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システムデザイン学部 电気电子工学科
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さまざまな物质を検出する诱电泳动
物质を电気で动かす
液体中の荷电物质が电场のもとで移动する现象を「电気泳动」といいます。タンパク质などの生体分子は通常电荷を帯びているため、こうした现象が确认できます。本来、物质に电荷がない场合は动くことはありませんが、特定の条件で电圧をかけると、マイナスの电子とプラスの核の电荷バランスが崩れて物质が动くことがわかってきました。これは、「诱电泳动」と呼ばれています。10ミクロン程度のごくわずかな空间で行えば、小さな电圧でも电荷を帯びていない物质を动かすことが可能なのです。
微生物検知で食中毒予防
细菌は大きさが1ミクロン程度で、重さもほとんど変わりません。そのためある菌の発生状况を调べるとき、フィルターや远心分离器で种类を分けることはできず、现在はほぼ培养に頼っています。培养は特定の菌が育ちやすい环境を与えることで、菌の存在や状况を调べるものです。例えば食中毒や院内感染のようなケースでは、一刻も早い原因究明が必要となりますが、培养では调べるのに数日间かかり、しかも増殖した次世代の菌しか确认できません。そこで、诱电泳动を使った细菌のモニタリングシステムが开発されました。诱电泳动では、そこにいる菌を瞬时に分けて调べることができます。検査は简単でコストも安いため、実用的な商品が开発されれば、饮食店や家庭でも毎食时の検査も可能となるでしょう。また、口の中の细胞を少し採れば、インフルエンザウイルスも简単に検出できます。
さまざまな问题解决の糸口に
また、环境问题への応用も考えられています。厂顿骋蝉（持続可能な开発目标）で定められた目标の一つに「海の豊かさを守る」があり、特に海洋を汚染するマイクロプラスチックは大きな问题です。诱电泳动は小さなナノ粒子を検出できるので、検査机器を小さな太阳光パネルとともにブイで浮かせることで、マイクロプラスチックの流出状况を简単に调査できます。
このように电気电子工学による一つの技术を、さまざまな分野の问题解决に役立てることができるのです。
医疗や农业に役立つ「プラズマ」の力
物质は叁态だけではない
物质には固体?液体?気体の3つの状态があり、これを物质の叁态と呼びます。しかし、物质の状态はこの3つだけではありません。気体を构成する分子から电子が飞び出して自由に动き回る第4の状态があり、これを「プラズマ」と呼びます。云と大地の间で放电が起きる雷は、高い电圧により电子が放たれたプラズマの状态です。プラズマが大気にぶつかると、大気中の窒素分子や酸素分子が刺激され、光を放ちます。太阳から吹き出す太阳风もプラズマで、これが大気に当たって発光したものがオーロラです。宇宙を构成する物质の99％はプラズマ状态だといわれていますから、物质の叁态が见られる地球は、宇宙の中では特异な环境だといえるのです。
プラズマを医疗に利用
プラズマは人工的にも作ることができ、照明器具に使われる蛍光灯などに利用されています。蛍光灯が光るのは、放电により内部の水银がプラズマ状态になり発光するからです。以前はプラズマをコントロールできるのは真空中だけでしたが、近年では微小空间であったり、ガスを选べば大気圧中でも扱えるようになりました。
そこで、医疗分野でプラズマをがん细胞に照射する治疗が试されています。プラズマ照射は、物の表面を削り取ることができるほか、分子の再结合や杀菌も可能です。刺激により、がん细胞を正常な発育のサイクルに戻すこともできます。现在、がん治疗は外科手术、放射线、薬剤、免疫疗法により行われていますが、それらに次ぐ新たな方法として注目されています。
作物を育てるプラズマ
「雷の多い年は豊作になる」「雷が落ちた场所にキノコがよく育つ」といった言い伝えは日本各地にあります。雷はプラズマなので、雷が落ちることで化学反応が起きる、病気の作物が正常な状态になる、电気の刺激が作物の成长の起点になり収穫量が増えるなどの効果が考えられます。すでに农业分野でもプラズマを取り入れた栽培が行われています。プラズマの研究は、これからもさまざまな分野に生かされていくでしょう。
高校生?受験生の皆さんへのメッセージ
自分が専门にすると决めたことをコツコツと勉强すれば、积み重ねにより力がつくのは间违いありません。しっかりとした実力を身につければ、例えば野球の投手なら年齢に合わせた投球フォームに変えたり、直球胜负から変化球を混ぜた配球にしたりすることができます。
それには、自分の核となる分野をまず极めてみることが大切です。中途半端に何度も変えることは、どっちつかずとなる场合があります。これぞ！という自分の「武器」を手にして、そこからいろいろなことに兴味を広げてください。
梦ナビ编集部监修
