JP2020196012A - 水中でのメラニンの使用 - Google Patents

Abstract

【課題】水の酸性化を減少させ、制御するための方法の提供。【解決手段】水の酸性化を減少させるための方法は、少なくとも１つのメラニン物質を水に接触させ、水、二酸化炭素及び／又は重炭酸塩の間の、グルコースを生成し水のｐＨを上昇させる反応を触媒することを含む。水の所望のｐＨが達成されると、水の酸性化は、少なくとも１つのメラニン物質を水から除去することによって制御される。水の酸性化を減少させ及び制御する該方法は、例えば大気中の二酸化炭素の吸収のような、水中の遊離水素イオンを増加させる天然又は人工的に開始される反応によって酸性化されている海水の処理に特に適している。【選択図】図１

Description

水中でのメラニンの使用。

本発明の実施形態は、水中でのメラニンの使用に関する。そのような使用は、水の酸性
化を減少させ、及び制御するための方法を含む。特に、本発明の一実施形態では、グルコ
ース、スクロース、又は水のｐＨを上昇させ及び水の酸性化を減少させる他の有機化合物
を生成するために、水、二酸化炭素（ＣＯ_２）、及び／又は重炭酸塩の間の反応を触媒す
る目的で、水を少なくとも１つのメラニン物質と接触させることで、水、特に海水の酸性
化を減少させるための方法に関する。別の側面において、本発明は、単にメラニン物質を
水と接触させ続けるか、そこから除去することにより、周囲の状況に基づいて、所望のレ
ベルで水のｐＨを維持することを可能にする。別の側面では、本発明の実施形態は、アミ
ノ酸、及びＣＯ_２、又はグルコース、スクロース若しくは他の有機化合物から生じる複雑
な有機分子の合成に関する。

主に人間の化石燃料の燃焼から発生する大気中のＣＯ_２の上昇は、海水のｐＨの顕著な
低下をもたらしており、一般的に海洋や海水の酸性化と呼ばれる。より具体的には、海洋
の酸性化は、大気中のＣＯ_２ガスが海水によって吸収され、溶解し、最終的に海水のｐＨ
を低下させる一連の化学反応を引き起こすために、発生する。具体的には、大気中のＣＯ
_２が水に溶解させられると、海洋炭酸化学は、次の一連の化学反応よって支配される：

空気−海洋ガス交換は、ＣＯ_２の大気レベルへと表層水のＣＯ_２を平衡化する。水性Ｃ
Ｏ_２ガスは水と反応して炭酸（Ｈ_２ＣＯ_３）を形成し、次いで、水素イオンを失うことに
よって解離して重炭酸イオン（ＨＣＯ_３ ⁻）及び炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２−）を形成するこ
とができる。その結果、大気ＣＯ_２の増加に伴って、水性ＣＯ_２、重炭酸塩、及び水素イ
オン濃度は増加する傾向にあり、その一方でｐＨ及び炭酸イオン濃度が低下する傾向にあ
る。ＣＯ_２の海洋取り込みは、大気中に放出された人為的なＣＯ_２（すなわち、人間の活
動によって生成されたＣＯ_２）のほぼ３分の１を軽減するための原因となり得る。言い換
えれば、大気中のＣＯ_２のレベルの上昇はＣＯ_２の海洋取り込みによって緩和され、フィ
ールドデータによく記載されている現象である。海洋の変化する化学と海洋生態系への海
洋酸性化のプロセスを理解するために、研究者は、ＣＯ_２排出が海洋生態系にどのように
影響するかを３０年以上にわたって研究しており、世界の海洋での海洋酸性化を監視し続
ける。

海洋酸性化は、海水ケミカルスペシエーション並びに多くの元素及び化合物のバイオ−
ジオ化学サイクルを変化させることが見出されている。光合成藻類及び海草は、海洋中の
高いＣＯ_２条件から実際に利益を得ることがあり得る。しかしながら、複数の研究が、海
洋酸性化を海洋生物への脅威として確立する事項であることを明らかにしている。酸性環
境は、カキ、アサリ、ウニ、浅瀬サンゴ、深海サンゴ、及び石灰質プランクトンを含むい
くつかの石灰化種に対して負の影響を有することが示されている。１つのよく知られた影
響は炭酸カルシウム飽和状態を低下させることであり、これは、プランクトンから底生軟
体動物、棘皮動物、及びサンゴに至るまでの様々な殻形成性海洋生物に影響を与える。多
くの石灰化種は、高ＣＯ_２条件下での実験室での実験において、減少した石灰化及び成長
速度を示す。

産業革命が始まって以来、海水面のｐＨは、海洋酸性化を原因として０．１ｐＨ単位だ
け下落しており、これは海水の酸性度で約３０％の増加を表している。将来予測は、大気
中のＣＯ_２排出を抑制するための手段がとられない限り、海洋が加速した効率でＣＯ_２を
吸収し続け、より一層酸性になるであろうことを示している。

これまでのところ、提案された主要な海洋酸性化管理及び緩和活動は、空気と海洋のＣ
Ｏ_２濃度を安定化させるために人為的ＣＯ_２排出量を削減すること、並びに汚染や乱獲削
減などの従来の海洋管理行為を利用して、上昇したＣＯ_２濃度への海洋生物の回復力及び
適応性を最大化することに、焦点が当てられている。しかし、有害なレベル以下での大気
中のＣＯ_２の安定化は、現在のところ達成されていない。また、従来の受動的な管理行為
は、増加しているＣＯ_２レベルの影響に対して効果的になっていない。いくつかの代替的
な物理的、生物学的、化学的、及びハイブリッド保全方法も提案されているが、そのよう
な方法の潜在的な効果、コスト、安全性及び適用規模の評価は、以前として熱心には実施
されていない。

さらに、塩基性炭酸塩又はケイ酸塩鉱物及び誘導体の海水への添加により海水ＣＯ_２酸
性度が中和され得る、様々な方法が提案されている。しかし、そのような化学的方法はサ
ンゴや貝の健康を維持するために塩水水槽で一般的に使用されているのに対し、ローカル
から世界的な海洋酸性化に対処する上での、このようなアプローチの潜在的な安全性及び
コスト有効性が十分に調査されていない。

従って、海洋酸性化、及びその証明された負の影響を抑制するために、海水のｐＨを減
少させ、制御するための、プロセス及びシステムを提供することが望まれるであろう。

また、グルコース又はＣＯ_２から、アミノ酸及び脂質のような有機化合物を生成するこ
とが望ましいであろう。当業者によく知られているように、生物種は、適切な栄養のため
に、アミノ酸、脂質、及び植物や肉から得られ得るその他を含む様々な有機化合物を必要
とする。従来は、このような食用分子を得るためには、種を蒔いて植物を収穫したり、家
畜からこれらの食用有機化合物を得たりすることが必要であり、大きな収穫高、大型動物
農場、作物を保護するための殺虫剤の大量使用、肥料、除草剤など、及び大量の水を必要
とする。

従って、海水のｐＨの減少及び制御に関連したグルコース又はＣＯ_２から、アミノ酸、
脂質などの有機化合物を生成するためのプロセス及びシステムを提供することが望ましい
であろう。

本発明の一実施形態は、水の酸性化を減少させるための方法に関する。この方法は、海
水分子内で起こり、ある程度は海水のｐＨに影響する複雑な化学反応を触媒する目的で、
少なくとも１つのメラニン物質を水と接触させることを一般的に含む。特に、少なくとも
１つのメラニン物質を水と接触させることは、メラニンから発生する自由化学エネルギー
を原因として、水、ＣＯ_２及び／又は重炭酸塩の間の反応を触媒する。このような反応は
、炭水化物と互換性があるグルコース、スクロース、ピルビン酸などの化合物を生成し、
次いで、水のｐＨを上昇させる。別の側面において、本発明は、必要であれば所望のｐＨ
レベルを維持するために、メラニン物質を水体（ｗａｔｅｒ ｂｏｄｙ）に接触させ続け
るか又はそこから除去することで、水域（ｂｏｄｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ）内のｐＨ及びグ
ルコースレベルにおける変化を調節することを可能にする。

水の酸性化を減少させ、制御する方法は、特に、水中での遊離水素イオンを増加させる
、自然に起こる又は人工的に開始された反応によって酸性化されている海水の処理に関す
る。そのような反応の一例は、上記したような、大気中のＣＯ_２の吸収及び結果として生
じる海洋酸性化プロセスである。

本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つのメラニン物質は、少なくとも１
つの不活性物質の構造物に埋め込まれている。本発明の別の好ましい実施形態によれば、
少なくとも１つのメラニン物質は、天然メラニン又は合成メラニンから選択される。

より詳細には、本発明の実施形態は、淡水、海水、さらには下水等の水体のｐＨレベル
を調節するための方法に関する。より具体的には、本発明は、水のみの通過を可能にする
不活性物質上に含浸された、メラニン、その前駆体、誘導体又は類似体を用いて水体の酸
性化を減少させ、若しくはアルカリ化を促進させ、又は酸塩基平衡の中和の方法に関する
。水分子を解離して改質し、光エネルギーを化学的自由エネルギーへと変換するメラニン
の固有の特性は、水の酸塩基平衡において、中性近くへと水ｐＨを修正する変化を生み出
す。それゆえ、処理される水が酸性である場合、メラニン物質との接触は、水のｐＨがア
ルカリ性に向かう傾向を引き起こす。しかし、処理される水がアルカリ性である場合、メ
ラニン物質との接触は、約７．０のより中性なｐＨに水のｐＨが向かう傾向を引き起こす
。メラニンから発生する化学自由エネルギーの種類は、自然界で見られる化学反応を再現
することができるが、これは、今まで、グルコース、又は自発的にはめったに発生しない
であろう他の化合物への、水に溶解したＣＯ_２の転換などを、人工的に再生産することは
できていなかった。メラニンによって発生される自由化学エネルギーは、周囲の環境のエ
ントロピーを低下させ、次に、生命を育む傾向がある。メラニンは、水分子の解離及び改
質と呼ばれる特有の方法で、このエントロピーの低下を引き起こす。

添付の図面と併せて読めば、本発明の以下の詳細な説明と同様に、上述の概要は、より
良く理解されるであろう。本発明を説明する目的のために、現在のところ好ましい実施形
態が図面に示されている。しかしながら、図示される正確な配置及び手段に本発明が限定
されないと理解されるべきである。

図中：

図１は、本発明の一実施形態における、×４０倍の倍率での顕微鏡で見られる、シリカ及びカルシウムのブロックに埋め込まれたメラニン物質の表面外観の写真である； 図２は、本発明の他の実施形態における、×４０倍の倍率での顕微鏡で見られる、シリカ、アルミニウム及びカルシウムのブロックに埋め込まれたメラニン物質の表面外観の写真である；並びに 図３は、本発明の他の実施形態における、あらかじめ水に浸漬された合成繊維布の、異なる試料の写真であり、布に対するメラニン及び水の効果を実証する。

本明細書で言及される全ての特許及び刊行物は、参照によって組み込まれる。別段の定
義がない限り、本明細書で使用される全ての技術及び科学用語は、本発明が属する技術分
野の当業者に一般的に理解されるのと同じ意味を有する。そうでなければ、本明細書で使
用される特定の用語は、本明細書に記載の意味を有する。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形の「ａ」、「ａｎ」及
び「ｔｈｅ」は、そうでないものとして文脈が明確に指示しない限りは、複数の言及を含
むことに留意しなければならない。

本明細書で使用される用語「メラニン物質」は、天然及び合成メラニン、ユーメラニン
、フェオメラニン、ニューロメラニン、ポリヒドロキシインドール、アロメラニン、フミ
ン酸、フレレン（ｆｕｌｅｒｅｎｓ）、グラファイト、ポリインドールキノン、アセチレ
ンブラック、ピロールブラック、インドールブラック、ベンゼンスブラック（ｂｅｎｚｅ
ｎｃｅ ｂｌａｃｋ）、チオフェンブラック、アニリンブラック、水和形態のポリキノン
、セピオメラニン（ｓｅｐｉｏｍｅｌａｎｉｎｓ）、ドーパブラック、ドーパミンブラッ
ク、アドレナリンブラック、カテコールブラック、４−アミンカテコールブラック、単純
な直鎖脂肪族又は芳香族化合物；又はフェノール、アミノフェノール、又はジフェノール
、インドールポリフェノール、キノン、セミキノン若しくはヒドロキノン、Ｌ−チロシン
、Ｌ−ドーパミン、モルホリン、オルト−ベンゾキノン、ジモルホリン、ポルフィリンブ
ラック、プテリンブラック、及びオモクロームブラック等のようなそれらの前駆体を含む
、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、メラニン類似体、及びメラニン変異体を
意味する。

本明細書で使用される用語「不活性物質」は、少なくとも１つのメラニン物質を埋め込
むための材料に関して使用される場合、メラニンと相溶性があるが、メラニンと化学的に
反応しない任意の物質を指す。好ましくは、不活性物質は、水に溶解しない物質である。
不活性物質の例としては、ケイ素、シリカ、カルシウム、アルミニウム、ポリエチレンで
ある。

本明細書で使用される用語「海水」は、水に関して使用される場合、任意の集まり（ｂ
ｏｄｙ）中の水、特に、海又は海洋（ｓｅａ ｏｒ ｏｃｅａｎ）中の、又は海若しくは
海洋に由来する任意の水を指す。海又は海洋は、天然又は人工であってもよい。

本明細書で使用される、用語「酸性化」は、水に関して使用される場合、最終的には水
中の遊離水素イオンの増加（すなわち、ｐＨの低下）をもたらす水の酸塩基平衡の変化を
指す。水中の遊離水素イオンの増加は、水による大気中のＣＯ_２の吸収などの自然に発生
する又は人工的に開始された反応の結果であってもよい。

一実施形態において、本発明は、水の酸塩基平衡の中性を回復し、それによって、その
中に溶解されたＣＯ_２ガス、重炭酸塩及び他の炭酸塩誘導体を含有する水の酸性化を減少
させるための、電気化学システム及び方法に関する。酸性化減少方法は、少なくとも１つ
のメラニン物質をＣＯ_２富化水と接触させることを含む。より具体的には、１つ又は代替
的には複数のメラニン物質が、本発明の方法に利用されてもよい。一実施形態では、水と
メラニン物質との間の接触は、水、ＣＯ_２及び／又は重炭酸塩との間のグルコースなどの
有機化合物を生成する反応を触媒し、これは水のｐＨを上昇させることにより水の酸塩基
平衡を回復する。スクロース、ピルビン酸及びアミノ酸のような他の有機化合物は、処理
すべき水域内に存在する分子次第で、同様に触媒反応によって製造され得る。水とＣＯ_２
との間の反応によるグルコース（Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６）の製造は、以下の化学式で表され得る
：

メラニン物質の非存在下では、ＣＯ_２及び水は上述した一連の可逆反応を経て、それに
より、最終的にはＣＯ_２に変換される不安定な炭酸塩及び炭酸塩誘導体を製造するであろ
う。しかしながら、メラニン物質の存在は、より具体的にはメラニン物質から発生するエ
ネルギーは、グルコース、スクロース等の有機化合物への水性ＣＯ_２の変換を触媒する。
このような化合物は安定であり、容易には解離せず、それによって遊離水素イオンと炭酸
塩及びその誘導体との形成を制限するであろう。より具体的には、グルコースが水素イオ
ンを利用するので、水素イオン濃度は、部分的には、低下させられる。水中のより低い水
素イオン濃度は、水の減少した酸性化（すなわち、アルカリ化）となる。

上記の反応、特に上述のメラニンの存在下での水分子の解離は、メラニン物質との最初
の接触を発端としてピコ秒からナノ秒の範囲内で開始し得る。水のｐＨの変化までの時間
は知覚可能又は測定可能であり、処理すべき水の量、開始時ＣＯ_２、重炭酸塩及びグルコ
ース濃度、並びに使用されるメラニン物質の量のような様々な要因に依存して、水の酸塩
基平衡の検出可能な変化を反映する。一実施形態では、水に対するメラニン物質の効果は
、徐々に増加する水の色の変化により観察され得る。

ＣＯ_２が水に溶解すると、それは様々な炭酸塩形態（Ｈ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ⁻、及びＣ
Ｏ_３ ^２−）で化学平衡状態で存在する。種々の炭酸塩形態の濃度は、ＣＯ_２の濃度よりは
るかに低い。しかし、上述したように、メラニン物質は、ＣＯ_２、水、及び１つ以上の様
々な炭酸塩形態の間の、グルコースを生産して酸素を放出する付加反応を、触媒し得る。
これらの反応の例は以下のとおりである：

水は、例えば水道水、容器入り飲料水、又は雨水や海水などの天然水のような、任意の
供給源に由来してよいことが理解されるであろう。本発明の好ましい実施形態では、水は
海水である（本明細書では、海洋水（ｏｃｅａｎ ｗａｔｅｒ）とも呼ぶ）。一実施形態
では、水は、容器に収容されている。容器は、任意のサイズ及び形状であってもよい。適
切な容器の例としては、制限されないが、フラスコ、バケツ、又は貯水容器が含まれる。
別の実施形態では、水は収容されておらず、むしろメラニン物質を接触させるために自由
に流れている。収容されていない水の例としては、制限されないが、海、海洋、湖、川、
水路、小川などの水を含む。そのような自由に流れる水域は、天然又は人工であってもよ
い。

本発明の実施形態によれば、メラニン物質は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘
導体、メラニン類似体、及びメラニン変異体から選択される。好ましい実施形態では、メ
ラニン物質は、天然メラニン、及び合成メラニンから選択される。メラニンは、Ｌ−チロ
シンのようなメラニンのアミノ酸前駆体から合成され得る。しかしながら、メラニン物質
は、本開示を考慮して当技術分野で公知の任意の方法によって得ることができ、化学的に
メラニン物質を合成すること、及び植物や動物などの天然資源からメラニン物質を単離す
ることを含む。

メラニン物質は、水の全て又は一部と接触してもよい。一実施形態では、水が容器に収
容されており、メラニン物質が全ての水（すなわち、含まれる水の全体積）と接触するよ
うに、一般的には水域の中心に浸漬される。別の実施形態では、水が容器に収容されてお
り、メラニン物質は、収容されている水の一部のみと接触するもののその中に溶解しない
ように、水の表面に配置される。別の実施形態では、水は収容されておらず（すなわち、
自由に流れる）、メラニン物質は、水の全体積と接触するように水の表面下に浸漬されて
もよいし、あるいは水の一部のみに接触するように水の表面上に配置されてもよい。

好ましくは、メラニン物質は、メラニン物質の希釈の速度を制御するために、水と直接
は接触しない。一実施形態では、メラニン物質は少なくとも１つの不活性物質の構造物に
埋め込まれており（以下、「メラニン形態」（ｍｅｌａｎｉｎ ｆｏｒｍ）と称する）、
それによってメラニン分子の水との直接の接触を防止し、水中でのメラニン分子の希釈及
び分解速度を大幅に低下させる。したがって、メラニン物質が、アルカリ化作用を実行す
るように、数十年持続することができる。

メラニン形態は、任意の寸法又は形状を有してもよいことが理解されるであろう。例え
ば、メラニン形態は、一般的には平面又は平坦であってもよく、円筒、楕円、角錐、球、
四角形、立方体などのような形状であってもよい。好ましい実施形態では、メラニン形態
の寸法及び全体的な形状は、処理すべき水の量に適合し、又は依存する。

一実施形態では、単一のメラニン形態が、水と接触するように配置される。別の実施形
態では、複数のメラニン形態が、その酸性化を減少させるために水と接触させられる。水
の酸性化の減少の速度は様々な要因に依存し、そのそれぞれは酸性度についての所望の減
少を達成するために必要に応じて調整されてもよいことが、理解されるであろう。例えば
、酸性度の減少は、メラニン形態の寸法、形状及び／又は表面積；使用されるメラニン形
態の数；各形態に埋め込まれたメラニン物質の量；処理すべき水の量；処理すべき水中の
重炭酸塩及びＣＯ_２の開始時濃度；などを変えることによって調節され得る。一実施形態
では、メラニンが何百年もの間その機能を実行することができることから、メラニン形態
は恒久的に水と接触し続けられ得る。

一実施形態では、メラニン形態は、好ましくは１体積％から９９体積％のメラニン物質
、及びより好ましくは３体積％から３０体積％のメラニン物質である。メラニン形態中の
不活性物質の量は、好ましくは１体積％から９９体積％であり、より好ましくは５０体積
％から８５体積％である。

一実施形態では、１５体積％メラニン物質の１立方センチメートルのメラニン形態が、
５０ｍＬの水の処理に有効である。しかしながら、メラニン形態の組成、全体の体積／サ
イズ、形状などは、処理すべき水の特徴（すなわち、汚染レベル、圧力、温度、等）、処
理すべき水に照射される光の量、処理すべき水中でのメラニン形態が配置される深さ、並
びにｐＨレベル及びグルコース濃度の所望の変化などの、種々の因子に応じて変化し得る
。

不活性物質又は物質（複数）は、メラニン物質と相溶性があり、メラニン物質の特性に
影響を及ぼさない任意の不活性物質であり得る。このような不活性物質の例としては、制
限されないが、アルミニウム、ケイ素、シリカ、カルシウム、金、銀、ポリエチレン、ガ
ラス、及びポリカーボネートを含む。図１〜２に示すように、一実施形態では、メラニン
形態は、２以上の不活性物質、すなわちシリカ及びカルシウムを含み、ブロックの形状で
ある。

少なくとも１つのメラニン物質は、任意の既知の又はいまだ開発されていない適切な手
段によって、不活性物質中に埋め込まれていてもよい。一実施形態では、メラニン物質は
、付着により不活性物質内に埋め込まれている。別の実施形態では、メラニン物質は、圧
縮により不活性物質内に埋め込まれている。

例示的な例として、ブロックの形状でありシリカに埋め込まれたメラニン物質を含むメ
ラニン形態は、活性の無い材料製の立方体状の容器内で、不活性物質（例えば、シリカ粉
末）、精製水、及びメラニン物質を組み合わせることによって作製され得る。成分は互い
に混合され、硬化後の混合物が容器の形状を呈するように、混合物は容器内で硬化（ｃｕ
ｒｅ）又は硬質化（ｈａｒｄｅｎ）させられる。好ましくは、メラニン物質は、精製水の
５ｇ／Ｌの濃度で添加される。メラニン形態中での不活性物質の好ましい濃度は、５０体
積％から９５体積％であり、より好ましくは５０体積％から８５体積％である。メラニン
形態は、単に容器の形状を変化させることにより、同じ方法に従って任意の形状で作られ
得ることが理解されるであろう。また、シリカ粉末は、任意の他の適切な不活性物質と置
き換えられることが理解されるであろう。また、特定の用途のニーズを満たすために、必
要に応じて、精製水中のメラニンの濃度及びメラニン形態中の不活性物質の濃度が変化し
てもよいことが理解されるであろう。

水の酸塩基平衡を改善することにより、より具体的には水とメラニン形態との間の接触
により、水の酸性化を減少させるための方法は、メラニンが安定であることが知られてい
る任意の温度で行うことができ、好ましくは約−１５０℃から５００℃の間である。メラ
ニン物質の３％水溶液の沸点は、約２００℃である。好ましい実施形態によれば、水の酸
性化を減少させるための方法は−４０℃から１００℃の範囲の温度で実行した場合により
効率的であり、好ましくは０℃から５０℃、より好ましくは１２℃から３０℃、及び最も
好ましくは室温（約２５℃）である。しかしながら、好ましい温度は、圧力、光量、水の
量、水の中の汚染物質、及びｐＨの所望の上昇などの変化する実験条件によって変化し得
ることが理解されるであろう。

一実施形態において、本発明は、処理された水体の、０．１から１ｐＨ単位の間の上昇
を可能にする。好ましくは、メラニン形態又は形態（複数）によって処理された水体のｐ
Ｈは、０．１ｐＨ単位から０．６ｐＨ単位だけ上昇させられる。水体のｐＨの変化の大き
さは、処理すべき水体のサイズに対して利用されるメラニンの割合に応じて異なってもよ
いことが、当業者によって理解されるであろう。

本開示を考慮した当技術分野で公知の任意の方法が、水のｐＨを測定するために使用さ
れてもよく、例えば、ｐＨ紙又はｐＨ計を用いて試験する。水のｐＨは任意の量だけ上昇
してもよく、及びｐＨにおけるそのような任意の上昇は、少なくとも１つのメラニン物質
と接触させられる前の水のｐＨと、少なくとも１つのメラニン物質と接触させた後の水の
ｐＨとを比較することによって測定されてもよく、この場合、少なくとも１つのメラニン
物質と接触させた後の水のｐＨは、少なくとも１つのメラニン物質と接触させる前の水の
ｐＨよりも大きい。

また、本開示を考慮した当技術分野で公知の任意の方法が、水中の有機化合物の濃度（
例えば、グルコース、スクロース、ピルビン酸等）を測定するために使用され得る。例え
ば、グルコース濃度は、グルコース試験片又は分光光度計を用いて試験することにより測
定されてもよい。グルコース濃度（又は、他の有機化合物濃度）は、水の以前の物理化学
的条件、水中に存在する溶質の性質などの要因に応じて任意の量だけ増加させられ得る。
任意のそのような増加は、少なくとも１つのメラニン物質と接触させる前の水中の有機化
合物（例えば、グルコース）の濃度と、メラニン物質と接触させた後の水中のグルコース
濃度とを比較することによって測定されてもよく、この場合、メラニン物質と接触させた
後の水のグルコース濃度は、メラニン物質と接触させる前の水のグルコース濃度よりも大
きい。グルコースを形成するＣＯ_２と水との反応は自発的ではないので、グルコース濃度
の任意のこのような増加は顕著である。従って、グルコース濃度の増加は、メラニン物質
による反応触媒作用の尺度であり得る。上記の議論はグルコースの形成に向けられている
が、例えばスクロース又はピルビン酸のような他の有機化合物が形成されもよく、同様の
方法が、水中でのそのような有機化合物の濃度を測定するために使用されてもよいことが
理解されるであろう。

また、メラニン物質が海洋環境中において有害であるという低い可能性の場合には、メ
ラニン物質は除去されてもよい。しかしながら、メラニンが真核細胞又は原核細胞によっ
て容易に分解されることが、理解されるであろう。それゆえ、海洋環境中に自然に存在し
ている生命体がメラニン物質を摂取する場合、メラニン物質による海洋環境への事実上損
傷が無いように、無きに等しい負の副作用で、彼らは適切にそれを代謝することができる
。

水の酸塩基平衡を制御し、これによって水の酸性化を減少させるための本発明の実施形
態による方法は、好ましくは水及びメラニン形態のみの存在を必要とする。具体的には、
メラニンは可視及び不可視光の光子エネルギーを吸収するため、エネルギーの追加の適用
は、グルコースを製造し及び水のｐＨを上昇させるためには必要ではない。それゆえ、複
雑なセットアップやメンテナンスの必要が無い。しかしながら、必要に応じて補助光源が
利用され得ることが理解されるであろう。さらに、メラニンは人に知られている最も安定
な分子の１つであり、何百万年のオーダーであると推定されている半減期を有するので、
メラニン物質は、それが交換される必要がある前に、何十年も使用され得る。

本発明は、今や、以下の実験例を参照して説明されるであろう。しかしながら、本発明
が、以下に示される正確な実験パラメータ及び結果に限定されないことは、理解されるで
あろう。

実験１
比較的小さなメラニン形態を１％から１０％重炭酸塩水溶液中に配置することによって
、重炭酸塩からグルコースが得られた。メラニン形態は、３０体積％の３％メラニン水溶
液に対して７０体積％のカルシウム及びシリカの割合で、ヒドロキシルイオンの存在を回
避して、カルシウムとシリカとの混合物中にメラニンを埋め込むことで作製された。多数
のそのようなサンプル集合体が調製された。小さなメラニン形態を重炭酸塩溶液試料中に
約１時間浸漬した後、約０．１から０．６ｐＨ単位の上昇が観察された。しかしながら、
結果として生じるｐＨの上昇は、メラニン形態のサイズ、形状及び体積、並びに水の圧力
、温度及び開始時グルコース濃度などの特定のパラメータを変えることによって制御され
得ることが理解されるであろう。

実験２
別の実験では、１立方センチメートルのメラニン形態が、ケイ素、シリカ、カルシウム
、及び／又はアルミニウムのような不活性要素を使用して作製された。メラニン形態は、
１体積％のメラニン及び９９体積％の不活性物質を含有した。１０個のそのようなメラニ
ン形態が、１６００ｍＬの水中に１００ｇの重炭酸塩を混合することで調製された重炭酸
塩水溶液中に配置された。４８時間後、グルコースレベルが、１００ｍＬの水当たり平均
で８ｇのグルコースであると測定された。

実験３
別の実験では、メラニン物質がその中に埋め込まれたシリカ及びカルシウムの１立方セ
ンチメートルのメラニン形態が、以下のように調製された。３体積％のメラニンを含む溶
液と、２体積部のシリカ及びカルシウムとが、１体積％のメラニンと９９体積％の不活性
物質とを含む溶液を形成するために調製された。次いで、溶液は水の蒸発を可能にするた
めに処理され、続いてメラニン形態を作製するために固化された。９個のこのようなメラ
ニン形態が、２５０ｍＬの蒸留水をそれぞれ含む容器に配置された。２５０ｍＬの蒸留水
を含むがメラニン形態を含まない６個の容器もまた、対照試料として調製された。各水試
料のｐＨは、１６日間にわたって定期的に、具体的には一日おきに、測定された。表１は
、対照試料のｐＨ測定の要約である。表２は、メラニン形態をその中に含む蒸留水試料の
ｐＨ測定の要約であり、本明細書では実験試料と呼ばれる。

表２に示すように、１日目の全ての実験試料の測定された平均ｐＨは１１．６６であっ
た。表１に示すように、１日目の全ての対照試料の測定された平均ｐＨは７．０１であっ
た。従って、対照試料と比較した実験試料の比較的高い平均ｐＨ値は、メラニン形態に明
らかに起因している。時間が経つにつれて、実験試料の平均ｐＨは上昇し、１１日後に１
２．３３でピークとなった。１６日目での実験試料の平均ｐＨは１２．２７であった。重
炭酸塩水溶液中のメラニンの効果は、エネルギーを必要としないことに加えて、複数年続
くであろう。一方、対照試料の平均ｐＨは時間を経るにつれて低下する傾向にあり、４日
後に５．８０の最低平均ｐＨ、及び１６日目に６．０６の最終平均ｐＨ値に達した。

適切に滅菌されていない溶液で実施された実験では、結果として生じるグルコース濃度
は低かったが、亜硝酸塩濃度が高かった。結果として生じる溶液は、優れた透明性を維持
した。

メラニンをＣＯ_２富化水と反応させることから放出される化学エネルギーの量は、一般
的には、比較的狭い範囲内である。周囲の環境に存在するエネルギーの量に応じて自動制
御することは、メラニンの固有の特性である。大量のエネルギーが環境中にある場合、メ
ラニンから発生するエネルギーは低下するであろう。逆に、環境中のエネルギーの量が低
い場合、メラニンから発生するエネルギーは増加するであろう。それは自然の化学エネル
ギーであるため、生態系に放出される化学エネルギーの影響は有害ではないか、又は少な
くとも、利益が負の副作用を上回ると考えられる。

実験４
別の実験では、蒸留水の５個の容器をそれぞれ有する、３つの群が準備された。第１群
では、容器は、対照群として機能するように放置された。合成繊維の布が、各容器に配置
された。合成繊維布は、５０％のレーヨン及び５０％のポリエステルであった。このよう
な布材料は、多くの場合、汚染源として水体中に見出される。第２群では、同一の合成繊
維布で包まれた７個のメラニン形態が、各容器に配置された。第３群では、メラニン物質
を含有せず同一の合成繊維布で包まれた７個のシリカ／カルシウム／アルミニウム形態（
不活性形態）が、各容器に配置された。

容器はその後すべて閉じられ（例えば、ベークライトプラグで）、基準ｐＨが測定され
、次いで全ての容器が熱を加えることで滅菌された。具体的には、各容器は、約５分間加
熱され、約３０秒の期間放置させ、約２分間再度加熱され、約３０秒の期間放置させ、そ
の後、３０秒加熱期間に続く１０秒放置期間の４サイクルに供され、及び最終的に１０秒
加熱期間に続く１０秒放置期間の４サイクルに供された。容器は、次いで、３ヶ月の期間
観察され、その期間の間、各水試料のｐＨ及び酸素飽和度が定期的に、具体的には一日お
きに、測定された。表３は、対照試料のｐＨ測定の要約である。表４は、メラニン形態を
その中に含む蒸留水試料のｐＨ測定の要約であり、本明細書では実験試料と呼ばれる。表
５は、不活性形態（メラニン物質を欠いている）をその中に含む蒸留水試料のｐＨ測定の
要約であり、本明細書では比較試料と呼ばれる。

表３〜５に示すように、全ての実験試料の測定された平均ｐＨは、全ての比較試料の測
定された平均ｐＨよりも一貫して大きく、かつ全ての対照試料よりも一貫して顕著に大き
かった。従って、対照試料及び比較試料と比較した実験試料の比較的高い平均ｐＨ値は、
メラニン物質の存在に明らかに起因する。また、周囲の環境の状況に応じてｐＨを上昇又
は減少させることで、メラニンが自動制御することが見出された。

さらに、図３に明確に示されるように、対照試料の合成繊維布（対照群；写真中の右端
に示される）は、３ヶ月の間水中に浸漬された後であっても、依然として本質的に無傷で
あった。不活性形態で提供される比較試料の合成繊維布（比較群；写真の真ん中に示され
る）は、繊維の小規模な破損を示した。対照的に、メラニン含有形態で提供される実験試
料の合成繊維布（実験群；写真中の左端に示される）は、合成繊維の顕著な破損や劣化を
示した。繊維の劣化は、メラニン物質が存在することから、布の表面上での例えば真菌な
どの微生物の増殖によって引き起こされたと考えられる。即ち、メラニン物質が、成長の
ための炭素源として合成繊維を利用する微生物の増殖を促進する。このように、水中にお
けるメラニンの存在は水生生物（例えば、微生物）を促進し、次いで、しばしば水体を汚
染する合成繊維の分解を推進することが見出された。

実験５
別の実験では、蒸留水の容器の３つの群が準備された。容器の第１群は、メラニン形態
のみを含んでいた。容器の第２群は、重炭酸塩（ＨＣＯ_３ ⁻）の存在下でメラニン形態を
含んでいた。容器の第３群は、グルコース（Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６）の存在下でメラニン形態を
含んでいた。容器は次いで、全て閉じられ、一定の期間観察された。

８日後、フラスコの第１群は、色について目に見える変化を示さなかった。フラスコの
第２群の水は別々の黄色の色調を有しているように見えたのに対し、フラスコの第３群の
水はより深い黄色の色調を有する。分光光度計が、各試料によって吸収される光の量を測
定するために使用された。分光光度法は、第２及び第３の両方の群について１８０ｎｍか
ら３００ｎｍの範囲で吸収スペクトルを示し、第２群ではより少ない強いピークがあり、
これによって第２及び第３の群の両方のフラスコ内における有機化合物の存在を示してい
る。

２２日後、フラスコの第１群は、色について依然として目に見える変化を示さなかった
。フラスコの第２群の水はその黄色い色調が深くなったように見えたのに対し、フラスコ
の第３群の水は乳白色の外観を呈し、それにより、アミノ酸、及びグルコースから合成さ
れ得る他の有機化合物の存在を示している。分光光度法は、第３群について１８０ｎｍか
ら３００ｎｍの範囲で吸収スペクトルを示し、約２８０ｎｍでピークがあり、これはトリ
プトファンの存在に対応する。フラスコの第３群は全く悪臭を示さなかった。

ＣＯ_２又はグルコースからの可食性有機化合物の生成は、食品、より具体的には殺虫剤
や除草剤で汚染されていない、肥料を使用せずに生成された、水を全く無駄にすることな
く生成された食品を生産する能力を、指数関数的に増加させる。これらの食用の複雑な有
機分子の生成のための作物又は動物を殺すことについての必要性は、したがって、かなり
減少させることができ、それによって特に非再生可能な天然資源への圧力を減少させる。
別の側面では、このような有機化合物は乾燥され、バイオ燃料として使用され得る。

広範な発明の概念から逸脱することなく、上述の実施形態及び実施例に対して変更がな
され得ることは、当業者によって理解されるであろう。従って、本発明は、開示された特
定の実施形態に限定されるものではないと理解され、添付の特許請求の範囲によって定義
される本発明の精神及び範囲内における改変を包含することが意図される。

Claims (22)

1. 溶存ＣＯ_２、重炭酸塩、及び他の炭酸塩誘導体の少なくとも１つを含む水のｐＨを減少
   させるための方法であって、
   少なくとも１つのメラニン物質を前記水と接触するように配置し、前記メラニン物質が
   前記水と前記溶存ＣＯ_２、重炭酸塩、及び他の炭酸塩誘導体の少なくとも１つとのグルコ
   ースを生じる反応を触媒すること、並びに前記水のｐＨを上昇させることを含み、
   前記メラニン物質は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、及びメラニン類似
   体からなる群から選択される、方法。
2. 前記水のｐＨが、前記少なくとも１つのメラニン物質と接触させられた後に０．１〜０
   ．６ｐＨ単位だけ上昇させられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記水が塩水である、請求項１に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、合成メラニン又は天然メラニンである、請求項
   １に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、少なくとも１つの不活性物質内に埋め込まれて
   いる前記少なくとも１つのメラニン物質を含むメラニン形態として存在する、請求項１に
   記載の方法。
6. 前記メラニン形態の寸法が、前記水の量に適合する、請求項５に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの不活性物質が、アルミニウム、ケイ素、シリカ、カルシウム、金
   及び銀からなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
8. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、圧縮により、前記少なくとも１つの不活性物質
   内に埋め込まれている、請求項５に記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、付着により、前記少なくとも１つの不活性物質
   内に埋め込まれている、請求項５に記載の方法。
10. 前記水が合成繊維を含み、前記少なくとも１つのメラニン物質が、一定期間後に前記合
    成繊維の劣化を引き起こす、請求項１に記載の方法。
11. 前記合成繊維が、５０％レーヨン及び５０％ポリエステルの混合物である、請求項１０
    に記載の方法。
12. 水のｐＨを制御するための方法であって、
    少なくとも１つのメラニン物質を前記水と接触するように配置することを含み、前記メ
    ラニン物質は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、及びメラニン類似体からな
    る群から選択され、
    前記少なくとも１つのメラニン物質と接触する前の前記水の初期ｐＨが７．０未満であ
    る場合は、前記少なくとも１つのメラニン物質の存在が前記初期ｐＨを上昇させ；及び
    前記少なくとも１つのメラニン物質と接触する前の前記水の初期ｐＨが７．０より大き
    い場合は、前記少なくとも１つのメラニン物質の存在が前記初期ｐＨを低下させる、方法
    。
13. 前記水の前記初期ｐＨが、前記少なくとも１つのメラニン物質と接触させられた後に０
    ．１から０．６ｐＨ単位だけ上昇させられる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記水が塩水である、請求項１２に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、合成メラニン又は天然メラニンである、請求項
    １２に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、少なくとも１つの不活性物質内に埋め込まれて
    いる前記少なくとも１つのメラニン物質を含むメラニン形態として存在する、請求項１２
    に記載の方法。
17. 前記少なくとも１つの不活性物質が、アルミニウム、ケイ素、シリカ、カルシウム、金
    及び銀からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、圧縮により、前記少なくとも１つの不活性物質
    内に埋め込まれている、請求項１６に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つのメラニン物質が、付着により、前記少なくとも１つの不活性物質
    内に埋め込まれている、請求項１６に記載の方法。
20. 前記水が、溶存ＣＯ_２、重炭酸塩、及び他の炭酸塩誘導体の少なくとも１つを含み、並
    びに前記少なくとも１つのメラニン物質が、前記水、ＣＯ_２、及び炭酸塩誘導体間の反応
    を触媒し、前記カーボン誘導体がＨ_２ＣＯ_３、ＨＣＯ_３ ⁻、及びＣＯ_３ ^２−からなる群か
    ら選択される、請求項１２に記載の方法。
21. 重炭酸塩及びグルコースの少なくとも１つを含む水から有機化合物を生成する方法であ
    って、
    少なくとも１つのメラニン物質を前記水と接触するように配置し、前記メラニン物質が
    前記重炭酸塩又はグルコースからの有機化合物の合成を触媒することを含み、
    前記メラニン物質は、メラニン、メラニン前駆体、メラニン誘導体、及びメラニン類似
    体からなる群から選択される、方法。
22. 前記有機化合物が、アミノ酸、及び脂質の少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の
    方法。