JP6619924B2 - 水処理装置及び水の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、水を処理するための水処理装置および方法に関する。

水（Ｈ_２０）は、水素および酸素という２つの元素からなる無機物である。水は、すべての有機物にとって重要であり、必須要素である。水の元素および分子構造は、特に、水素結合の形成という特異性を有する。水の構造には、水素結合を形成する受容体および供与体がそれぞれ２つずつ存在し、例えば、氷、二量体、および、ポリマーなどの四面体構造のような水分子間のさまざまな構造は、水素結合によって形成される。したがって、微小環境レベルでは、水分子は、「水クラスタ」と称され、これは、不連続な水素構造によって形成される水分子クラスタである。微小水クラスタの水素結合は、いとも簡単に分割されて個々の水分子となるため、微小水クラスタは、優れた分散力および吸収速度を有する。したがって、大きい水クラスタと比べ、微小水クラスタは、細胞膜の水チャネルをすばやく通り抜け、成分が細胞内に入りやすいので、代謝を向上させることができる。

沸騰または気化後、水は、微小水分子となるが、冷却後に室温になると、水分子は、大きい分子クラスタを形成する。水素ガスが付加された後の水クラスタは、抗酸化作用を有するようになるが、水素ガスは、溶解度が低いのでたちまち大気中に流出してしまう。水中の固体および気体の溶解度は、温度および圧力を上昇させることによって高めることができるが、それを実現するには、新たな装置および方法が必要である。さらに、常温および常圧に戻すと、上昇した溶解度はまた元に戻ってしまう。

特許文献１は、複合層を有するろ過要素ならびに該要素を有するろ過装置を開示している。この複合層は、貴金属ナノ粒子とキトサンの複合体からなり、複合体は、キトサン基板と、該キトサン基板の表面に吸着された多数の貴金属ナノ粒子とを含む。これら基板および貴金属ナノ粒子を有する複合体を通過すると、流体における有害物質は除去されるので、抗菌効果、および、脱臭効果が得られる。さらに、キトサンが不純物を吸着することから、ろ過作用および吸着作用が高まる。しかしながら、この装置に処理された水では、まだ十分な微小水クラスタを実現できない。

特許文献２は、突出した非局在化ｐπ軌道による高い酸素反応性によって特徴付けられた水クラスタ組成物を開示している。
この文献では、ニッケルまたはニッケル合金を含有する極超音速ノズルを用いている。このノズルは、従来技術とは異なり、水がノズルを通過するときに水分子間の相互作用を破壊するため、５〜３００の水分子を含み、酸素反応性の高い水クラスタが得られる。しかしながら、この特性は、瞬間的な水しぶきによって形成された微液滴にしか存在しない。

特許文献３は、イオンの内部電界を介した電気双極子相互作用によって互いに結びついた複数の水分子を含む安定した固体水クラスタと、該安定した固体の水クラスタを囲む電界による永続的な電子双極子モーメントとを有する生成物を開示している。この文献には、安定した固体水クラスタによる生成物が開示され、各水クラスタは、ナノメートルからマイクロメートルのサイズを有し、電気双極子相互作用に囲まれることによって形成されている。超純水を有するチャンバがアルゴンガスで満たされることにより、二酸化炭素との接触を避けることができる。チャンバに添加物（塩化ナトリウム、ビタミン、アミノ酸、ホルモン、タンパク質、酵素、ポリペプチド、多糖、ＤＮＡ、ＲＮＡなど）が導入された後、この添加物と水との間に電気双極子相互作用が生じて安定した水クラスタが形成される。しかしながら、添加物が必要であるということは、結果として生じる水が純水ではないことを意味する。

特許文献４は、溶存酸素量を増やすために水を処理する電解方法を開示している。この方法は、ラジカルの分散および照射を水クラスタによって支援することを含む。この文献は、カーボンナノチューブまたはグラフェンのナノ層を有し、窒素、合金、パラジウム、パラジウム、パラジウム金、または、パラジウム銀を含むナノ材料の環境に水分子を閉じ込めることにより、０．５〜１００ｎｍのサイズを有する単一の水クラスタを得る方法を開示している。しかしながら、この方法では、水を連続的に供給することができない。

特許文献５は、ナノ環境を提供するステップと、少なくとも１つの水クラスタが形成されるよう、該ナノ環境に重水または軽水を閉じ込めるステップとを有する方法を開示している。しかしながら、この方法によって処理される水では、十分な微小水クラスタを実現することができない。

特許文献６は、電磁界に基づく水処理システムを開示している。このシステムは、電磁界を形成し、一部の水分子間の水素結合を破壊するために、ランタン、イットリウム、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、チタニウム、および、亜鉛合金により形成された希土類合金を含むパイプを通過させ、その後、永久磁石を有するパイプを通過させた水を用いる。しかしながら、上記システムによって処理された水からは十分な微小水クラスタを得ることはできない。さらに、必要な希土類が多すぎる。

台湾特許第Ｍ３８２８４５号明細書 米国特許第５８００５７６号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２１８２５１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００８９０４９号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００３９９５１号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００５６３５５号明細書

したがって、より優れた分散力および吸収率を有する、健康に良い微小水クラスタを得るためには、微小水クラスタのさらなる技術開発必要とする。

本発明は、水処理装置を提供する。水処理装置は、１つ以上の照明装置と、セラミック粒子の表面に焼結したナノサイズの貴金属が堆積してなる、表面プラズモン共鳴が可能な焼結貴金属ナノ／セラミック粒子を保持する１つ以上のホルダとを備え、前記ホルダが、処理される脱イオン水が供給される１つ以上の入り口および処理された水が回収される１つ以上の出口を有する透明な中空カラムであり、前記出口は、前記入り口より狭く、前記出口は切替え制御弁を有し、前記中空カラム内は、前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子によって満たされ、前記照明装置からの光が前記中空カラムを透過して前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子に提供され、前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子は、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのエネルギーを吸収すると、前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子の表面プラズモン共鳴が可能になる。本発明は、また、上記水処理装置を用いて水を調整する方法を提供する。

本発明の一実施形態による装置を示す。 本発明の他の実施形態による装置を示す。 紫外可視光吸収スペクトルを示す。実線は、金ナノ水溶液であり、破線は、セラミック粒子に金ナノ粒子を堆積させたものである。 さまざまな水の試料のラマンスペクトルを示す。 水の構造における水素結合が微小水クラスタおよび脱イオン水によって減少していくことを示す。 微小水クラスタの生成における異なる露光時間の効果を示す。 微小水クラスタおよび脱イオン水の赤外吸収スペクトルを示す。破線は脱イオン水であり、実線は微小水クラスタである。 単位時間（１時間）当たりの脱イオン水および微小水クラスタの蒸発量を示す。 微小水クラスタおよび脱イオン水による２，２−ジフェニル−１−ピクリルヒドラジル（ＤＰＰＨ）フリーラジカルの除去能力を示す。 微小水クラスタおよび脱イオン水によるフェントン試薬のヒドロキシフリーラジカルの除去能力を示す。 それぞれのリポ多糖体（ＬＰＳ）（細胞炎症を誘発する物質）量において微小水クラスタが一酸化炭素放出能力を低下させることを示す。 直径３ｍｍの平板白金電極を使用し、０．１ Ｖ ｓ^−１の走査速度で異なる水ベースの食塩水において記録した、反応に一電子が関与する３０ｍＭのＫ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６についてのボルタンメトリーデータを示す。 直径３ｍｍの平板白金電極を使用し、０．１ Ｖ ｓ^−１の走査速度で異なる水ベースの食塩水において記録した、反応に二電子が関与する１ｍＭのＨＱについてのボルタンメトリーデータを示す。 ＬＰＳ投与によるＮＯ（一酸化窒素）放出の抑制に関わるＡｕＮＴ水およびｓＡｕＮＴ水の抗酸化活性を脱イオン水と比較して示す。ＮＯの生成は、文献に示された方法にしたがって決定された（ＳＤ参照）。培地の調製に脱イオン水、ＡｕＮＴ水、および、ｓＡｕＮＴ水を用いた。^＊ｐ＝０．０５；^＊＊ｐ＝０．０１；^＊＊＊ｐ＝０．００１である。 異なる水をベースとした食塩水を用いた血中尿素窒素（ＢＵＮ）の除去効果を示す。ＢＵＮ（初期値約１００ｍｇ ｄＬ^−１）を７０％除去するのにかかる処理時間は、脱イオン水の食塩水を用いた場合が約３０分、ｓＡｕＮＴの食塩水を用いた場合が約１６分であった。 異なる水をベースとした食塩水を用いたクレアチンの除去効果を示す。クレアチン（初期値約２０ｍｇ ｄＬ^−１）を７０％除去するのにかかる処理時間は、脱イオン水の食塩水を用いた場合が約２９分、ｓＡｕＮＴの食塩水を用いた場合が約１２分であった。 体外血液透析シミュレーション分析を示す。透析の間、ＡＫカラム（Ｂ３−１．０Ａ）は、金ナノ粒子でコーティングされて照明されることにより、ＢＵＮが除去される。 体外血液透析シミュレーション分析を示す。透析の間、ＡＫカラム（Ｂ３−１．０Ａ）は、金ナノ粒子でコーティングされて照明されることにより、クレアチンが除去される。 体外血液透析シミュレーション分析を示す。ＡＫカラム（Ｂ３−１．０Ａ）は、金ナノ粒子でコーティングされて照明されることにより、血中の他の媒質分子（Ｂ１２）が除去される。 本発明の微小水クラスタを用いたポリメラーゼ連鎖反応のゲル電気泳動を示す。

水素結合の形成により、水は、四面体的な水素結合を形成している水分子（水クラスタ）という形態で存在する。水分子がエネルギーを受ける、高圧にさらされる、または、電解液を含むようになるにつれ、水の水素結合が弱まり、その結果、水の四面体構造が破壊されて微小な水クラスタが形成される。本発明は、金属粒子のプラズモン共鳴効果と、該プラズモン共鳴効果を高めるエネルギーを提供する照明とを組み合わせることにより生じさせたホットエレクトロンによって水分子クラスタの水素結合を破壊して、小さい分子クラスタの微小水クラスタを形成する。

本発明の一側面では、微小水クラスタを調製する水処理装置を提供する。装置は、１つ以上の照明装置と、金属粒子を保持する１つ以上のホルダとを有し、該ホルダが金属粒子の照明を可能とする場合、金属粒子の表面プラズモン共鳴が可能になる。

本発明によれば、本発明の装置には、本発明の金属粒子保持するのに適したいかなるホルダを用いてもよい。好ましくは、ホルダは、容器、透明なカラムまたは固体支持体であってよい。一実施形態では、装置の透明なカラムは、１つ以上の入り口と１つ以上の出口とを有し、好ましくは、カラムの出口は、入口より狭く、切り替え制御弁を有する。他の実施形態では、固体支持体は、ポリマー支持体であってよい。
他の実施形態では、容器は、中空容器、または、１つ以上の入り口および１つ以上の出口を有する中空容器であってよい。好ましくは、中空容器は、浅いトレイであってよい。好ましくは、中空容器の壁は、透明であってよい。一実施形態では、照明装置は、１００〜３，０００ｎｍの波長を有する光源であってよい。好ましくは、光源は、３８０〜７８０ｎｍの波長を有し、より好ましくは、５００〜６００ｎｍの波長を有する（好ましくは、銀ナノには３８０〜４８０ｎｍ）。本発明の一実施形態によれば、照明装置は、昼光ランプ、ＬＥＤランプ、電球、水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、または、ハロゲンランプであってよく、好ましくは、緑色ＬＥＤランプであってよい。

本発明によれば、本発明の透明なカラムを準備するためにいかなる透明材料を用いてもよい。本発明の一実施形態によれば、透明なカラムは、ガラス柱またはプラスチック柱であってよい。

本発明によれば、ホルダは、表面プラズモン共鳴が可能な金属粒子を保持するか、あるいは、これらの金属粒子によって満たされる。プラズマは、金属と誘電体表面との間に生じる物理的状態であり、電子または光子を用いて薄い金属層と誘電体表面との間に表面プラズモン波（ＳＰＷ）を励起することによって形成される。カプラを用い、入射光のＴＭ波によって金属と媒体表面との間の自由電子を励起し、その結果、縦の集団共鳴を形成しうる。本発明の一実施形態によれば、金属粒子は金属ナノ粒子であってよく、好ましくは、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、白金ナノ粒子、ロジウムナノ粒子、銅ナノ粒子、ニッケルナノ粒子、ジルコニウムナノ粒子、合金ナノ粒子（ジルコニウム、ニッケル、銅からなる合金など）、酸化チタンナノ粒子、または、これらの組合せであってよい。より好ましくは、金ナノ粒子、銀ナノ粒子、金ナノ／銀粒子、または、金ナノ／酸化チタン粒子であってよい。本発明の他の実施形態によれば、金属粒子と他の材料とを組み合わせて複合体を形成してもよく、その複合体における金属は、好ましくは金、銀、白金、ロジウム、銅、ニッケル、ジルコニウム、または、合金であり、複合体の他の材料は、好ましくは、キトサンまたはセラミックである。複合体は、金ナノ／セラミック粒子、または、金ナノ／キトサン粒子を含むがこれに限定されない。他の実施形態によれば、金属ナノ粒子は、０．１から１，０００ｎｍの大きさであってよく、好ましくは、１〜１００ｎｍである。他の実施形態では、本発明の粒子は、球形、円筒形、楕円形、立方形または立方体の形状であってよい。

本発明のナノ粒子を調製するためにいかなる公知の方法が用いられてよい。例えば、レーザーアブレーション法、金属蒸気合成法、および、化学還元法（電気化学的還元法および超音波電気化学的還元法など）であってよい。

本発明の他の側面では、微小水クラスタを調製する方法が提供される。この方法は、表面プラズモン共鳴を可能にする複数の金属粒子を保持するホルダを提供するステップと、水と金属ナノ粒子とを接触させるステップと、金属ナノ粒子を照明して微小水クラスタを得るステップと、を含む。好ましくは、この方法は、本発明の装置、特に、本願明細書に記載されたいずれかの実施形態による装置を用いることによって実行される。本発明の装置を用いる方法は、本発明の装置のホルダに水を導入し、本発明の照明装置によって該ホルダを照明する。水が金属粒子を通り抜けた後、これらの金属粒子によって表面プラズモン共鳴が生じるので、照明後にはエネルギーの特定の波長（本発明では約５３８ｎｍ）が吸収され、表面プラズモン共鳴効果によって水分子クラスタにおける一部の水素結合が破壊される。プラズモン共鳴と照明とを組み合わせることによって水の水素結合を弱め、その結果、微小水クラスタが形成される。本発明の微小水クラスタは、長時間（少なくとも３日間）安定して存在することができ、特異的性質および機能を有する。

図１は、本発明による装置を示す。図１に示すように、本発明の装置は、照明装置１と、透明なカラム２とを有する。透明なカラム２は、入口５と、入口５より狭い出口６とを有する。出口６を閉じるための切り替え制御弁４が備えられている。透明なカラム２は、金ナノ／セラミック粒子３で満たされる。

処理される水は、入口５から透明なカラム２に入る。照明装置１は、エネルギー７を提供する（昼光ランプまたは緑色ＬＥＤランプによって提供される）。金ナノ／セラミック粒子（金ナノ／セラミックの複合粒子）３が特定の波長（例えば約５３８ｎｍ）のエネルギーを吸収すると、表面プラズモン共鳴効果が生じて水分子の水素結合が部分的に破壊され、その結果、微小水クラスタが形成される。透明なカラム２の切り替え制御弁４が開かれ、処理済みの微小水クラスタが出口６から回収される。

図２は、本発明の他の実施形態による装置を示す。図２に示すように、本発明の装置は、照明装置１と、開口した中空容器８とを有する。開口した中空容器８は、入口９および出口１０を有する。中空容器８は、金ナノ／セラミック粒子３によって満たされる。処理される水は、入口９から中空容器８に入る。照明装置１は、（昼光ランプまたは緑色ＬＥＤランプによる）照明によってエネルギー７を提供する。金ナノ／セラミック粒子が特定の波長（例えば約５３８ｎｍ）のエネルギーを吸収すると、表面プラズモン共鳴効果が生じて水分子の水素結合が部分的に破壊され、その結果、微小水クラスタが形成される。その後、微小水クラスタは、出口１０から回収される。本発明の他の実施形態では、装置、該装置が有するデバイスおよびそれらの関係は図２と同様であり、相違点は、中空容器が入口も出口も有さないことだけである。

一実施形態では、本発明の照明時間は、５〜４８０分であってよく、好ましくは、５〜２４０分、または、１０〜２４０分である。

本発明の他の側面では、本発明の装置または方法により生成された微小水クラスタを提供する。一実施形態では、微小水クラスタは、特定のラマンスペクトル、赤外吸収スペクトル、蒸発率、および、溶解度などを有する。

水分子の相互作用を調査するためにラマン分光法が用いられてよい。約２６００〜４０００ｃｍ^−１のラマンシフトは、水分子のＯＨ振動を表し、ガウス関数によるデコンボリューションの範囲内で５つのバンドが識別できる。異なる水試料のデコンボリューションは、５つのバンドの位置を固定するものであり、５つのバンドそれぞれの中心点は、各水試料の半地全幅（ＦＷＨＭ）が同じであることを考慮すると、約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１である。前から３つ目までの位置は、強い水素結合を示し、以降の２つの位置は弱い水素結合を示す（ジャーナル・オブ・ラマン・スペクトロスコピー、２００９年、４０、１２００；振動スペクトロスコピー、２０１２年、６２、１１０〜１１４ページ；ジャーナル・オブ・ケミカル・フィジックス、１９９８年、第１０８巻、Ｎｏ．７、２６６９〜２６７５ページ）。５つのバンドの積分範囲の合計で除した後ろ２つのバンドの積分範囲は、水分子試料における非水素結合レベル（ＮＨＢＬ）のパーセンテージとして定義される。詳細には、スペクトルデコンボリューションにおいて、ＯＨ振動の信号は、約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置に設定され、各水試料の半値全幅（ＦＷＨＭ）は同じである。非水素結合レベルは、約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置の５つのバンドの積分範囲の合計で除した約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置の積分範囲によって得られる。

一般的に、脱イオン水の非水素結合レベルは、２１．２９％である。水素結合が破壊されると、ラマンスペクトルは、強い水素結合のバンド強度（範囲）が小さくなる一方で、弱い水素結合および非水素結合のバンド強度（範囲）が大きくなることを示す（ジャーナル・オブ・ケミカル・フィジックス、１９８１年、７５、４２６４）。したがって、本発明の微小水クラスタの特性を示すためにラマンスペクトルが用いられうる。詳細には、水のＯＨ振動におけるデコンボリューションスペクトルのラマンバンドのそれぞれの中心点は、約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置にあり、それら約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置の５つのバンドの積分範囲の合計で除した約３５０４ｃｍ^−１および約３６２４ｃｍ^−１の位置の積分範囲で得られた非水素結合レベルは、２２％より高く、好ましくは、約２３％、約２４％、約２４．１１％、約２５％、約２６％、約２７％、約２８％、約２９％、約３０％、約３０．３１、約３１％、約３２％、約３３％、約３４％、または、約３５％より高い。より好ましくは、微小水クラスタの非水素結合レベルは、約２４％〜約５０％、約２４％〜約４５％、約２４％〜約４０％、または、約２４％〜約３２％である。一実施形態では、ラマンスペクトルは、約３５０６ｃｍ^−１の位置では約１５．０％より高く、約３６２４ｃｍ^−１の位置では約６％より高いラマンシフトをさらに有する。パーセンテージは、約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置における５つのバンドの積分範囲の合計で除した約３５０６ｃｍ^−１、または、約３６２４ｃｍ^−１の位置におけるバンドの積分範囲によって計算され、好ましくは、それぞれ約１６％および約７％であり、または、約１６．７％および約７．３％である。本実施形態では、パーセンテージは、約３０１８ｃｍ^−１、約３２２３ｃｍ^−１、約３３９３ｃｍ^−１、約３５０６ｃｍ^−１、および、約３６２４ｃｍ^−１の位置における５つのバンドの積分範囲の合計に対する約３５０６ｃｍ^−１または約３６２４ｃｍ^−１の位置における１つのバンドの積分範囲の割合を示す。

水のＯＨ振動を示す赤外スペクトルは、約３０９０ｃｍ^−１から約３６４０ｃｍ^−１の範囲にあり、２つの部分に分割できる。約３０９０ｃｍ^−１〜約３３１０ｃｍ^−１の波長における特性ピークは、三重水素結合（高密度水素結合）を示し、約３３１０〜３６４０ｃｍ^−１の波長における特性ピークは、非水素結合、単水素結合、および、二重水素結合を示す（ザ・ジャーナル・オブ・フィジカルケミストリーＢ、２０１２年、１１６、１０６０９）。本発明の一実施形態によれば、微小水クラスタは、特定の赤外スペクトルを有する。水分子の三重水素結合の特性ピーク（約３０９０〜３３１０ｃｍ^−１）は、約３１７０ｃｍ^−１（脱イオン水の特性ピーク）から約３１７５ｃｍ^−１へとシフトし、非水素結合、単水素結合、および、二重水素結合の特性ピーク（約３３１０〜３６４０ｃｍ^−１）は、約３４４９ｃｍ^−１から約３４５４ｃｍ^-１へとシフトする。詳細には、水分子の赤外線スペクトルにおける三重水素結合の特性ピーク（約３０９０〜３３１０ｃｍ^−１）は、約３１７０ｃｍ^−１から約３１７５ｃｍ^−１へとシフトし、赤外スペクトルにおける単水素結合および二重水素結合の特性ピーク（約３３１０〜３６４０ｃｍ^−１）は、約３４４９ｃｍ^−１から約３４５４ｃｍ^−１へとシフトする。好ましくは、それぞれ、約３１７０ｃｍ^−１〜約３１８３ｃｍ^−１より大きく、約３４４９ｃｍ^−１〜約３４６１ｃｍ^−１より大きくてよい。

他の実施形態によれば、本発明の微小水クラスタは、脱イオン水より高い蒸発率を有する。本発明の微小水クラスタの蒸発率は、脱イオン水の蒸発率より時間当たり３％を超えて高く、好ましくは、７．２％を超えて高い。好ましくは、脱イオン水より時間当たり７〜１２％高い。ＭｉｌｌｉＱ（登録商標）システムを用いた電気抵抗は、１８．２ＭΩ・ｃｍである。

他の実施形態によれば、約１気圧下、約２２．８℃における本発明の微小水クラスタ中の塩化ナトリウムの溶解度は、約３７ｇ ｄＬ^−１より大きく、好ましくは、約４１．３ｇ ｄＬ^−１である。好適な範囲は、約３８．５ｇ ｄＬ^−１〜４０．５ｇ ｄＬ^−１である。他の実施形態によれば、１気圧下、２２．８℃における本発明の微小水クラスタ中の最大溶存酸素量は、約２１ｍｇ Ｌ^−１より大きく、好ましくは、約２３．８ｍｇ Ｌ^−１である。好適な範囲は、約２１．５ｍｇ Ｌ^−１〜２３．０ｍｇ Ｌ^−１である。

本発明の装置および方法は、強い水素結合構造を効果的に破壊して、本発明の微小水クラスタの構造である弱い水素結合および非水素結合構造にする。したがって、本発明の微小水クラスタは、特異的特性および機能を有する。一実施形態では、対照としての脱イオン水（非水素結合レベルは約２１．２９％）と比べ、本発明の微小水クラスタの非水素結合レベルは、約２４．１１％である。本発明の微小水クラスタの非水素結合レベルは、脱イオン水の非水素結合レベルより、約１３％高くなる。（（２４．１１％−２１．２９％）／２１．２９％×１００％）。

他の実施形態によれば、本発明の微小水クラスタの自由ＯＨ振動（非水素結合）は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）４００（分子量４００）との水素結合を形成することができる。したがって、ＰＥＧ４００における微小水クラスタの溶解度の測定値は、約２％、好ましくは、約３％、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または、約１０％を超えて予想値より小さい。

他の実施形態によれば、２５℃における本発明の微小水クラスタの飽和蒸気圧は、脱イオン水の飽和蒸気圧より約３．０％、好ましくは、約４％、約５％、約６％、約７％、約８％、約９％、または、約１０％を超えて高い。

他の実施形態によれば、本発明の微小水クラスタは、上記金属粒子によって処理されるので、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）によって測定可能な金属残渣がある。好ましくは、この残渣の濃度は、約０．０５ｐｐｂより高く、より好ましくは、０．１ｐｐｂ、０．２ｐｐｂ、０．３ｐｐｂ、０．４ｐｐｂ、０．５ｐｐｂ、０．６ｐｐｂ、０．７ｐｐｂ、０．８ｐｐｂ、０．９ｐｐｂ、あるいは、１．０ｐｐｂより高くてよい。脱イオン水における金属濃度は、約０．０３ｐｐｂである。

本発明の微小水クラスタは、一般的な水とは異なる特異的特性を有する。例えば、常温および常圧での固体および気体溶解度が高く、水分子間の水素結合は弱い。さらに、常温および常圧における本発明の微小水クラスタは、長時間安定して存在することができる。例えば、少なくとも２日間、好ましくは３日間安定して存在できる。本発明の微小水クラスタを他の成分と混合した後、これら他の成分は、水クラスタの非水素結合または弱い水素結合と結びつくことができるので、微小水クラスタは、その特性および長所を保ちつつ、凝集することなく形状を維持することができる。したがって、本発明の微小水クラスタは、実用性がある。本発明の微小水クラスタは、特異的特性を有するので、フリーラジカルを除去し、細胞炎症からの一酸化窒素放出を阻害することにより、酸化および炎症を防ぐことができる。さらに、本発明の微小水クラスタは、血液中の老廃物の除去率を高めるための血液透析液として用いられることができ、また、血液透析用の水として用いられることもできる。

したがって、本発明は、血液透析液としての本発明による微小水クラスタの使用も提案する。本発明は、さらに、血液透析液を調製する方法も提供する。その方法は、血液透析液を金属ナノ粒子と接触させるステップと、結果として生じた溶液を照明することにより、本発明の微小水クラスタを得るステップと、結果として生じた微小水クラスタを用いて血液透析液を調製するステップと、を含む。本発明はまた、金属ナノ粒子でコーティングされた血液透析バッグまたは血液透析カラムと、本願明細書に記載されるような照明装置とを備えた血液透析装置も提供する。本発明の微小水クラスタを用いた血液透析において血中尿素窒素（ＢＵＮ）およびクレアチンを７０％除去するのにかかる処置時間を血中尿素窒素（ＢＵＮ）では４７％、クレアチンでは５９％減少させることができる。また、本発明の微小水クラスタは、リポ多糖体（ＬＰＳ）誘発炎症反応における一酸化窒素の発生を抑制することができるので、血液透析をより安全かつ効率的にする。

他の側面では、本発明は、本発明の微小水クラスタのポリメラーゼ連鎖反応への使用を提案する。本発明の微小水クラスタを用いて反応させた場合、反応速度は、脱イオン水の３倍を上回る。これは、本発明の微小水クラスタがポリメラーゼ連鎖反応を促進させることができることを示している。

水自体に広い用途があるので、本発明の微小水クラスタは、化粧品、美容医療、医薬、エネルギー産業、さまざまな化学製品および物的生産物に用いることができ、産業上の利用可能性がある。

［実施例］
［実施例１ 本発明の微小水クラスタの調製］
金ナノ粒子を焼結し、セラミック粒子（ＳｉＯ_２９２％、４０メッシュ）の表面に堆積させて金ナノ／セラミック粒子を準備した。この金ナノ／セラミック粒子１，０００ｍＬで透明ガラスカラムを満たした。照明下においてガラスカラム中に流速１ｍＬ／分で脱イオン水を流すことにより、本発明の微小水クラスタを調製した。

［実施例２ 本発明による微小水クラスタのラマンスペクトル］
金ナノ粒子の表面プラズモン共鳴スペクトルをラマン分光法により測定した（パーキンエルマーラムダ８００／９００分光光度計使用）。試料を３ｍＬ容量の石英セルに入れた。水は、バックグラウンド値として用い、走査速度は、７５０ｎｍ／分であった。金ナノ粒子溶液の最大吸収バンドは、５１９ｎｍであった（図３）。金ナノ／セラミック粒子の表面プラズモン共鳴スペクトルをラマン分光法（パーキンエルマーラムダ８００／９００分光光度計使用）によって測定した。走査速度は７５０ｎｍ／分であり、反射信号を測定した。湿潤させたセラミック粒子をバックグラウンド値として用い、金ナノ／セラミック粒子溶液の表面プラズモン共鳴スペクトルは、５３８ｎｍであった。紫外可視光スペクトルによれば、赤い金ナノ粒子溶液の最大吸収バンドは、５１９ｎｍであり、セラミック粒子に堆積した金ナノ粒子の最大吸収バンドは、５３８ｎｍにシフトしたことがわかった。図３に示すように、可視光ゾーン全体にわたるエネルギーを金ナノ粒子によって吸収することができ、その結果、表面プラズモン共鳴効果が生じる。光源の５３８ｎｍに近い波長を用いると、より強い表面プラズモン共鳴効果が生じる。

ラマン分光法による分析は、脱イオン水（対照）、実施例１の微小水クラスタ、および、ろ過水（陽性対照）において行われた。ろ過水は、微小水クラスタと同様に調製したが、金ナノ粒子を含まないセラミック粒子中を通過させた点が微小水クラスタと異なる。脱イオン水を金ナノ／セラミック粒子の表面に触れさせることにより、超微小水クラスタが得られる。０．７ｃｍの円形の銀片と共に、脱イオン水、微小水クラスタ、および、ろ過水をそれぞれ０．５ｍＬずつ丸底容器に入れ、マイクロラマン分光計（ＵｎｉＲＡＭ−Ｒａｍａｎ）で測定した。銀片の表面に顕微鏡の焦点を合わせた後、２，６００〜４，０００ｃｍ^−１の範囲で試料を走査した。波長は５３２ｎｍ、露光時間は１秒とした。繰り返し３０回走査した後、ＯＨ振動信号が得られ、スペクトルデータの分析を行った。超微小水クラスタのラマンスペクトルは、脱イオン水で湿潤させた金ナノ／セラミック粒子を銀片表面に散布することによって測定した。銀片表面に顕微鏡の焦点を合わせた後、上記と同じ条件の下で試料を走査した。ラマンスペクトルの結果を図４に示す。

ＯＨ振動位置を３０１８ｃｍ^−１、３２２３ｃｍ^−１、３３９３ｃｍ^−１、３５０６^−１、および、３６２４ｃｍ−１に設定し、各水試料に対して同じ半地全幅を用いて、スペクトルデコンボリューション分析を行った。３５０６ｃｍ^−１および３６２４ｃｍ^−１の位置は、弱い水素結合および非水素結合の領域であることを示す。ＯＨ振動バンド全体の領域に対するこの領域の割合は、非水素結合レベル（弱い水素結合レベルも含む）として定義される。

脱イオン水を対照（非水素結合レベルは２１．２９％）として用いる場合、微小水クラスタの非水素結合レベルは２４．１１％であった。微小水クラスタの非水素結合レベルは、脱イオン水より１３％高い。ろ過水の非水素結合レベルは、２１．８０％であり、これは、脱イオン水の非水素結合レベルと同様である。超微小水クラスタの非水素結合レベルは、３０．３１％である。超微小水クラスタの非水素結合レベルは、脱イオン水と比較より４２％高い。微小水クラスタを照明なしで調製した場合、非水素結合レベルは、脱イオン水と同様の２１．５０％である。微小水クラスタの調製に、照明が必須要素なのは明らかである。銀ナノ粒子、白金ナノ粒子、金ナノ／酸化チタン粒子複合体、および、金ナノ／銀粒子複合体を用いて調製された微小水クラスタの非水素結合レベルは、それぞれ２４．３６％、２３．７６％、２４．１７％、および、２４．９４％である。これは、本発明の微小水クラスタを調製するには、他の貴金属ナノ粒子、および、他の貴金属ナノ粒子複合体も用いられうることを示している。

a: 照明なしで微小水クラスタを調製
b: 銀ナノ粒子を用いて微小水クラスタを調製
c: 白金ナノ粒子を用いて微小水クラスタを調製
d: 金ナノ／酸化チタンナノ粒子複合体を用いて微小水クラスタを調製
e: 金ナノ／銀ナノ粒子複合体を用いて微小水クラスタを調製

［実施例３ 本発明の微小水クラスタにおける水素結合の減少］
脱イオン水（微小水クラスタの含有量０％）を対照として用いた場合（非水素結合レベルは２１．２９％）、実施例１の微小水クラスタの非水素結合レベルは、２４．１１％である。微小水クラスタの非水素結合レベルは脱イオン水よりも１３％高い。微小水クラスタの比率を２５％（非水素結合レベルは２１．８４％）、５０％（非水素結合レベルは２２．８９％）、および、７５％（非水素結合レベルは２３．３３％）とする場合、非水素結合レベルは、それぞれ２．６％、７．５％、および、９．６％高くなる。これは、微小水クラスタの濃度と、微小水クラスタの非水素結合レベル（図５参照）とが直線関係にあり、強い水素結合が破壊されて、弱い水素結合および非水素結合となり、その結果、微小水クラスタの構造が形成されることを示している。したがって、微小水クラスタは、特異的特徴および機能を有する。

［実施例４ 本発明の微小水クラスタの調製における異なる照明時間および異なる光源の効果］
２０ｍＬの金ナノ／セラミック粒子と共に、２０ｍＬの脱イオン水（ＤＩ水）を５０ｍＬ容量のガラス瓶に加えた。 瓶を標準的な振動数のシェーカーに載置し、異なる光源によって照明した。異なる時点で水の試料を採り、ラマン分光法で測定してバンドデコンボリューション分析用のＯＨ振動信号を得ることにより、非水素結合レベルを決定した。昼光ランプおよび緑色ＬＥＤランプ（波長５３０ｎｍ）で２４０分照明した後、これらで照明した微小水クラスタの非水素結合レベルはいずれも約２４．４％という飽和値に達することができた。緑色ＬＥＤランプを用いて照明すると、５３０ｎｍ波長にエネルギーが集中して表面プラズモン共鳴効果が強くなるため、約１０分後に飽和値に達することができる。一方、昼光ランプを用いて照明すると、約１２０分後に飽和値に達する（図６参照）。

［実施例５ 本発明の微小水クラスタの赤外吸収スペクトル］
脱イオン水（ＤＩ水：対照）および微小水クラスタ（ＳＷＣ）のフーリエ変換赤外スペクトルをフーリエ変換赤外分光計（ブルカー社製Ｔｅｎｓｏｒ ２７）によって測定した。スペクトル分解は８ｃｍ^−１であり、走査を３０回繰り返した。試料をインターナショナルクリスタルの精密な取り外し可能なセル（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｅｍｏｕｎｔａｂｌｅ Ｃｅｌｌ）に注入した。ポリテトラフルオロエテンセパレータの厚みは、０．０１５ｍｍであった。約３０９０〜３６４０ｃｍ^−１の範囲の水のＯＨ振動は、２つの部分に分割できる。約３０９０〜３３１０ｃｍ^−１の波長における特性ピークは、三重水素結合（高密度水素結合）を示し、約３３１０〜３６４０ｃｍ^−１の波長における特性ピークは、非水素結合、単水素結合、および、二重水素結合を示す（ザ・ジャーナル・オブ・フィジカルケミストリーＢ、２０１２年、１１６、１０６０９）。脱イオン水を金ナノ／セラミック粒子で処置した後、特性ピークは、３１７０ｃｍ^−１から３１８３ｃｍ^−１へ、３４４９ｃｍ^−１から３４６１ｃｍ^−１へとそれぞれシフトした（図７参照）。これは、水分子間の相互作用が弱くなり（フィジカルケミストリー・ケミカルフィジックス、１９９９年、１、４６１９）、その結果、金ナノ／セラミック粒子の処理によって水分子間の水素結合を破壊して微小水クラスタが調製できることを示す。

［実施例６ 本発明の微小水クラスタの気化速度］
実施例１の微小水クラスタは、脱イオン水（対照）よりも非水素結合レベルが１３％高い。したがって、常温および常圧では、微小水クラスタは、脱イオン水より速く蒸発する。しかしながら、一定の期間の後、微小水クラスタの気化速度が脱イオン水の気化速度と同じになった時点で、微小水クラスタの弱い水素結合および非水素結合レベルは、脱イオン水の弱い水素結合および非水素結合レベルと同じになる。微小水クラスタを調製する場合、脱イオン水を２０ｍＬの金ナノ／セラミック粒子と共にフラスコに入れ、標準的な振動数のプレート上に載置した結果、金ナノ／セラミック粒子の表面に生成された微小水クラスタは、蒸発し、粒子表面から離れる。こうして微小水クラスタが粒子表面上で連続的に生成される。

２５０ｍＬ容量のフラスコに８０ｍＬの脱イオン水を加え、別のフラスコには、２０ｍＬの金ナノ／セラミック粒子と共に８０ｍＬの脱イオン水を加えた。２つのフラスコを標準的な振動数のプレートの上に載置し、２つのフラスコの水の減少量を１時間ごとに７回測定して蒸発した水の量を決定した。脱イオン水および微小水クラスタから蒸発した水の量は毎時間変化しうるが、微小水クラスタから蒸発した水の量は、脱イオン水から蒸発した水の量より３％を超えて多い。平均すると、微小水クラスタから蒸発した水の量は、脱イオン水より７．２％多い（図８参照）。

［実施例７ 本発明の微小水クラスタの溶解度］
２０ｍＬの実施例１の微小水クラスタおよび脱イオン水をそれぞれ試料瓶に加えた。水溶液に過剰な塩化ナトリウムを加え、３０分間混ぜ合わせた。３０分後、どちらの瓶にも未溶解物があった。各溶液の１００ｍＬの水における塩化ナトリウムの溶解度を決定するため、１ｍＬの飽和溶液の重さを計った。さらに、タピマイシン（商品名：ｔａｐｉｍｙｃｉｎ）の溶解度も決定した。１．２ｇのタピマイシンを測定し、２つの試料瓶にそれぞれ加えた。そして、試料瓶に、微小水クラスタおよび脱イオン水を溶媒として加えた。未溶解の粉末がなくなるまで混合し続けた後、溶質は完全に溶解して透明なゲル状溶液となった。１００ｍＬの水に対するタピマイシンの溶解度は、１．２ｇのタピマイシンを溶解するのに必要な水（ｍＬ）に基づいて得られる。

本発明の微小水クラスタの最大溶存酸素量をさらに測定した。微小水クラスタおよび脱イオン水を５０ｍＬ容量の試料瓶それぞれに４０ｍＬ加えた。泡状の気体酸素をそれぞれの水に３０分間加え、それぞれの瓶のキャップを回して硬く閉めた。水を５分間放置した後、ポータブル溶存酸素計（ルートロン・エレクトロニック・エンタープライズ、台湾、ＤＯ−５５１０モデル）によって最大溶存酸素量を測定した。

以下の表は、微小水クラスタおよび脱イオン水における異なる溶質の溶解度を示す。

上記表２から、微小水クラスタにおける塩化ナトリウム、タピマイシン、および、酸素の溶解度は、脱イオン水よりもそれぞれ１４％、３５％、および、１７％高い。これは、微小水クラスタの構造は、普通の水とは異なり、水に対する固体および気体の溶解度を効果的に高めることを示している。

［実施例８ 微小水クラスタのＰＥＧ４００への溶解量の測定］
１０質量％の水を含む水溶液を調製するため、脱イオン水および微小水クラスタをＰＥＧ４００水溶液にそれぞれ加えた。脱イオン水、および、本発明の微小水クラスタによって調製されたＰＥＧ４００水溶液における水の量を水分計で測定した。結果は、脱イオン水が１０．９７質量％、本発明の微小水クラスタが１０．４４質量％であった。微小水クラスタは、振動に対してより自由で有効なＯＨ基を含むので、ＰＥＧ４００との水素結合を形成することができ、水素結合を形成する水分子は、カールフィッシャー試薬とは反応し得ないので、測定値は、予想値を下回る４．８％であった。

［実施例９ 本発明の微小水クラスタの飽和蒸気圧］
他の気体を除去するため、実験前に測定システムを真空にしてから適量の水を用いて実験を開始した。蒸気圧が一定になるまで、異なる時点で２５℃の蒸気圧を測定した。この特定の温度での一定の蒸気圧は、飽和蒸気圧である。６時間後、脱イオン水および微小水クラスタの飽和蒸気圧は、それぞれ、０．０３１６ｂａｒ（３１.６ｈＰａ）、および、０．０３４４ｂａｒ（３４.４ｈＰａ）であった。したがって、温度２５℃では、微小水クラスタの飽和蒸気圧は、脱イオン水の飽和蒸気圧より８．９％高い。

［実施例１０ 本発明による微小水クラスタのＤＰＰＨフリーラジカル除去能力の分析］
２，２−ジフェニル−１−ピクリルヒドラジルのフリーラジカル（ＤＰＰＨ）は、電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）の測定に通常使用される安定したフリーラジカルである（食料と栄養研究誌、第４５巻、２００６年、Ｎｏ．１、１〜１１ページ）。メタノールまたはエタノール溶液中においてＤＰＰＨは、安定的に生成され、ＥＰＲによって検出される。抗酸化物（ＡＨ）またはフリーラジカル（Ｒ・）によって還元されると、フリーラジカルＤＰＰＨは消去または減少するので、ＥＰＲ測定は、微小水クラスタのフリーラジカルを除去する能力を決定するために用いられることができる。

ＤＰＰＨをメタノールに加えることによりメタノール溶液中に４ｍＭのＤＰＰＨを得た。脱イオン水に対する微小水クラスタの比率が異なる水溶液を４ｍＭのＤＰＰＨメタノール水溶液と１：１の体積比でそれぞれ混合し（ＤＰＰＨの最終的な濃度は２ｍＭ）、暗所に２時間置いた後にＥＰＲ測定した（ブルカー社製 ＥＭＸ ＥＳＲスペクトロメーター使用）。脱イオン水（微小水クラスタは０％）を対照として用い、そのＥＰＲ強度は４０３３であった。ＤＰＰＨフリーラジカルを除去する微小水クラスタの能力は、２４％高かった。微小水クラスタの濃度が２５％の場合、ＥＰＲ強度は３７８３であり、微小水クラスタの濃度が５０％の場合、ＥＰＲ強度は３６７５であり、微小水クラスタの濃度が７５％の場合、ＥＰＲ強度は３４１６である（図９参照）。２５％、５０％、および、７５％の微小水クラスタがＤＰＰＨフリーラジカルを除去する能力は、それぞれ６．２％、８．９％、および、１５％それぞれ高い。これは、微小水クラスタの濃度とフリーラジカル除去能力とは直線関係にあり、微小水クラスタが、ＤＰＰＨフリーラジカルを効果的に除去できることを示している。

［実施例１１ 本発明による微小水クラスタのＯＨフリーラジカル除去能力の分析］
フェントン試薬は、Ｈ_２Ｏ_２とＦｅ^２＋イオンとの反応において酸化力が強い非選択的ＯＨフリーラジカル（・ＯＨ）を生成することができ、このＯＨフリーラジカル（・ＯＨ）は、廃水中の分解しづらい有機物質を酸化させることができる。しかしながら、ＯＨフリーラジカルは、強酸化性物質であるため、細胞膜、血管壁、タンパク質、遺伝子を損傷させ、人体を老化させたり病気の原因となることもあり、ヒトの健康に有害である。フェントン試薬によって生成されるＯＨフリーラジカルの減衰は非常に速いので、フリーラジカルを捕獲するためにＤＭＰＯ（５，５ジメチル−１−ピロリン−Ｎ−オキシド）を加える必要があり、それによってＤＭＰＯ−ＯＨフリーラジカルが生成される。その後、フリーラジカルの強度をＥＰＲによって測定できる。

ＯＨフリーラジカルを生成するために、脱イオン水（対照群）、微小水クラスタ、および、ろ過水（陽性対照）をそれぞれ１４０μＬ加えてフェントン試薬反応を行った。ろ過水および微小水クラスタは、実施例２に記載した方法と同じように生成した。その後、リン酸緩衝液を２０μＬ、５００μＭのＥＤＴＡ（Ｆｅ^２＋／エチレンジアミン四酢酸）を２０μＬ、２００μＭのＨ_２０_２を１０μＬ、および、２ＭのＤＭＰＯを１０μＬ溶液に追加した。反応後、ＥＰＲによってＤＭＰＯ−ＯＨ信号を測定した。

脱イオン水によって調製されたフェントン試薬を対照群として用い、本発明の微小水クラスタによって調製されたフェントン試薬を実験群として用いた。その結果、本発明の微小水クラスタは、６３％のフリーラジカルを効果的に除去できることを示した。また、ろ過水は、フリーラジカルを除去できないこともわかった。上記結果は、フリーラジカルの除去は、セラミック粒子の表面に堆積させた金ナノ粒子を照明した後の表面プラズモン共鳴によって可能になることを示している。

［実施例１２ 本発明による微小水クラスタのＮＯ放出を減少させる能力の分析］
身体の免疫系が微生物またはその分泌物（リポ多糖体（ＬＰＳ）またはリポテイコ酸など）によって刺激された場合、活性酸素種（ＲＯＳ）が生成され、一酸化窒素（ＮＯ）の生成が誘発されうる。その結果、さまざまな炎症反応が起きうる。

ＮＯの量は、温度３７℃、５％のＣＯ_２下で、ウシ胎児血清（１０％）、ペニシリウム（１００単位／ｍＬ）、および、ストレプトマイシン（１００μｇ ｍＬ^−１）を含む培地において、アメリカン・タイプ・カルチャー・コレクションより購入したＲＡＷ２６４．７細胞、および、ラットマクロファージ細胞株を培養することによって測定した。培養後、濃度（２×１０^５細胞／ウェル）の９６ウェルプレートに培地を加え、ウェルに異なる濃度の大腸菌ＬＰＳ（０〜１００ｎｇ ｍＬ^−１）を追加して２４時間培養した。室温で１０分間、１００μＬの培地を１００μＬのグリース試薬で反応させ、波長５７０ｎｍの吸収値を分光光度計（ラボシステムズ、フィンランド、ヘルシンキ）で測定した（リン ＨＣ、Ｔｓｉ ＳＨ、チェン ＣＳ、チャン ＹＣ、リー ＣＭ、ライ ＺＹ、リンＣＭ、キサンチンオキシダーゼ阻害およびフリーラジカルスカベンジング活性、バイオケミカルファーマコロジー誌、２００８年、７５：１４１６〜１４２５）。

ＬＰＳの量は、１０ｎｇ ｍＬ^−１から２５ｎｇ ｍＬ^−１、５０ｎｇ ｍＬ^−１、７５ｎｇ ｍＬ^−１、及び１００ｎｇ ｍＬ^−１まで増加した。培地の溶媒として実施例１の微小水クラスタを用いた。脱イオン水（ＤＩ水）を培地の溶媒として用いた場合と比べ、上記濃度の微小水クラスタにおけるＮＯ放出量は、それぞれ、１．０％、１１．５％、１４．１％、１３．７％、および、１６．２％低かったので、微小水クラスタがＬＰＳによって誘発される炎症を効果的に抑制できることを示している（図１１参照）。

［実施例１３ 本発明の微小水クラスタの安定性の分析］
実施例１の微小水クラスタを調製した後、０、１、２、３、および、５日後の非水素結合レベルは、それぞれ２４．１１％、２３．５２％、２３．１１％、２２．１１％、および、２１．３９％であった。脱イオン水の非水素結合レベルと比べ、微小水クラスタは、少なくとも３日間は安定して存在できる。

［実施例１４ 本発明の微小水クラスタの拡散分析］
金ナノ粒子と照明を組み合わせて処理した水は弱い水素結合を有するが、これがその新規な拡散特性に関与している。図１２は、異なる水をベースとした食塩水におけるサイクリックボルタモグラムを示す。（ＤＩ水−ＮａＣｌは、脱イオン水で調製した食塩水である；ＡｕＮＴ水−Ｎａｃｌは、金ナノ粒子と昼光ランプによる照明とを組み合わせて処理した微小水クラスタで調製した食塩水である；ｓＡｕＮＴ水−ＮａＣｌは、金ナノ粒子と緑色ＬＥＤランプによる照明とを組み合わせて処理した微小水クラスタによって調製した食塩水である）。図１２（ａ）は、食塩水におけるＫ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６（フェリシアン化カリウム）の拡散係数を示し、図１２（ｂ）は、食塩水におけるヒドロキノン（ＨＱ）の拡散係数を示す。従来の脱イオン水の代わりにＡｕＮＴ水を用いると、計算されたＫ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６の拡散係数は、２．７６×１０^−６ｃｍ ｓ^−１から３．５９×１０^−６ｃｍ ｓ^−１に増大し、ＨＱの拡散係数は、１．７８×１０^−６ｃｍ ｓ^−１から２．０×１０^−６ｃｍ ｓ^−１に増大した。これは、Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６の拡散係数が３０％、ＨＱの拡散係数が１２％増大したことになる。緑色ＬＥＤで照明して調製したＡｕＮＴ水を用いると、Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６の拡散係数は６７％、ＨＱの拡散係数は２４％増大した（Ｋ_３Ｆｅ（ＣＮ）_６が４．６２×１０^−６ｃｍ ｓ^−１；ＨＱが２．２０×１０^−６ｃｍ ｓ^−１）。上記の結果から、脱イオン水によって調製された未処理の食塩水の拡散効果が最も低く、金ナノ粒子と緑色ＬＥＤランプによる照明とを組み合せて処理した微小水クラスタによって調製した食塩水（ｓＡｕＮＴ水−ＮａＣｌ）の拡散効果は、金ナノ粒子と昼光ランプによる照明とを組み合わせて処理した微小水クラスタによって調製した食塩水（ＡｕＮＴ水−ＮａＣｌ）よりも高い。

［実施例１５ 本発明の微小水クラスタの血液透析分析］
実施例１で示したように、金ナノ粒子表面プラズモン共鳴によって水を処理することにより微小水クラスタを得た後、この微小水クラスタを用いて血液透析液を調製した。微小水クラスタの消炎効果を評価するために、実施例１２で述べた、ＬＰＳにより誘発されるＮＯ放出の抑制を用いた。図１３は、ＡｕＮＴ水−ＮａＣｌおよびｓＡｕＮＴ水−ＮａＣｌによって調製された血液透析液の消炎効果を示す。ＤＩ水−ＮａＣｌによって調製された血液透析液と比べ、ＬＰＳによって誘発されたＮＯ放出の抑制を評価した。図１４（ａ）および（ｂ）に示すように、ＤＩ水の食塩水、および、ｓＡｕＮＴ食塩水を用いて血液中の７０％の血中尿素窒素（１００ｍｇ ｄＬ^−１）を除去するのにかかる処置時間は、それぞれおよそ３０分、１６分である。ＤＩ水の食塩水、および、ｓＡｕＮＴ食塩水を用いて血液中の７０％のクレアチン（２０ｍｇ ｄＬ^−１）を除去するのにかかる処置時間は、それぞれおよそ２９分、１２分である。これらの結果は、食塩水の透析液をＤＩ水ではなくＡｕＮＴ水にすることにより、７０％の血中尿素窒素およびクレアチンを除去するためにかかる処置時間は、それぞれ４７％、５９％短縮することができることを示唆している（図１４（ｂ）参照）。上記結果に示されるように、脱イオン水で調製された未処理の食塩水の血液透析効果が最も低く、金ナノ粒子と緑色ＬＥＤランプによる照明とを組み合わせて処理した微小水クラスタによって調製した食塩水の血液透析効果は、金ナノ粒子と昼光ランプによる照明とを組み合わせて処理した微小水クラスタによって調製した食塩水（ＡｕＮＴ水−ＮａＣｌ）より高い。

もう１つの方法としては、体外血液透析を分析するために、血液透析に用いるＡＫカラム（Ｂ３−１．０Ａ）を金ナノ粒子でコーティングし、血液透析の間、照明して小さな水クラスタを同時に生成した。血中尿素窒素、クレアチン、および、他の媒質分子（Ｂ１２）を含む試料を異なる流速でＡＫカラムを通過させた。ここで、「未処理」とは金ナノ粒子のコーティングおよび照明なしのＡＫカラムを示し、「ＬＥＤ処理されたＡｕＮＰ」とは、金ナノ粒子コーティングを施し、緑色ＬＥＤランプで照明したＡＫカラムを示す。血液透析液は、ＤＩ水で調製した。結果を図１５（ａ）、（ｂ）、および、（ｃ）に示す。図１５（ａ）は、血中尿素窒素の除去効率を示し、図１５（ｂ）は、クレアチンの除去効率を示し、図１５（ｃ）は、Ｂ１２の除去効率を示す。図１５に示すように、金ナノ粒子でコーティングして照明したＡＫカラムによる血中尿素窒素、クレアチン、および、Ｂ１２の除去率は、未処理のＡＫカラムより高い。

［実施例１６ 本発明の微小水クラスタを用いたポリメラーゼ連鎖反応］
１ｍｇのＤＮＡテンプレート、０．５ｍＭのプライマ、０．２ｍＭのｄＮＴＰ（デオキシリボヌクレオチド三リン酸）、および、０．５Ｕ／ｍＬのＴａｑポリメラーゼを用いたポリメラーゼ連鎖反応を実行するために、実施例１の微小水クラスタが用いられた。その後、ＰＣＲ生成物をＴＡＥアガロースゲルによって電気泳動にかけた。微小水クラスタでポリメラーゼ連鎖反応を実行するためにｑｎｒＢバクテリア遺伝子フラグメントを用いた。生成物Ａ（増幅されたｑｎｒＢバクテリア遺伝子フラグメント）のポリメラーゼ連鎖反応速度は、脱イオン水の２０倍高かった。この結果は、微小水クラスタがポリメラーゼ連鎖反応速度を効果的に上昇させることを示している（図１６参照）。

１ 照明装置
２ カラム
３ 金ナノ／セラミック粒子
４ 切り替え制御弁
５ 入口
６ 出口
７ エネルギー
８ 中空容器
９ 入口
１０ 出口

Claims (8)

1. １つ以上の照明装置と、セラミック粒子の表面に焼結したナノサイズの貴金属が堆積してなる、表面プラズモン共鳴が可能な焼結貴金属ナノ／セラミック粒子を保持する１つ以上のホルダとを備え、
   前記ホルダが、処理される脱イオン水が供給される１つ以上の入り口および処理された水が回収される１つ以上の出口を有する透明な中空カラムであり、
   前記出口は、前記入り口より狭く、
   前記出口は切替え制御弁を有し、
   前記中空カラム内は、前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子によって満たされ、
   前記照明装置からの光が前記中空カラムを透過して前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子に提供され、
   前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子は、波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍのエネルギーを吸収すると、前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子の表面プラズモン共鳴が可能になる、
   水処理装置。
2. 前記照明装置は、５３８ｎｍの波長を有する光源である、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記照明装置は、昼光ランプ、ＬＥＤランプ、電球、水銀ランプ、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、または、ハロゲンランプである、請求項１に記載の水処理装置。
4. 前記ＬＥＤランプは、緑色ＬＥＤランプである、請求項３に記載の水処理装置。
5. 前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子の大きさは、０．１ｎｍ〜１００ｎｍである、請求項１に記載の水処理装置。
6. 前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子は、球形、円筒形、楕円形、立方形、または、立方体の形状を有する、請求項１に記載の水処理装置。
7. 水を調製する方法であって、
   請求項１に記載の水処理装置を提供するステップと、
   被処理水である脱イオン水を前記１つ以上の入り口から供給することにより、前記脱イオン水と前記中空カラム内の前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子とを接触させるステップと、
   前記焼結貴金属ナノ／セラミック粒子を照明することにより、処理済み水を得るステップと、を含む、
   水の調整方法。
8. 前記照明にかかる時間は、１〜４８０分である、請求項７に記載の水の調整方法。