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[May 06, 2003]
物理：电浆﹕消毒杀菌的生力军
编辑：Agape
科学家利用在室温下产生的电浆﹐达成消毒杀菌的效果。
电浆是一种有趣的物质﹐其组成为带电粒子(如电子与离子) ﹐
以及不带电但具有化学活性的中性原子或分子。
它的应用﹐包括了半导体制程中的蚀刻﹑薄膜沉积﹐到模拟核融合的过程。
而拜小说家丰富的想像力之赐﹐在科幻影集星舰迷航(Star trek) 中﹐
也可见到它的踪迹(曲速引擎中线圈的能量来源)。
在最近的物理新知期刊( New Journal of Physics)里﹐
美国的科学家们则报导了利用室温下产生的电浆﹐来进行消毒杀菌的实验结果。
Old Dominion大学的Mounir Laroussi ﹐
与加州大学圣地牙哥分校的D. A. Mendis和M. Rosenberg合作﹐
采用一种称为电阻能障放电(resistive barrier discharge, RBD)的方式﹐
达成在室温环境下产生电浆。
这种方法是采用与传统方式相似的﹐
利用两片平行金属板作为气体放电的平面电极结构。
所不同的是﹐在其中一片电极上﹐加上一层高电阻物质。
其作用是限制放电电流的大小﹐以避免弧光(arcing) 放电。
用来产生电浆的气体﹐则是97%的氦气与3%的氧气混合物。
在60Hz的频率下﹐对电极板通以数千伏特的交流电压。
这样的方式﹐能够在低输入功率(50至300watts)的条件下﹐产生大体积的电浆。
接着﹐Laroussi等人将E. Coli(有细胞外薄膜﹐Gram-negative)
与Bacillus subtilis(无细胞外薄膜﹐Gram-positive)两种细菌﹐
暴露在电浆中十分钟。然后在电子显微镜下﹐
与其对照组的细菌样品比较﹐在细菌的细胞结构上有无差异。
结果他们发现﹐对于E. Coli细菌﹐电浆中的带电粒子﹐
对细菌的细胞外薄膜造成了显著的破坏。
至于Bacillus subtilis菌 ﹐与其对照组比较的结果﹐
在外观上并没有太大的损坏。此外﹐他们也对细菌在电场中﹐
细胞膜表面的电位分布进行了分析。结果发现在E. Coli菌的粗糙表面﹐
由于曲率的不同﹐会产生类似尖端放电的效应﹐
使得电浆中的自由(游离)基(free radicals) 与紫外线辐射容易透过﹐
对细胞内部的组织造成另一种程度的损坏。
根据这个称为electrostatic disruption的模型﹐
他们推论即使对于像Bacillus subtilis这种表面光滑的细菌﹐
只要有其表面有些许的突起﹐透过电场的分布﹐
加上使用适当的惰性气体分子产生电浆﹐
仍然有可能对其造成相当程度的破坏。
Laroussi等人认为他们所发展的低温电浆﹐
也可以应用在处理更有害或甚至会致命的细菌上。
由于电浆对细菌细胞外膜的破坏﹐可以在数微秒内完成﹐
他们预估可以将这项技术使用在对医疗器材的快速消毒﹐
以取代目前多为” 以毒攻毒 “的方式。
他们的下一个研究目标﹐则是尝试了解电浆对细胞内部﹐
究竟造成了何种程度的破坏﹐以期证明他们所提出的模型是否正确。
原始论文：
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)