子には、それぞれ独自の熱吸収波長帯があり、熱吸収波長帯の波長を密度を上げ照射すると組成の分子が共鳴し、生成、合成、反応が促進できる。
無機物から作られるナノ粒子、薄膜、金属結晶には、無機物の特性である、熱吸収波長帯に違いがある。無機物の持つ熱吸収波長帯に合わせて波長の密度を上げて照射すると、分子振動のエネルギー、固体の格子振動のエネルギー、励起子の吸収エネルギー、高エネルギーバンド間遷移、プラズモン共鳴によって、ナノ粒子、薄膜、金属結晶を促進することができる。
野菜類、野菜加工品、果実、果実加工品、雑穀、雑穀加工品、畜産加工品、水産加工品を短時間に波長２．５μｍ〜２０μｍを高密度に照射し、素材のアミノ酸類の含有量を１０％〜５０％増加させる技術開発である。
【背景技術】
【０００２】
磁性体を塗布し、燒結した陶磁器をマイクロ波によって照射すると陶磁器から遠赤外線、赤外線の波長に転換し熱輻射する。熱効率を上げて調理及び化学反応、化学合成、金属加工、金属結晶、金属の燒結、冶金をおこなう方法は本出願者によって特願２００５−７１８８５及び特願２００５−１８５６７３によって既に出願されている。
食品に含まれている組成、アミノ酸が遠赤外線の照射によって増加する報告は遠赤外線学会において報告されている。この場合のアミノ酸類の増加は数％の増加として報告されている。
同一温度のなかで赤外線、遠赤外線の領域の波長密度を上げることによって、食品のアミノ酸生成が大きく促進される報告はされていない。【０００３】
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質の生成、合成の多くは化学的合成、自然物からの抽出であり、他にマイクロ波を利用したペプチドの生成が報告されている。
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質は高温になると変性し、耐熱性に課題がある。特にアミノ酸組成のメチオニン、リジン、アルギニン、ヒスチジン、グルタミン、グルタミン酸、アスパラギン、アスパラギン酸、セリン、スレオニン、トリプトファンは熱に弱く８０℃を超えると変性する。ペプチド、タンパク質の合成は最適温度は５０℃以下である。
酸性アミノ酸、塩基性アミノ酸、複素環アミノ酸は熱に弱い、ペプチドやタンパク質はこれらのアミノ酸類の配列によって作られている。
化学合成及び天然素材からの抽出は、耐熱性の面から歩留まりが悪く、マイクロ波による生成は短時間に高温になり、冷却時間の必要から連続した生成が困難であり、生成と冷却を繰り返し行い生成時間が長くなっている。
アミノ酸類、ペプチド、タンパク質の分子構造の解析は、分子光学的性格によって分類され、分子の吸収波長はアミノ酸類は２．５μｍ〜２０μｍの波長の領域である。
組成物や有機物を５０℃以下の温度で管理し、アミノ酸類、ペプチド、タンパク質の生成及び合成を、２．５μｍ〜２０μｍ波長を高密度照射し、分子の振動によって生成又は合成することが最適であるが、これまで低温を維持し、短時間に組成が持つ熱吸収波長の密度を上げて照射することよって、生成及び合成がされていない。【０００４】
有機化合物の化学合成、化学反応はこれまで、一定温度の中で化学物質が持つ熱吸収波長帯を、高密度に照射し、合成、反応を促進する方法は取られていない。
化学合成や反応では、加熱と冷却などの温度制御を繰り返し行われている。化学物質の分子構造と分子分光学的性格から分子の熱吸収波長帯は分析されており、その波長の領域は、２．５μｍ〜２０μｍの範囲である。
アルコール、エステル、ベンゼン類は引火点は低く、波長による合成、反応は、従来高温になりやすく、利用されていない。アルコール、エステルの吸収波長は１０μｍベンゼン置換体は、１５μｍの領域である。この領域を低温で管理し高密度の波長を照射し、分子の振動から化学合成、化学反応を促進する技術開発はされていない。【０００５】
ナノ粒子の生成、薄膜の合成、金属結晶、半導体などの素材には、全て、熱吸収波長帯を有している。主な素材は、炭素、金、銀、銅、白金、シリコン、マグネタイト、酸化アルミニウム、酸化チタン、イットリウム、ゲルマニウム、インジウム、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｃｏ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ、ガリウム砒素、等である。
これらの物質が持つ熱吸収波長によって生じる熱吸収は、高エネルギーバンド間遷移の吸収、励起子の吸収、固体の原子の格子振動のエネルギーに一致する。
これらの組成が持つ分子の熱吸収波長帯は、０．１μｍ〜６．５μｍの範囲である。
この波長の領域は電磁波であり、磁性に吸収させる。ナノ粒子、薄膜、金属結晶に利用する基板の外部に磁場を設置し、波長の密度を上げることができる。
主な元素の吸収波長は、銀０．２２μｍ〜０．３２μｍピークは０．３１５μｍである。金は０．１５μｍ〜０．４５μｍである。銅は０．２４μｍ〜０．５μｍが吸収領域である。原子の格子振動に一致する、吸収波長は０．１μｍ〜６．５μｍである。
素材が持つ吸収波長の領域を波長の密度を上げ吸収させると原子の格子振動からプラズモン共鳴によって、吸収効率が高くなり、雰囲気温度が低い状態においても、ナノ粒子の生成、薄膜の合成、金属結晶が可能である。
ナノ粒子の生成、薄膜の積層、金属結晶では高温加熱によって行われているが、加熱温度と照射する波長の領域を選定し、マイクロ波の波長の転換による熱効率の高い、効率的な生成、積層、結晶が行われていない。
これまで吸収波長の密度を上げて、格子振動からプラズモン共嗚によって、ナノ粒子の生成、薄膜の合成、金属結晶、半導体素材生成の技術は報告されていない。【０００６】
赤外線、遠赤外線の波長は、窒素ガス、アルゴンガスの単体では、透過する。窒素ガス、アルゴンガスの温度を低温にして循環し一部の熱エネルギーを吸収させ、赤外線、遠赤外線の波長だけを透過する。
窒素ガスは−１９３℃アルゴンは−１８３℃の温度によって液体化してボンベに充填されている。
気体の熱伝導率は、０℃のときに窒素が２．４０、アルゴンガスが１．６３である。
マイクロ波を磁性体に吸収させ、波長転換し、赤外線、遠赤外線を放射すると、磁性体のキュリー温度によって、一定の温度の制御は可能であるが、波長の密度を上げると熱エネルギーが大きくなり、温度も高くなる。アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成、合成並びに有機化学などの化学合成、化学反応の最適温度は−４０℃〜７０℃の範囲である。
−４０℃〜７０℃の温度範囲で、波長の密度を上げ照射するには、窒素ガス、アルゴンガスを低温にしてガスに熱エネルギーの一部を吸収させて、ガスを循環し熱を外部に放射することによって、温度を制御し、２．５μｍ〜２０μｍの波長の領域の密度を上げることができるが、組成や有機物の分子が持つ熱吸収波長帯の温度を制御して、波長の振動エネルギーによって、アミノ酸の生成及び合成、ペプチドの生成及び合成、タンパク質の生成と合成並びに、有機化学物質の化学合成、化学反応は実施されていない。【０００７】
水は、熱吸収効率が良く、温度の制御には最適である。水が吸収する波長の範囲は、２．５μｍ〜３．２μｍ他に６．８μｍ近似領域にある。水が吸収しない波長の領域は３．４μｍ〜６．５μｍ、６．７μｍ〜２０μｍである。この波長の領域は透過する。
アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成及び合成するときに組成の分子が持つ熱吸収波長が水が持つ熱吸収波長を避けて選択し、波長放射すると生成、合成反応に利用できる。
水の水温を利用し、冷却循環させ温度制御に利用し、赤外線、遠赤外線を照射し、アミノ酸、ペプチド、タンパク質及び、有機化合物の合成、反応に利用されていない。【０００８】
マイクロ波を用いた、アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成、合成並びに、有機化学の合成は既に報告されている。
従来のペプチド合成及びマイクロ波によるペプチドの生成、合成の欠点は、昇温が早く、最適生成温度又は合成、反応、分解において高温になりやすく、最適温度の維持が難しい欠点がある。最適温度帯を外れると求める物質以外の、生成や合成、反応や分解が起こり、その都度冷却が必要になり、連続運転が困難である。またマイクロ波による加熱は分子と分子の回転によって作られるエネルギーであり、分子回転による異物を作り出す要素が高い。
ペプチドは、アミノ酸の多くの種類を連続して固相合成する作業であり、各種のアミノ酸類を外部から挿入する仕組みが必要である。挿入する管の内部が高温になるとアミノ酸の変性が起こりやすく、常に温度コントロールが必要である。
ペプチドの固相結合は、第一のアミノ酸に第二のアミノ酸を調整しカップリングさせてペプチド形成する作業であり、赤外線、遠赤外線の波長による分子振動からカップリングを促進させる工程を作る。この工程を連続させるとペプチド鎖が連続し合成される。
一定温度を管理したなかで、赤外線、遠赤外線を用いた、分子振動によるエネルギーによって、アミノ酸類を結合しペプチド鎖を組成するために連続工程ができる。
赤外線、遠赤外線を利用し、一定温度を管理して、波長の分子振動からペプチド、タンパク質の生成並びに合成の報告はない。【０００９】
融点、沸点、化学反応の最適温度の低い有機化合物の合成反応では、フェロモンの一種であるフロンタリンの合成において４００℃気相中でアゾルカンを熱分解すると収率は４０％であるが、増感剤ベンゾフェノンの添加によるＡｒ＋レーザー、０．３６３μｍの波長において、照射した場合、−４０℃での反応で収率は１００％となったと報告されている。−４０℃の環境を維持し、波長の範囲を０．３μｍ前後の波長密度を上げてフロンタリンの合成を連続的に合成する方法は取られていない。【００１０】
赤外線レーザーであるＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザーによって微粒子、薄膜、金属結晶は合成されている。レーザー加熱の問題点としては、ＣＯ２レーザー（１０．６μｍ）、ＹＡＧレーザー（１．０６μｍ）の波長の領域では固体物質の反射率が高く、吸収率が低いために、赤外線レーザーの場合は高出力によって、波長を照射し合成の収率を上げている。経済コストが高くなっている。
マイクロ波によって、酸化アルミニウム、炭化珪素、マグネタイトを照射し、輻射する波長の領域は、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲が高密度で放射され、また磁性素材であるクロム、ネオジウムを含有する酸化アルミニウムにマイクロ波を照射すると磁性元素のスピンの共鳴によって０．１μｍ〜０．５μｍの波長の密度が上がり、放射される。赤外線レーザーによる合成と同じ効果が簡素化して得られる。
赤外線レーザーによる、微粒子、薄膜、金属結晶では、設備の投資価格が高く、その上に高出力のエネルギーが必要であり、経済コストが高い欠点がある。マイクロ波の波長転換によって、０．１μｍ〜０．５μｍの波長転換し高密度で放射させ、固体物質が持つ吸収波長に合わせて、波長の振動のエネルギーを励起させ、波長の密度を上げ、ナノ粒子、薄膜、金属結晶を合成する技術は報告されていない。【００１１】
野菜及びその加工品、果実及びその加工品、穀類、雑穀類とその加工品、牛、豚、鶏肉類とその加工品、魚類とその加工品、昆布、椎茸、その他の菌茸類とその加工品、緑茶などの調理や加工の加熱方法として、食品の組成分子が持つ熱吸収波長帯、２．５μｍ〜２０μｍである。加工調理で熱吸収波長帯の密度を上げて、アミノ酸類の含有量を高めることを目的に加熱加工はされていない。
食品の組成分子が持つ熱吸収波長帯とその波長密度と温度を設定し、食品の殺菌及び酵素が失活することを目的に加工されていない。
波長の温度１３０℃以上、波長の領域２．５μｍ〜２０μｍ波長密度１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に設定し食品加工に利用されていない。【００１２】
米飯類の炊飯事業は米の重量に対して炊きあがり重量が収益に大きく影響する。これまで米と水を加えた炊きあがり重量は、平均すると２．３５倍、純水を利用した場合が２．４倍が最高の炊きあがり比率である。炊きあがり重量と美味しさは関連があり、含水率が高く、しっかりと硬い状態が炊飯の炊きあがり状態を示す。
炊飯では、遠赤外線効果は電気炊飯、ガス炊飯、蒸気炊飯などがあるが、２．５μｍ〜２０μｍ赤外線、遠赤外線の波長選択によって、波長の密度を１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍに上げ、含水率を上げる炊飯はされていない。【００１３】
ナノ粒子、薄膜、金属結晶の生成において、素材の元素や分子が持つ熱吸収波長帯は０．１μｍ〜６．５μｍである。この領域は電磁波の領域であり、磁場に吸収される。
生成に利用する基板、薄膜が生成する基板とターゲットを設置する基板の両面に磁場を設け、薄膜の基板の磁場はアルミニウムによって被い、波長の吸収と反射によって、ターゲットに設置している磁場の波長照射密度を上げて、生成及び合成、結晶効率を上げる方法は取られていない。【００１４】
インジウム、ガリウム、インジウムガリウムと窒素による薄膜は太陽光電池の薄膜として、吸収率から期待されている。
これまで窒素の薄膜生成に、アンモニアガスが利用されているが、薄膜生成の過程で酸素や炭素が残留すると不均一になり、高温下の生成による矛盾がある。
アンモニアガスは、分解波長の領域は、２．５μｍ〜１０μｍであり、この領域の密度を上げ波長照射すると１００℃の低温でも窒素と水素は分離し、窒素膜を生成する事が出来る。
従来の合成は、レーザー光線などが利用されており、高温の５００℃以上の波長と波長の領域や密度が極域だけに集中するために、アンモニアガスを分解するときに炭化物や酸素の影響を受けやすく、不純物の生成が生じやすく、均一な合成が難しい。
アンモニア分解に必要な波長とその密度を上げて、低温で短時間にインジウム窒素、ガリウム窒素、インジウムガリウム窒素の薄膜を生成させる開発はされていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成及び合成は、多方面から研究が進んでいる。
自然界ではアミノ酸、ペプチド、タンパク質の構成は、生命の基幹になっている。
アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成や合成には、自然界では電磁波の波長領域の影響が大きく作用している。物質の分子には、全て熱吸収波長帯があり、吸収波長によって熱エネルギーに転換され、生成、合成が促進されている。物質が持つ分子と分子に波長が振動し、熱エネルギーに転換されて生成や合成が推進される。人為的に生成や合成を行う場合は、吸収波長の密度を上げると、分子と分子の振動から、共鳴によって吸収効率が高くなる。
自然界のアミノ酸類、ペプチド、タンパク質の全ては水を含んでいる。水が吸収する波長からタンパク質の分子が吸収する波長の領域は２．５μｍ〜２０μｍである。
アミノ酸、ペプチド、タンパク質などの組成は、５０〜８０℃を超えると組成が変成することが多く、変成しない温度以下で、分子が持つ熱吸収波長帯の波長の密度を上げることによって、生成、合成が可能になる。【００１６】
特願２００５−１８５６７３において、マイクロ波の波長を陶磁器の内部に磁性体を燒結し赤外線、遠赤外線領域の波長に転換する方法を申請している。マイクロ波の波長を磁性体によって転換すると波長密度は高くなる。他にマグネトロンの出力を上げても波長の密度は高くなる。マイクロ波を連続して、照射すると熱エネルギーが大きくなり、アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成及び合成の最適温度５０〜８０℃以下の制御が困難である。そこで、熱エネルギーの一部を吸収させ、赤外線、遠赤外線の波長の領域を透過する素材として、水、窒素ガス、アルゴンガスを選択した。水の場合は水温の温度と流量の循環によって、温度を制御でき、窒素ガスとアルゴンガスの場合は、ガス放射時の温度とガス循環の量から温度制御をおこなった。
陶磁器にマンガンフェライトのキュリー温度２００℃を燒結した容器を作り、電子レンジに入れ１ｋｗのマグネトロンから放射するマイクロ波を利用し、波長の領域を２．５μｍ〜２０μｍを中心に輻射したとき、水容量１０００ｃｃ、水温２０℃から９８℃〜１００℃に沸騰するには４５０秒必要であった。水温が常に４０〜７０℃を維持するには水の量、１００ｃｃ〜２００ｃｃ／６０秒を循環させると維持が可能である。【００１７】
水、窒素ガス、アルゴンガスの熱吸収は、同一温度では、水が大きく、次ぎにアルゴンガス、窒素ガスである。水が吸収する波長は２．５μｍ〜３．２μｍピークは３．０μｍ及び６．８μｍに小さな吸収ピークを持つ、この吸収領域の範囲以外は、透過又は屈折、反射され、透過率は高い。２．５μｍから２０μｍの波長を照射すると、水は短時間に高温になり、沸騰する。［００１６］に示す水の循環によって、一定温度が維持でき、アミノ酸、ペプチド、タンパク質が持つ吸収波長帯の３．３μｍ〜６．５μｍ、７．０μｍ〜２０μｍを連続し照射することができる。【００１８】
水が持つ熱吸収波長帯と類似した吸収波長を持つ物質は、官能基の構造、−ＯＨ伸縮、−ＮＨ伸縮、≡Ｃ−Ｈ伸縮、＝Ｃ−Ｈ伸縮、である。この４つの官能基の構造を持つ物質は吸収波長の領域は狭く、水との吸収波長と一致しているが、波長の密度を上げると−部の波長が透過する。
−Ｃ−Ｈ伸縮、−Ｃ≡Ｎ伸縮、＞Ｃ＝Ｏ伸縮、＞Ｃ＝Ｃ＜伸縮、−ＮＨ２はさみ、環の振動、ベンゼン誘導体、ＣＨ３縮重変角、−ＣＨ２はさみ、−ＣＨ３対象変角、Ｃ−Ｏ伸縮、＞Ｃ＝Ｃ−Ｈ面外変角、Ｃ−Ｈ面外変角、Ｃ−Ｃｌ伸縮、の熱吸収波長帯は３．０μｍ〜２０μｍの範囲である。水を冷媒として化学合成、反応に利用できる。
化学反応、化学合成においても同じである。水が使用できない波長の領域を有する物質では、窒素ガス、アルゴンガスを温度の制御に利用すると波長の吸収を妨げない。【００１９】
マイクロ波の波長を赤外線、遠赤外線の波長に転換し、輻射する陶磁器の容器の内部に赤外線、遠赤外線の放射を透過するパイレックスガラス又は石英ガラス等で作られた容器を入れ、容器と陶磁器の空間を水又は、窒素ガス、アルゴンガス、によって、循環し、陶磁器の内面から放射される熱エネルギーを吸収させ、外部に放射し、波長だけを透過させて、石英ガラスの内部に生成組成を入れ、アミノ酸類、ペプチド、タンパク質の生成を行う。石英ガラスは２層にして、その２層の空間を真空にすると熱伝達が悪くなり、石英ガラスの温度がコントロールし易くなる。
石英ガラス内部で最適反応温度で、有機物、アミノ酸、ペプチドを合成することができる。ペプチドを固相合成するためには、固相樹脂に結合された保護第一アミノ酸を、マイクロ波から波長が転換された赤外線、遠赤外線を照射する石英ガラス内において、脱保護性溶液と混合しながら、混合アミノ酸及び溶液に赤外線、遠赤外線を照射することにより、保護結合アミノ酸を脱保護する工程と、次いで第二アミノ酸及び活性化溶液を同一石英ガラス内に添加しながら、赤外線、遠赤外線を照射することによって第二アミノ酸を活性化させる。同一石英ガラス内で赤外線、遠赤外線を照射しながら、第一アミノ酸と第二アミノ酸をカップリングさせる工程、そして結合されたペプチドを同一石英ガラス内において、切断性組成物と混合しながら、組成物に赤外線、遠赤外線を高密度で照射することによって、結合ペプチドは、固相樹脂から切断し、ペプチドを合成する工程がある。
それぞれの工程において、アミノ酸とペプチドの合成反応は４０℃の最適温度を維持するために、水や窒素ガス、アルゴンガスを石英ガラスの内又は外部に循環させ、連続的に冷却し、各工程を連続的に行い、短時間でペプチドを合成することができる。【００２０】
α−アミノ酸からペプチドを合成する場合のカップリングの試薬はカルボジイミド系試薬、ホスホニウム系試薬、ＢＯＰ、ＨＢＴＵ，ＴＢＴＵ，ＨＣＴＵ，ＴＣＴＵ，ＨＯＢｔＨｏｏＢｔ，系試薬を使用しながら、本装置によって、温度をコントロールしながら、赤外線、遠赤外線によって反応を活性化させ、ペプチドを合成する。また通常のα−アミノ酸以外の異常アミノ酸からペプチドを合成する場合のカップリングの試薬はＤＭＡＰ、ＨＯＡｔ、ＨＡＴＵ、ＰｙＢｏｐ、ＣＩＰ，ＴＦＦＨ、系試薬を使用しながら本装ペプチドを本置によって温度をコントロールしながら、赤外線、遠赤外線によって反応を活性化させ、ペプチドを合成する。他に使用できる試薬としてはウロニウム活性剤、ＰｙＡＯｐ系試薬がある。【００２１】
マイクロ波によって、有機化合物、アミノ酸、ペプチド、タンパク質を合成する場合、そのエネルギーは分子回転のエネルギーである。
有機化合物、アミノ酸、ペプチド、タンパク質を赤外線、遠赤外線で加熱し、合成する場合、そのエネルギー効果は分子の振動エネルギーによる共鳴の効果であり、そのエネルギー効率は分子回転のエネルギーよりも大きい。有機物質の赤外線、遠赤外線の最適吸収波長は２．５μｍ〜２０μｍであり、最適吸収波数は５００−４０００波数／ｃｍである。有機化合物の赤外吸収の例を示すと、カルボニル赤外性伸縮振動数の赤外吸収波数は表１のようになる。
【表１】
2007052778.tif 000003
赤外線、遠赤外線を有機物質に照射し合成、分解する化学反応を起こすには、表−１の吸収波数すなわち、赤外線、遠赤外線の吸収波長の近い場所の分子同士が分子振動のエネルギーによる共鳴現象によって活性化し、分子が解離し化学反応がおき、有機物質が合成される。【００２２】
固体物質の加熱は、格子振動によって、温度が上昇し、加熱される。固体の格子振動の励起の周波数は固体分子の振動のエネルギーの周波数と同じ、０．１μｍ〜６．５μｍの波長領域である高温下の窒素ガス、アルゴンガス雰囲気中で０．１μｍ〜６．５μｍの波長の密度を上げ、固体物質に照射すると格子振動の励起から温度が上昇し、熱伝導がおこり、固体物質が溶融しその後に蒸発し、ナノ粒子、薄膜、金属結晶が合成することができる。【００２３】
野菜、果物を始め農産物などのアミノ酸類は可視光線が励起し生成されるとされてきた。食品の全てにアミノ酸は含有しているが、最近では、全ての農産物が味覚低下を指摘されている。アミノ酸総量の含有量が低下している。アミノ酸類の熱吸収波長帯を調べると２０種類のアミノ酸は２．５μｍ〜２０μｍが熱吸収波長帯であった。これまで調理加熱は単にガスや電気で加熱しているだけであり、素材の熱吸収波長帯の密度を上げて加熱されていない。本出願人によって申請している特願２００５−７１８８５及び特願２００５−１８５６７３の陶磁器によって、２分〜５分間食品加熱すると全てが美味しくなった。その原因を調べるために、アミノ酸総量を分析し、比較してみると約１５〜５０％近く増加
していた。
炊飯においても、含水率の高い炊飯効果があり、熱吸収波長帯に同一波長帯の密度を上げて照射するとアミノ酸類の増加、味覚の改善、調理時間の短縮が確認された。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
タンパク質、ペプチドの生成を連続的に行うには、低温管理が維持できる状態で、アミノ酸組成をどのように結合させていくかが課題となっていた。アミノ酸、組成の分子には熱吸収波長帯があり、組成の結合は、熱吸収波長帯に高密度で波長を照射すると生成が促進されることを突き止めた。この時の波長の領域は、２．５μｍ〜２０μｍであることが解った。
この波長の領域の密度を上げて連続的に簡便に照射する方法は、マイクロ波の波長を磁性体に吸収させ、熱放射させると可能であり、温度の制御と磁性素材の選択から最適波長を選択でき、波長の密度は、マイクロ波の出力と磁性体が持つ元素のスピンによって調整できる。マイクロ波の波長転換に陶磁器を選び、容器の蓋容器の内部に磁性体を粉体にして厚さ平均２０ミクロンで燒結し利用した。
陶磁器製の容器は内部全面と蓋全面に、Ｍｎフェライト、Ｍｎ−Ｚｎフェライトの２種類の磁性体を層状に塗布し、それぞれ燒結した。磁性体のキュリー温度は２００℃を選択した。黒体輻射の原理から波長の領域の頂点が２．５μｍ〜２０μｍピークになり温度管理がし易い素材から選択した。
マイクロ波を照射には、電子レンジを利用した。マイクロ波を磁性体に照射することによって磁性体とマイクロ波の共鳴によって、マイクロ波のエネルギーは増幅され、赤外線、遠赤外線を輻射する。Ｍｎフェライトは黒色で、容器全体に、黒体輻射の状態で放射する。ＭｎフェライトやＭｎ−Ｚｎフェライトのキュリー温度によって、放射する温度の制御が可能である。
電子レンジは１ｋｗのマグネトロンからマイクロ波の出力調整ができる機能がある。
出力の調整によって、波長の密度が変化する。
陶磁器、鍋の構造、フライパンの構造、深い鍋の構造、コップ、円筒形の構造でそれぞれ蓋を付けた形状にし用途に合わせて製作した。【００２５】
陶磁器は食品の調理、加工、炊飯などは、磁性体はマンガンフェライト、キュリー温度２００℃を陶磁器の蓋と器に燒結し、大きな器の形状で電子レンジの中に入る大きさで、仕上げ加熱した。出力０．７ｋｗで調整し、野菜をスライスに切って、２分間加熱した時の野菜のアミノ酸組成の増加は、表−２に示す。豚肉、オートミール、魚のはものすり身を５分間加熱したときのアミノ酸組成の増加は表−３に示す。
野菜の重量は２００ｇ、総アミノ酸量は約３０％増加しており、豚肉、オートミール、魚肉の重量は３５０ｇ、総アミノ酸量は約１５％増加している。
このときの加熱温度は、野菜は７０℃、豚肉、オートミール、魚肉の温度は７５℃であった。加熱によるアミノ酸量の減少は見られず、熱吸収波長帯の照射によってアミノ酸量が増加しており熱吸収波長照射の効果が確認できた。
食感は全ての品目で味の変化が見られ美味しくなっている。
アスパラガスは加熱後１週間５℃の低温管理では全く食感、色の変化は見られなかった。豚肉、オートミール、魚肉も１週間５℃の低温保存後の味覚変化、色の変化は見られなかった。【００２６】
ペプチドの固相合成を行うために、マイクロ波を利用し陶磁器の内部に燒結する磁性体はマンガンフェライト、キュリー温度２００℃を選択した。陶磁器の構造は円筒形で蓋と容器の内部磁性体を燒結した。内部の容量は８００ｃｃ、電子レンジは１ｋｗを利用し、出力の調整によって、波長密度が調整できる。
０．７ｋｗを利用したときに、内部の温度の上昇は外気温度２０℃のときに、３０秒間で、７０℃、磁性体の燒結している陶磁器の内面は１６０℃に上昇していた。
容器の蓋と側部にガスを充填する穴を各１ヶ所ずつ空け、赤外線、遠赤外線を吸収しない、窒素ガス及びアルゴンガスや水を循環し、電子レンジの外部から冷却されたガスや水が陶磁器の容器内を冷却できる構造にした。陶磁器の内部に別に石英ガラスの２重構造の３つ口三角フラスコ、２００ｃｃを入れ、アミノ酸類がそれぞれ挿入できるシリコンの管を複数に取り付けた。三角フラスコが直接陶磁器に接しないように底は石英ウールで固定した。三角フラスコの内部温度を計測するために一つの穴には、熱伝対温度計を設置した。陶磁器の内部を水や窒素ガス、アルゴンガスが入り、循環し、電子レンジの外に循環できるできるようにし、その管はシリコンの管を利用した。
アミノ酸類を挿入するシリコンの管、温度計は、電子レンジの外部からアミノ酸類が挿入が出来る構造にし、温度も電子レンジの外から観察できる構造にした。
石英ガラスの三角フラスコは２重構造にし、内部を真空層によって熱伝導を遮断した。フラスコの内部の温度を制御しながら、ペプチドの固相結合の状態を確認した。
冷却に水を利用したとき、水の量は４００ｃｃを入れ３分で７０℃に達し、冷却は２００ｃｃ／２分間で循環し、５０℃の温度が維持できた。
窒素ガスは、挿入温度０℃の場合０．１モル、１気圧、２．２４Ｌのガスを注入し、冷却のため、２．５６Ｌ／分で循環し、４０℃の温度を維持した。アルゴンガスも同様に０．１モル、１気圧、２．２４Ｌのガスを注入し冷却のため２．５６Ｌ／分で循環し４０℃の温度を維持した。水と窒素ガスの充填が切り換えられるように、２つの切り替え弁を取り付けた。
同一電子レンジを利用し、同一陶磁器の内部に同一構造の三角フラスコを入れ、波長の領域２．５μｍ〜２０μｍ波長の密度を１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に上げて温度を制御し化学合成、化学反応と波長の密度の影響を確認した。【００２７】
ナノ粒子、薄膜、金属結晶、において、組成分子が持つ熱吸収波長帯は０．１μｍ〜６．５μｍである。ナノ粒子、薄膜の生成に利用されている赤外線レーザーも類似した波長を照射されている。レーザー放射は、他に素材加熱処理も行われ施設費用が高価になっている。
マイクロ波の波長を直接利用し、ナノ粒子、薄膜の生成もされているが、マイクロ波の波長と組成の吸収波長には違いがあり、生成が安定しない。
マイクロ波の波長をナノ粒子、薄膜、金属結晶が吸収する熱吸収波長に転換し、輻射させるには、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、マグネタイトに吸収させ、熱放射すると波長のピークが０．１μｍ〜６．５μｍの領域になる波長転換をする。波長の密度をあげるには、マイクロ波の出力を上げる方法と、酸化アルミニウムに磁性体を配合し混合するし燒結すると波長の密度が高くなる。酸化アルミニウムでは、マンガン、ニッケル、ユーロピウム、クロム、ネオジウム、チタン、バナジウム、鉄、コバルトの配合によって可能になる。
ナノ粒子、薄膜、金属結晶の生成では、電子レンジの出力１ｋｗを利用し、出力の調整機能が付いている機種を選択した。
電子レンジの中いれる陶磁器は、陶磁器の内面全体に、酸化アルミニウムにコバルトを配合し、約２０ミクロンの厚さで燒結している。陶磁器の構造は容量８００ｃｃの円筒形にし、蓋と容器の内部に燒結した。陶磁器には蓋の部分に温度計、ガス挿入、排気などの穴を設け、陶磁器の内部に石英ガラスの３つ口三角フラスコを入れ、三角フラスコと陶磁器の空間に窒素ガス、アルゴンガスが循環できる構造にした。
三角フラスコの内部に基板を上下に２枚入れ、２枚の基板の間を一定の間隔におき、それぞれの基板の上面と下面に磁石を付け、上面の磁石にはアルミニウムで被い、下面の基板の上にナノ粒子、薄膜、金属結晶を作るターゲットをおいた。
上面の基板の内側にナノ粒子、薄膜、金属結晶が生成される構造である。
電子レンジのマイクロ波の波長は、陶磁器の内側に燒結している酸化アルミニウムとコバルトを配合し混合した燒結層によって波長のピークが０．１μｍ〜６．５μｍの波長に転換し陶磁器の内部に輻射する。
波長の密度はマイクロ波の出力によって調整でき、１ｋｗで照射すると１８０秒で陶磁器の内部の温度は１６００℃に上昇した。ナノ粒子、薄膜は５００℃〜８００℃が生成最適温度であり、出力の調整と三角フラスコの空間を低温の窒素ガスを循環させ冷却すると安定した温度のなかで波長の密度を上げて波長の照射が出来る。ナノ粒子、薄膜、金属結晶のなかで酸素、炭素が混入すると品質が安定しない、三角フラスコの内部にもアルゴンガスを循環させると磁石の空間とターゲット間でプラズマ現象が発生し、ナノ粒子、薄膜、金属結晶の効果的な生成が得られる。他にマグネタイト、炭化ケイ素を燒結素材としても同様の効果がある。【００２８】
マイクロ波の波長を転換したときに、マイクロ波の分子回転によるエネルギーと分子の振動によるエネルギーを対比すると、分子の振動によるエネルギーが大きくなる。
マイクロ波による有機物質を化学合成、分解する装置は既に存在するが、マイクロ波による分子の加熱は、分子回転のエネルギーである。赤外線、遠赤外線の波長の領域では分子加熱のエネルギーは分子振動のエネルギーであり、分子振動のエネルギーの共鳴によって分子が解離し、化学反応、化学合成、化学分解の反応が起こる。また分子振動のエネルギーは固体の温度が上昇する格子振動のエネルギーとも一致する。
マイクロ波から陶磁器内の磁性元素を添加した酸化アルミニウム、炭化ケイ素、マグネタイトによって波長を転換した０．１μｍ〜６．５μｍの電磁波が窒素ガス、アルゴンガス雰囲気中に格子振動のエネルギーによって、電磁波加熱し、固体の熱伝導によって、溶解し蒸散させ、ナノ粒子、薄膜、金属結晶を合成する。マイクロ波によってナノ粒子、薄膜、金属結晶を合成する技術は存在するがマイクロ波照射による合成は分子回転のエネルギーであり、学術的な解明には至っていない。
素材元素や分子の熱吸収波長帯、０．１μｍ〜６．５μｍの波長を連続して照射すると固体の格子の振動励起によって合成する。
マイクロ波の波長と赤外線、遠赤外線の波長とのエネルギーの違いは、以下の方程式によって説明できる。
量子力学的にマイクロ波領域の２原子分子の回転のエネルギーは数式−１となる。
【数１】
2007052778.tif 000004
Ｅｒｏｔ；２原子分子の回転のエネルギー、Ｉ；２原子分子の慣性モーメント、ｋ；回転の量子数、ｈ；プランク定数
量子力学的に赤外線、遠赤外線領域の２原子分子の振動のエネルギーは数式−２となる。
【数２】
2007052778.tif 000005
Ｅｖｉｂ；２原子分子の振動のエネルギー、ｎ；振動の量子数、ｈ；プランク定数
ω；２原子分子の振動の周波数
マイクロ波の分子回転のエネルギーと赤外線、遠赤外線による分子振動のエネルギーの２原子分子の基底エネルギーを比較するため、数式−１を数式−２で割ると、数式−３となる。
【数３】
2007052778.tif 000006
数式−２は数式−１の値の７９倍の値を示し、赤外線、遠赤外線領域の振動のエネルギーはマイクロ波領域の回転のエネルギーよりも７９倍大きく、エネルギー効率が高い、マイクロ波帯の分子回転のエネルギーよりも、赤外線、遠赤外線帯の分子振動のエネルギーの方が加熱のエネルギー効率は高い。化学反応において、分子間の遷移と活性化は、分子間の並進のエネルギー、回転のエネルギー、振動のエネルギーによっておこる。多原子分子であるほど、振動のエネルギーの化学反応への効果は大きく、有機化合物、アミノ酸、ペプチド、タンパク質の赤外線、遠赤外線による分子の振動のエネルギーによる化学合成の効果は高い。
無機材料、半導体、薄膜、ナノ粒子、金属結晶などの固体を形成する分子の格子振動のエネルギーは０．１μｍ〜６．５μｍの波長の領域である。磁性材料、マグネタイトや磁性材料を添加した酸化アルミニウムによってマイクロ波を０．１μｍ〜６．５μｍの波長に変換して、照射すると固体の格子振動の周波数と一致することから、高温下のナノ粒子、薄膜、金属結晶の合成は０．１μｍ〜６．５μｍの波長による固体の分子の格子振動によって合成され、通常の融点より低い温度で効果が見られ、窒素ガス、アルゴンガスによって温度を下げた雰囲気中で合成することができる、
【発明の効果】
【００２９】
電子レンジを利用しその中に入れる陶磁器を各種製作し実際の実験に利用した。
陶磁器の直径２１ｃｍ、１８００ｃｃの鍋、直径１７ｃｍ、７５０ｃｃの鍋、及び図−１、図−２の円筒形の陶磁器を作成した。陶磁器の内部は磁性体マンガンフェライト、マンガン亜鉛フェライトを選択し、それぞれの特性を調べる目的で２種類を燒結した。キュリー温度２００℃を平均１０ミクロンの粉体にして、厚さ平均２０ミクロンで燒結した。円筒形の陶磁器は一つはマンガンフェライトをもう一つの円筒形の陶磁器は、酸化アルミニウム、コバルトを配合比率９７：３の比率で配合し、粉体の粒子１０ミクロン、厚さ２０ミクロンで燒結した。
図−１はペプチド及びタンパク質の生成、合成、有機合成、有機反応を目的に、図−２は、ナノ粒子、薄膜、金属結晶を目的に作成した。
鍋類は食品の加熱を目的に製作した。
アミノ酸、ペプチド、タンパク質の生成及び合成を目的に図−１の陶磁器を燒結し、装置を作った。
陶磁器の蓋、容器の内面に、図の３の磁性体は、キュリー温度２００℃のマンガンフェライト及びマンガン亜鉛フェライトを１０ミクロンの粒子にし、厚さ２０ミクロンで燒結した。陶磁器は蓋と容器に分かれており、容器内の密閉度を高めるために蓋に溝を作り、燒結した。溝をシリコンでコーティングによって密閉度を上げることができる。この陶磁器は電子レンジによって加熱すると磁性体が熱放射し、３０秒後、磁性体は２００℃に上昇した。その時の波長は２．５μｍ〜２０μｍの領域が最大波長の領域である。波長の密度は１０−２ｗ／ｃｍ２．μｍ以上を放射している。波長の領域の測定は放射率測定法によって確認した。
陶磁器の内部には、図の４の２重構造になった３つ口の三角フラスコを入れ、口にはそれぞれ、コック栓を付け水蒸気、ガスの混入を防止した。２重構造では内部に真空層、図の５を作り、断熱効果を上げた。
陶磁器の蓋には、温度センサーの開口部、ガス循環の開口部、アミノ酸類が挿入できる開口部を付け、三角フラスコの内部と電子レンジの外部から温度の計測、ガスの循環、アミノ酸類の挿入できる構造にした。
容器には水の注入、図の１及び排出の開口部、図の６を付け、シリコンチュウブで固定し調整弁２によって、図の１５の三角フラスコの外部と陶磁器の内部の水の循環させ、電子レンジの外部に取り出し新たな水を循環し、温度の制御バランスを取った。他に窒素ガス、アルゴンガスと水を切り換えて挿入するために切り換え弁を２に装置した。ガス循環では循環量が多くなり、蓋にもガス排気口７を設定した。
ペプチドの生成は、三角フラスコの内部が波長照射時に４０℃以下を保つ必要があり、図の９の熱電対の温度計によって観察した。陶磁器の内部に水の水温２０℃と窒素ガス０℃の時に電子レンジの０．２ｋｗ、０．３ｋｗ、０．５ｋｗ、０．７ｋｗ、１ｋｗの出力時の時間と温度の上昇から循環量を計測した。
熱吸収波長帯の密度によってペプチド生成の時間は短縮され、波長の密度は出力が大きいほど大きくなる。出力が大きくなると冷却に必要な水やガスの循環量が増加する。
ペプチドの生成では、アミノ酸のカルボキシル基と他のアミノ酸との結合させ２つのアミノ酸が結合して小さなタンパク質となる。複数のアミノ酸が結合し、アミノ酸のペプチド鎖の工程をつくる。アミノ酸結合は、従来、活性エステル、酸ハロゲン化物、及びウレタン保護Ｎ−カルボキシ無水物などの試薬が使われている。マイクロ波を利用したペプチド合成は、脱保護、活性化及びカップリングにマイクロ波のエネルギーを利用している。このときのエネルギーは分子の回転エネルギーである。そのために高温になり、冷却が必要となっている。ペプチド合成ではアミノ酸類が持つ熱吸収波長帯２．５μｍ〜２０μｍ領域を４０℃の温度を保ち、波長の密度を１０−２Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に上げていくと、脱保護、活性化及びカップリングは促進され連続して行うことが出来る。
主なアミノ酸は２０種類あり、その連鎖を作るには、アミノ酸を点滴的に挿入する必要があり、複数の挿入口を作った。図の１１，１４挿入ホースはシリコンホースを利用し、それぞれにコックを取り付け挿入量を調整した。
第一アミノ酸に第二のアミノ酸をカップリングする時間は６０秒から１８０秒で可能になった。吸収波長帯を連続して照射し４０℃以下の温度保ち波長の密度を上げるとカップリングは促進し生成する。
ナノ粒子、薄膜、金属結晶を対象にして図−２の陶磁器と装置を作成した。
陶磁器は蓋と容器に分かれ、内部内側に、図の１０に酸化アルミニウムとコバルトを配合し、その配合比率は酸化アルミニウム９７に対してコバルト３の割合で平均粒子１０ミクロン、平均の厚さ２０ミクロンで燒結した。
ナノ粒子、薄膜、金属結晶の最適温度は５００℃〜１、２００℃とされている。しかし、微細な構造であるナノ粒子や薄膜の実体の温度の測定はできない。多くの場合は雰囲気温度を測定されて、その温度が提示されている。レーザー光やマイクロ波によるナノ粒子、薄膜、金属結晶は、素材が持つ熱吸収波長帯を選定し最適波長を照射されていない。レーザー光を利用する以外も単に高温にして生成や合成している。素材が持つ熱吸収波長帯を放射の最適温度として熱を照射されていない。
無機物質の多くの熱吸収波長帯は０．１μｍ〜６．５μｍの範囲であり、銀の熱吸収波長帯は、０．２２μｍ〜０．３２μｍ、金は、０．１５μｍ〜０．４５μｍ、銅は、０．２４μｍ〜０．５５μｍである。無機物が持つ熱吸収波長帯のピークは、０．１５μｍ〜２．０μｍの領域であり、素材が持つ、熱吸収波長帯に波長を照射すると分子振動によって加熱される、波長の密度が１０−１Ｗ／ｃｍ２．μｍ以上に上げると分子振動から共鳴現象が見られ、共鳴現象から、格子振動吸収のエネルギー、励起子吸収エネルギー、プラズモン共鳴による吸収のエネルギー等が生じ熱吸収効率が高くなる。酸化アルミニウムとコバルトなどの磁性を有する素材を配合し、燒結すると短時間に高温になる。
電子レンジの中に入れて出力１ｋｗでは、３分間で１６００℃になり、０．５ｋｗでは６分３０秒で１６００℃になる。このときに放射される波長の領域のピークは０．５μｍ〜１μｍになり、熱吸収の理想的な領域を示す。温度を制御し、５００℃〜７００℃を維持しながら波長の密度を高めるために、図の９の三角フラスコと陶磁器の容器の内部に窒素ガスを−４０℃で、図の１から注入し、図の１９に中に循環し酸化アルミニウムから放射する熱を吸収し高温になり、ガスは図の１２、１７から排気し、電子レンジの外部に放出し新たな低温のガスを循環させる。生成に最適な温度と波長だけが三角フラスコの内部、図の２０に放射される。容器の圧力と温度のバランスの調整に図の２の調整弁によって流量、ガス圧をコントロールした。三角フラスコの内部には図の４，５の基板をおき、基板の上下に、図の６，７の磁石を設置する。図の７の磁石は、アルミニウムで被い、磁場の吸収と反射を磁石、６との間で繰り返し波長の密度を上げる。磁石は陶磁器全体の内部に放射されている電磁波を吸収し集まり、上下の磁石から磁場のエネルギーが大きくなる。下の基板、５の上に素材のターゲット図の８をおき、基板、４の下にナノ粒子、薄膜、金属結晶が生成させる。三角フラスコの内部は、図２０の中にアルゴンガス注入口、図の１５から挿入し、排水口１４を経由し電子レンジの外部に取り出し新たにガスを循環させる。アルゴンガスは温度の調節と他の気体、酸素、炭素の混入を阻止する役割を持ち、プラズマ効果を高める。図１６のガス注入口は、薄膜生成において、インジウム窒素、ガリウム窒素、インジウムガリウム窒素を生成するときに、アンモニアガスを注入する時、アルゴンガスのコックを止めガス排出口１４からアルゴンガスをを抜きながらアンモニアガスを注入し操作する。
アンモニアガスが吸収する熱吸収波長帯は２．５μｍ〜１０μｍの領域であり、薄膜生成の波長の領域とはことなり、電子レンジの出力を下げて、酸化アルミニウムから放射する温度を下げて熱放射しなければ、分解効率が悪く不純物を作る。その最適温度と波長の領域から酸化アルミニウムの熱放射の最適温度は、１００℃〜５００℃の範囲である。【００３０】
マイクロ波を用いた有機化学合成、分解は、環境汚染物質の分解、水素の発生、有機化合物の合成に使用されている。マイクロ波を用いた有機化学合成や反応は主に分子回転のエネルギーを中心に反応を活性化させている。有機物質の最適波長ではない。化学反応や合成にマイクロ波を照射すると均一に波長が照射されずに、成分内容によって部分的に集中し照射されることが多く、少量では成功するが、量が多くなると不均一な温度上昇を示す例が多く、工業化が進んでいない。マイクロ波を磁性体によって赤外線、遠赤外線の波長に転換し、波長の密度を上げ、有機化学合成、反応、分解を行うと、赤外線、遠赤外線の波長は分子振動によって熱エネルギーが浸透する。有機物質の吸収の波長と整合させると、物質に均一な波長の振動の熱エネルギーとして伝わる。この波長の密度を上げ、有機反応を活性化させると、分子振動のエネルギーが共鳴し、効率の高い有機合成、反応、分解ができる。【００３１】
マイクロ波を利用した化学反応によって有機合成、分析前処理、廃棄物分解などへの応用がなされている。クロロフェノールからマイクロ波反応によってフェノールが得られる、またトリクロロベンゼンの脱塩素化として、ジクロロベンゼンやモノクロロベンゼンが発生する。ジクロロベンゼン、モノクロロベンゼンは沸点が低く、反応温度は、８０℃以下でコントロールしなければならない。マイクロ波を直接照射したとき分子と分子の回転によって短時間に高温に上昇し、安定した反応が得られない。
クロロフェノール、ジクロロベンゼン、モノクロロベンゼンなどの熱吸収波長帯は、３．５μｍ〜１０μｍである。
本装置において、マイクロ波を磁性材料で転換し、赤外線、遠赤外線の波長の領域を３．５μｍ〜１０．５μｍの有機化合物の最適波長を照射すると低温を維持し短時間に反応、又は合成、分解できる。温度の制御は、冷却水によって行うと波長の３．５μｍ〜１０μｍの領域では吸収率が少なく、熱を水が吸収し波長だけが放射され、最適温度をコントロールできる。
図−１の陶磁器８を電子レンジに入れマイクロ波で加熱する。４の二重三角フラスコを使用しその中で窒素ガス雰囲気中で化学反応を行った。温度は８０℃以下にコントロールするため１の注入口から冷却水を注入し、９の温度センサーによって温度を計測した。マイクロ波によって陶磁器８を加熱すると、磁性体３によって、２．５μｍ〜２０μｍの赤外線、遠赤外線の波長に転換され、陶磁器内部１５に水を循環させ、水が吸収する波長２．５μｍ〜３．５μｍの波長を吸収させ、４の二重三角フラスコ内で、３．５μｍ〜１０μｍの波長を放射させるとクロロフェノールはフェノールに６０秒〜１８０秒で転換された。トリクロロベンゼンは同様の方法で脱塩素化され、その場でベンゼンに転換された。【００３２】
窒素ガス雰囲気中でマイクロ波で無溶媒で酸無水物とアミンからの無溶媒アミド合成、芳香続アルデヒドからのニトリルを経るトリアゾールは短時間に合成できるが、温度コントロールが難しく、安定した反応が得られない。
アミン、芳香族アルデヒドが持つ吸収波長は水が持つ吸収波長と類似している。冷却には水が利用できない。
図−１の装置を利用し、二重石英フラスコ４の中にアミン、芳香族アルデヒドを入れ、石英フラスコの内部に窒素ガスを充填し、１の注入口からも窒素ガス０℃で設定し循環し、陶磁器の内部１５の温度を８０℃以下で温度をコントロールしながら電子レンジによってマイクロ波加熱すると、磁性体３によって、２．５μｍ〜２０μｍの赤外線、遠赤外線の波長に転換され、陶磁器内部１５の窒素ガスはこの領域の波長は吸収せずに４の二重フラスコ内で放射され、二重石英フラスコ４の中で窒素ガス雰囲気中、無溶媒アミド合成、トリアゾールの合成はその場で安定した反応が得られた。【００３３】
本発明の陶磁器の容器で食品の加熱効果を調べた。
本発明の容器を電子レンジに入れ加熱したときと普通のセラミック製の皿を用いて電子レンジのマイクロ波でタマネギとアスパラガスを０．７ｋｗの電子レンジによって２分間加熱し、アミノ酸組成の量と総量を比較した。
【表２】
2007052778.tif 000007
2007052778.tif 000008
加熱時間は２分間、サンプルは北海道産のタマネギ、アスパラガスである。
＊は必須アミノ酸である。
タマネギ、アスパラガスの総アミノ酸含有量が３０％以上増加することが解る。食品が持つ熱吸収波長帯の密度を上げ加熱するとアミノ酸類の組成成分が変化し、味覚、健康共に効果を上げることが示された。
野菜以外の豚肉、オートミール、魚のはものすり身を各３００ｇを０．７ｋｗの電子レンジの中に入れ加熱後のアミノ酸組成とその総量を比較してみた。
【表３】
2007052778.tif 000009
これらの分析はアミノ酸アナライザーによって行った。
豚肉、オートミール、はもは、野菜ほど大きな差ではないがアミノ酸総量で平均して１５％の違いがある。この結果、その他の野菜類、果物類、牛、豚、鶏の精肉加工における熱処理、穀類、雑穀の加工における熱処理、大豆加工品、発酵食品、酒類における熱処理のために赤外線、遠赤外線の波長の密度を上げて照射するとアミノ酸の総量が増加し味覚をあげる。青果物の熱処理において、酵素が活性化することによる変色は赤外線も遠赤外線の波長密度を上げて照射することによって酵素が失活するため防止することができる。食品の食中毒の原因となる大腸菌、黄色ブドウ球菌は赤外線、遠赤外線の波長の密度を上げで照射すると通常の伝導加熱による殺菌よりも劇的に生存率が低下し、食品の殺菌効果が劇的に向上した。食品中で二級アミンは胃内の酸性下で発癌物質であるニトロアミンとなりまた亜硝酸も発癌物質であるが、波長密度を上げた赤外線、遠赤外線を照射することによってニトロアミンと亜硝酸の生成が抑制される効果があった。【００３４】
マイクロサイズからナノサイズの薄膜、微粒子、金属結晶を合成する場合、格子振動の励起の周波数に一致する０．１μｍ〜６．５μｍの波長の密度を上げで照射するとマイクロサイズからナノサイズの微粒子、薄膜、または磁性薄膜、磁性粒子、磁性結晶において、スピンの共鳴によって効果的に合成が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
マイクロ波の波長転換し熱効率を上げる方法は、施設コストが安く、取り扱いが簡単であり、作業の簡素化が可能である。熱効果はこれまでの加熱方法よりも高い。
食品加工では加熱加工は多く、加熱に利用される熱効率は大変悪い。マイクロ波を波長転換子加熱する方法は、熱効率が高く、早い調理ができ、その上に加熱するだけでアミノ酸総量が増加し、美味しくなる。健康と環境に寄与する調理加工の方法である。
医薬品業界、健康食品、化粧品業界はペプチド及びタンパク質の低価格の合成と安全性が課題となっている。低温度の環境でペプチドが連続し、合成された例はなく、医薬品、化粧品の大きな功績が期待できる。
ナノ粒子、薄膜、金属結晶は多分野で用途が広がり、素子の開発、デバイス、太陽電池、水素発生など、環境に関する機器開発では欠かせない。
これまで加熱は単に火や熱を加える作業であったが、始めて熱の質の重要性を示すことが出来た。このことは熱エネルギーを利用している産業全てにエネルギーの無駄を大幅に改善する要素に結びつく。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
図−１
ペプチド、タンパク質生成装置
電子レンジの中に入れ、マイクロ波の波長を赤外線、遠赤外線の波長に転換する陶磁器
陶磁器の内面に磁性体を燒結し、熱転換を行う。
陶磁器の外部からマイクロ波が照射される。
三口三角フラスコを陶磁器の内部に入れ、三角フラスコと陶磁器の内部に水や窒素ガス、アルゴンガスを入れ循環し温度の制御を行う。
三角フラスコの内部にはアミノ酸類を結合連鎖しタンパク質を作る。
陶磁器の外部からマイクロ波が照射される。
図−２
ナノ粒子、薄膜、金属結晶の生成装置
電子レンジの内部に入れ、マイクロ波の波長を近赤外線、赤外線の波長に転換する陶磁器
当時の内面に酸化アルミニウム、コバルトを燒結し熱転換を行う。
陶磁器の外部からマイクロ波が照射される。
三角フラスコと陶磁器の空間に窒素ガスを入れ温度の制御を行う。
三角フラスコの内部にはアルゴンガスを入れる。三角フラスコの中に基板、磁石、ターゲットを入れる。
【図１】
2007052778.tif 000010
【図２】
2007052778.tif 000011
【国際調査報告】
2007052778.tif 000012
2007052778.tif 000013
2007052778.tif 000014
2007052778.tif 000015
2007052778.tif 000016
2007052778.tif 000017
2007052778.tif 000018
2007052778.tif 000019