【速報】電解水噴霧による殺菌効果を可視化(2020年04月25日) | 通信制高校のルネサンス高等学校

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【速報】電解水噴霧による殺菌効果を可視化(2020年04月25日)

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【速報】電解水噴霧による殺菌効果を可視化(2020年04月25日)

【速報】電解水噴霧による殺菌効果を可視化(2020年04月25日)

高校の理科室でも、この程度の実証実験ならば直ちにできます。本来の高校(=高等学校)とは、大学入学準備(「体験」を通じ「知識」を習得)をする場であり、実験・観察を通じて学ぶ場がないならば、学習塾とか予備校と違いがあるとは到底、言えないでしょう。塾や予備校で日本の大学受験を突破したとしても、実験や観察を通じて学ぶ体験*1はできません。が、高校は実験実証できる舞台=理科室があります。従って、高校の理科室で"探究活動"を実践しないのならば、それでは"宝の持ち腐れ"で高校とは呼べないと思います。

*1 「国際バカロレア(IB)」を名乗る世界中の高校なら、私がここで見せた即興の実験など造作もないはずである。逆に、日本で常態化している結論が決まっている実験を"再現(デモ)する"だけでは、見た目での操作が"実験"らしく見えても理科教育としての"実験"の要件を満たすとは言えない(それでは、社会に貢献していくための「科学する心」など到底、育ちません)。

前回、コロナ禍で食塩水を電気分解した電解水(初期には、「強酸性水」と呼んだ)に殺菌効果があることを実証した(事実としては25年前に確認してあったので今回、調達した機器の性能確認であった)。目的は、手指の消毒やドアノブ・手すりなどの"拭き取り用"であった(それでも、エタノールなど、他の消毒剤*2と比較して、手荒れを起こす心配はありません)

*2 電解水(次亜塩素酸水)が「消毒剤」ではない(法的には食品添加物として認可されたので正しいが、医療現場でも使われている)とか、有機物など還元性の物質と触れると失効する(間違いではないが、有機物を含む培地上での培養試験で有効性は実証できた)などネガティブ・キャンペーンも盛んであるが、既得権擁護や科学リテラシー不足に起因するもので、逆に次亜塩素酸ナトリウム(ハイター)で代用する方が危険である(注射させるとの迷案が出たそうだが、科学教育の基盤が脆弱である証拠に思える)。

今回、電解水を生成する際の食塩濃度を低濃度(1/10量)としても、殺菌効果が落ちないことが確認できたので、市販の噴霧器(「電解液対応」との表記のない格安な超音波加湿器)が故障なく運転でき、かつ発生したミストの殺菌効果を前回と同様、クロモアガーECC培地を用いて殺菌効果を確認する実験をしました(培養温度は43-44℃*2と設定し、糞便に由来する大腸菌を標的としたため青色コロニーしか出現せず)。

*3 人間の腸管に生息する真正の大腸菌は人間が時に高熱を出す場合にも生き抜いてきたので、40℃近くで培養すると、他の非糞便性大腸菌群(赤色コロニー)の同培地上での生育を阻止する(培養温度の設定で"選択圧"を掛けた意味を持つ)。

なお、寒天培地上で大腸菌のコロニーが発色する原理は、特定基質(X-GAL)を分解する酵素(βガラクトシダーゼ)が作用するからであり、クローニング操作後の遺伝子組み換え体(=リコンビナント)の選別操作(blue-white selection)で使われて来た技術の応用である。仏国・パスツール研究所にいた分子生物学者のRambach博士がベンチャー起業した(クロモアガー社)。長年、培地成分は特許で守秘されてきたが、今では酵素反応による変色性を持つ培地(chromogenic media)の基礎培地も公開された。目的に応じて配合をチューニングすることで発色程度は自由に変えられます(総代理店の関東化学から情報提供)。

私自身は都庁職員時代には当該培地を利用しており、JIS改訂委員を務めていたのでクロモアガーECC培地を推挙する原稿を起草・提出した直後、タイへJICA専門家として派遣され、帰国後は英国渡航準備に入り、3か月後には英国へ拠点を移してしまったので以降の日本の試験方法の変遷を確認していません(行政現場を離れたら、公定法の制約に縛られる必要性はないので*4)。

*4 試験方法策定に従事した実務経験者として言えることは、公定法=理想像ではないのです。実務現場で機材が調達でき、担当職員が原理を把握する素養があり、特定の業者だけ利することがないように仮に最善策があっても、代替策(古い処方の培地で温度選択を与えて、"高温耐性大腸菌群とする)で妥協する案も当然、残ります(これが、実務と研究との違いです)。

低濃度にした場合の利点は、ミスト化して微量ずつ連続噴霧できる利点です。拭き取り法と異なり1回の噴霧による殺菌力が微弱でも、連続(間欠)運転することで感染リスクを低減できます(電解水には脱臭効果もあり、畜舎脱臭に使用実績を持ちます。従って、実験動物を飼育している理科室でも有用です)。

低濃度電離水の3秒ごとの間欠噴出に5回(延べ15秒)と10回(延べ30秒)の大腸菌を塗布した平板へのミストの暴露実験の結果に明瞭な差が見られました(画像・下段左を参照)。左の平板は密に青色コロニーは生育していますが、右の平板はコロニー密度が疎な分、個々の青色コロニーは大きく生育しています。

超音波加湿器で作られるミストの粒径は約4ー5μmに対し、細菌細胞は1μm程度です。ミストの微細粒子平板全面に接触するワケでなく、1回の噴出でたまたまミストと接触した細菌細胞のみ殺菌したと考えると、この結果の説明がつきそうです。そう仮定するとコロニーが密な状態でお互いに培地中の栄養を奪い合ったり、代謝産物で他のコロニーに対し生育阻害を起こす可能性が考えられます(この現象は、生態学的には"密度効果"として、微生物学的には"アンタゴニズム*5"として説明可能です)。

*5 アンタゴニズムの研究史は古く、1905年に初期の記載(米・イェール大)があり、今でも2018年に総説論文がハーバード大医科学大学院(Harvard Medical School)の研究グループで公表され、100年以上もの長きにわたって研究されてきたテーマだとわかります(最近では、腸内フローラとの関連で注目)。

この電離水の噴霧システムは消臭効果もあるので、実験動物を飼育している理科室の消臭にも活かせます。使える技術を発掘し、それが有効かを実験・観察によって確認して行く活動は、問題練習とは比較にならないほど実効性があります。高校生諸君も、いずれ社会人として世に出たら、正解なき世界を生きて行くことになります。

そのための方策を心得て行くべき学びが本来、高校生諸君に培って貰うべく実体験を通じて"経験値"を高めて行く「教育デザイン」を企画し、こうして実証して見せているつもりです。他に、このようなリアリティに富む理科教育の実践校がありましたら是非、ご教示下さい。学校間の枠を超えて、是非とも交流して行きたい*6し、私からの情報提供にも支障はありません。私は自費購入した機材で実験していますので適用範囲は限定されますが、資金があれば大規模で除菌・脱臭できます文責:教育デザイン室長・竹内 準一)。

*6 現時点で「高校/サイエンス/コロナ禍/強酸性水/大腸菌」のキーワードで検索すると、私の投稿したブログ記事『消毒効果もつ「機能水」の卓効を実証実験』がGoogle検索の最上段にヒットしてきます。

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画像・上段左:暴露実験(寒天平板を電解水ミストに晒す)の様子、同・上段中:初発塩分濃度を1/10まで下げても殺菌力があることを確認、同・上段右:僅かな食塩添加量であれば、噴霧器(超音波加湿器)は故障せずに運転できている、同・下段左:コロニー密度の差(左:3秒×5回=15秒暴露、右:3秒×10回=30秒暴露)、同・下段右:便器*7の表面から大腸菌を含むバイオフィルムを綿棒で採取。

*7 便器からでなくても、便所の手洗い場のシンクの表面から大腸菌が拭き取り検査で検出されることがある。用便後、トイレットペーパーで拭き取る時に大腸菌が手指につくのは、衛生微生物学を心得ている者には常識である。だから手洗い不十分だと、調理人が原因で消化器系の伝染病が勃発する素因となる。が、最近、日本ではウォシュレットの普及率が高く、そのため新型コロナウイルス(covid-19)で気管支系に侵入せず肺炎に至らず、消化器系に入った場合は軽く便が緩む程度で腸管免疫がデキてしまうケースも起こり得る気がする。感染初期の動態が日本が特異的であったことの理由には、ウォシュレットの普及が特殊であったのかも知れない(米国では水道供給を停止され、手洗いもできない貧困層がいる)。

付記:日本の大学入試の対策は「過去」(高校の学習内容)」を問いますが、英国の大学入試は、正反対に「未来」(大学への学びの適合性)を判定する。これは、高校の学習内容と方法が大学入学後の学習内容や方法に整合性がないことを考えると、日本の大学入試が「選抜のための選抜=篩い分け」に過ぎたいと言う実態が否応にも露呈化する(合否のボーダーラインの点数は計算上、1点未満の僅差だと囁かれている)。

世界標準のA-レベル試験のような「大学入学準備教育」ではなく、日本の流儀は「大学入学選抜対策」に過ぎなかったからです(大学初年度分を高校で準備するため英国の大学学部は3年間で、1年分をA-レベル試験で先取りして学ぶのです)。A-レベルが求めるのは、長文を書く「論述式」で「記述式」でありません。自分の意見が表明でき、長文で論述できなければ、高等教育を受ける資格はないと判断されるのが普通です。教員も論述指導ができ、エッセイを読んで書き手の能力判定できないと、世界標準では教員失格なのです(竹内記)。

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