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[May 06, 2003]
物理：電漿﹕消毒殺菌的生力軍
編輯：Agape
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)