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以低溫電漿殺死空氣中99.9%的病毒

出處 UMichnews 作者 劉聖哲 年份 2019/08/07
報告類型 新聞報導 分類 原子科技及民生應用 資料時間 2019年8月
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  密西根大學的研究人員今年4月在「物理學報D:應用物理(Journal of Physics D: Applied Physics)」期刊上發表了一篇研究成果:在空氣中傳播的危險病毒當暴露於高能量、帶電的空氣分子所形成的低溫電漿(cold plasma)時,就會立刻變成無害。研究人員期望有一天這項研究成果,讓人類可以不再需要已使用百年歷史的外科口罩。

       大家都知道物質有固、液、氣三態,但事實上物質還有第四態,那就是「電漿」。如果對一氣態的物質持續施加能量,該物質之分子或原子內的電子其熱運動的動能就會增加,一旦電子熱運動動能超過原子核對它的束縛時,電子就成為自由電子,這樣的過程稱為電離。當氣態物質到達完全電離的狀態時,即形成電漿。

       於過去四、五十年中,電漿技術最大應用是在半導體積體電路(IC)之製造上,IC製程中每一階段歷經的蝕刻(etching)及蒸鍍(deposition)等步驟,都需要電漿裡的電子、離子、自由基等來擔任要角,以極精準地控制好IC電路製造。近來,低溫電漿技術逐漸開始應用於民生、醫療等領域,包括:食品加工、牙科、皮膚科、癌症研究及醫美等等。

       在密西根大學的研究中,研究團隊則是利用「介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharge)」以產生低溫電漿的原理,設計出內部有充滿硼矽酸鹽(borosilicate)玻璃小珠形成圓柱體之低溫電漿反應器,用以評估低溫電漿殺滅病毒之有效性與速度。

       反應器啟動後,研究人員把一種對人類無害的典型病毒隨氣流抽送入反應器中,空氣中的病毒會流經玻璃小珠之間的縫隙,這裡就是病毒被去活化(inactivated)的地方。研究人員解釋:「氣流中的病原體通過填充圓柱時會被稱為自由基的不穩定原子氧化,使它們感染細胞的能力下降。」在測試中,研究人員還追踪空氣中存在的病毒基因組(viral genome)數量。最後,研究團隊稱超過99%的空氣消毒效果確定是由於將病毒去活化而達成,剩下極少數則是由於反應器本身的過濾效果。此外,上述空氣消毒之過程僅需幾分之一秒的時間就能完成,因此,他們的技術有望用於許多需要供應無毒潔淨空氣之應用。

       研究人員最後補充提到:目前既有的空氣消毒技術有限,譬如以紫外線照射即不能達到快速消毒;而口罩最多也僅有過濾效果而已。因此,他們所提出的結合病毒去活化與過濾效果的低溫電漿技術,能更有效的提供無毒潔淨空氣。目前研究團隊已開始在安娜堡(Ann Arbor)附近的一個畜牧場測試他們的低溫電漿反應器。農畜業苦於如禽流感等傳染性牲畜疾病之危害,正說明對這類技術有迫切需求。