電漿﹕消毒殺菌的生力軍

Original publish date:May 06, 2003

編輯 Agape 報導

科學家利用在室溫下產生的電漿﹐達成消毒殺菌的效果。

電漿是一種有趣的物質﹐其組成為帶電粒子(如電子與離子) ﹐以及不帶電但具有化學活性的中性原子或分子。它的應用﹐包括了半導體製程中的蝕刻﹑薄膜沉積﹐到模擬核融合的過程。而拜小說家豐富的想像力之賜﹐在科幻影集星艦迷航(Star trek) 中﹐也可見到它的蹤跡(曲速引擎中線圈的能量來源)。在最近的物理新知期刊( New Journal of Physics)裡﹐美國的科學家們則報導了利用室溫下產生的電漿﹐來進行消毒殺菌的實驗結果。

Old Dominion大學的Mounir Laroussi ﹐與加州大學聖地牙哥分校的D. A. Mendis和M. Rosenberg合作﹐採用一種稱為電阻能障放電(resistive barrier discharge, RBD)的方式﹐達成在室溫環境下產生電漿。這種方法是採用與傳統方式相似的﹐利用兩片平行金屬板作為氣體放電的平面電極結構。所不同的是﹐在其中一片電極上﹐加上一層高電阻物質。其作用是限制放電電流的大小﹐以避免弧光(arcing) 放電。用來產生電漿的氣體﹐則是97%的氦氣與3%的氧氣混合物。在60Hz的頻率下﹐對電極板通以數千伏特的交流電壓。這樣的方式﹐能夠在低輸入功率(50至300watts)的條件下﹐產生大體積的電漿。

接著﹐Laroussi等人將E. Coli(有細胞外薄膜﹐Gram-negative)與Bacillus subtilis(無細胞外薄膜﹐Gram-positive)兩種細菌﹐暴露在電漿中十分鐘。然後在電子顯微鏡下﹐與其對照組的細菌樣品比較﹐在細菌的細胞結構上有無差異。結果他們發現﹐對於E. Coli細菌﹐電漿中的帶電粒子﹐對細菌的細胞外薄膜造成了顯著的破壞。至於Bacillus subtilis菌 ﹐與其對照組比較的結果﹐在外觀上並沒有太大的損壞。此外﹐他們也對細菌在電場中﹐細胞膜表面的電位分佈進行了分析。結果發現在E. Coli菌的粗糙表面﹐由於曲率的不同﹐會產生類似尖端放電的效應﹐使得電漿中的自由(游離)基(free radicals) 與紫外線輻射容易透過﹐對細胞內部的組織造成另一種程度的損壞。根據這個稱為electrostatic disruption的模型﹐他們推論即使對於像Bacillus subtilis這種表面光滑的細菌﹐只要有其表面有些許的突起﹐透過電場的分佈﹐加上使用適當的惰性氣體分子產生電漿﹐仍然有可能對其造成相當程度的破壞。

Laroussi等人認為他們所發展的低溫電漿﹐也可以應用在處理更有害或甚至會致命的細菌上。由於電漿對細菌細胞外膜的破壞﹐可以在數微秒內完成﹐他們預估可以將這項技術使用在對醫療器材的快速消毒﹐以取代目前多為” 以毒攻毒 “的方式。他們的下一個研究目標﹐則是嘗試了解電漿對細胞內部﹐究竟造成了何種程度的破壞﹐以期證明他們所提出的模型是否正確。

原始論文：

PhysicsWeb, Cold plasmas destroy bacteria, April 30, 2003

Plasma interaction with microbes, M. Laroussi et al., New Journal of Physics 5, 41.1-41.10 (2003)

參考來源：

• PhysicsWeb: Cold plasmas destroy bacteria
• New Journal of Physics: Plasma interaction with microbes

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