遠心分離機における分離プロセスの映像を公開 / Credit:The Centrifuge Camera Channel（YouTube）_Yogurt, Forest Fruits, Banana & Apple – Smoothie（2022）

遠心分離機は、高速回転させることで生じる遠心力を利用して、試料の成分を分離させる機械です。

これを利用して、汚染水をきれいにしたり、廃油を油と水と泥に分けたり、食品加工において品質を高めたり、血漿から血液製剤を作ったりできます。

このように様々な分野で大活躍する遠心分離機ですが、2500G（地球の重力加速度の2500倍）を発生させるデバイスの内部を撮影することは簡単ではありません。

普段から遠心分離機を使用している研究者たちでさえ、試料が分離していく過程を見ることはほとんどないのです。

そこで元研究者で現在は科学写真家であるオランダのモーリス・ミッカーズ氏は、彼自身が開発した遠心分離機カメラを用いて、非常に珍しい遠心力で試料が分離する映像を撮影・公開しています。

ここでは、遠心分離機の内側の世界をいくつかご紹介します。

目次

遠心分離機用のカメラを開発し、分離プロセスの映像を記録することに成功

遠心分離機用のカメラを開発し、分離プロセスの映像を記録することに成功

遠心分離機は、高速回転による遠心力を利用して、比重の異なる物質を分離する機器です。

サラダドレッシングを放置すると水と油に分離してしまうように、通常（1G）の環境でも、比重の異なる物質は時間をかけてゆっくり分離していきます。

この原理を遠心力を利用することで、たとえ比重差が僅かでも、短時間で分離できるようにしたのが、遠心分離機です。


遠心分離機 / Credit:Wikipedia Commons_遠心分離

一般的には、2000～4000Gの遠心力を発生させて分離させますが、医療分野では1万G以上を発生させることもあるのだとか。

この遠心分離機は様々な分野で活躍しており、医薬品・電子材料・食品の製造、汚水や廃油の浄化に利用されます。

血液から赤血球や白血球などを分離したり、生物学的サンプルからDNAやRNAを抽出したりすることも可能です。

オランダのモーリス・ミッカーズ氏は、以前、オランダ国立公衆衛生環境研究所（RIVM）で働いており、数え切れないほど遠心分離機を使用してきました。

しかし、そんな彼でさえ、サンプルの「遠心分離前」と「遠心分離後」だけしか見たことがありませんでした。

もちろん科学的な図解やアニメーションから、遠心分離機の中でどのようなプロセスが生じているのかは知っていました。

それでも、サンプルが分離していく過程を実際の映像で見ることはなかったのです。

これは多くの研究者たちも同様でしょう。


ミッカーズ氏が設計した遠心分離機用カメラの部品 / Credit:Maurice Mikkers_The Centrifuge Camera — Will it separate?（2022）

そこでミッカーズ氏は、科学写真家に転職した後、遠心分離機の内部をカメラで記録したいと考えました。

長期にわたる試行錯誤の末、独自の設計や3Dプリンタを活用し、2500Gを発生させる遠心分離機の内部にカメラやその他の電子部品を取り付けることに成功しました。

そして2022年には、様々な液体が分離する様子をYouTubeで公開しています。

例えば下の動画は、マヨネーズを45分かけて遠心分離した映像を早送りしたものです。


遠心分離機にかけた「マヨネーズ」 / Credit:The Centrifuge Camera Channel（YouTube）_Mayonnaise（2022）

上部から底部にかけて、油、卵、水の層に分かれていく様子を観察できます。

続いては果肉入りのオレンジジュースです。


遠心分離機にかけた「果肉入りのオレンジジュース」 / Credit:The Centrifuge Camera Channel（YouTube）_Fresh Orange Juice With Pulp（2022）

最初は果肉が底部にたまる様子が目立ちますが、徐々に透明な水の層が作られます。

最終的には様々な層がはっきりと見えるようになっていますね。

最後はヨーグルトやベリー、バナナ、リンゴで作られたスムージーです。


遠心分離機にかけたスムージー / Credit:The Centrifuge Camera Channel（YouTube）_Yogurt, Forest Fruits, Banana & Apple – Smoothie（2022）

最初は赤とピンクの2つの層が目立ちますが、最終的には、液体の赤い層とペースト状の白い層、底部の繊維層の3つに分かれていますね。

彼のチャンネルには、他にも様々なサンプルが遠心分離していく映像が投稿されています。

オランダのトゥウェンテ大学（Universiteit Twente）の流体力学者アルバロ・マルティン氏によると、この映像は「流体力学の研究者であれば誰でも驚く」ほど貴重なものだといいます。


遠心分離機にかけたスムージーの分離前と分離後。分離プロセスの映像は流体力学者を驚かせている / Credit:The Centrifuge Camera Channel（YouTube）_Yogurt, Forest Fruits, Banana & Apple – Smoothie（2022）

現在、ミッカーズ氏の技術は、マルティン氏が主導する料理科学の研究に用いられており、その成果は2023年11月に開催されたアメリカ物理学会・流体力学部門の年次総会「76th Annual Meeting of the Division of Fluid Dynamics」にて発表されました。

加えて彼は、下水汚泥から貴重な資源を回収するプロジェクトにも参加しており、彼が開発した遠心分離機用のカメラが役立つ可能性があります。

そして遠心分離機の内部を視覚的に知ることは、食品科学や排水処理に限らず、遺伝学、物理学、芸術など、あらゆる分野の研究者にとって非常に重要です。

今後も、ミッカーズ氏の遠心分離機カメラの映像を通して、不透明だった私たちの理解が明確になっていくに違いありません。



参考文献

Incredible Videos Take Us Inside a Centrifuge For The First Time
https://www.sciencealert.com/incredible-videos-take-us-inside-a-centrifuge-for-the-first-time

The Centrifuge Camera — Will it separate?
https://medium.com/micrograph-stories/the-centrifuge-camera-channel-will-it-separate-252e99b8f0b9

ライター

大倉康弘: 得意なジャンルはテクノロジー系。機械構造・生物構造・社会構造など構造を把握するのが好き。科学的で不思議なおもちゃにも目がない。趣味は読書で、読み始めたら朝になってるタイプ。

編集者

海沼 賢: ナゾロジーのディレクションを担当。大学では電気電子工学、大学院では知識科学を専攻。科学進歩と共に分断されがちな分野間交流の場、一般の人々が科学知識とふれあう場の創出を目指しています。