傳統的消毒和滅菌技術，主要包括使用化學消毒劑和紫外線（UV）消毒，但通常受到無法有效滅活相當大比例的細菌和病毒等缺點的限制。例如，化學消毒劑經常留下可能使已經被污染的表面惡化的殘留物，因而有時會給消費者帶來安全隱患。另一方面，紫外線（UV）消毒需要長時間地直接照射，因此無法對被物體遮擋的區域進行有效凈化。此外，由于病原菌的光活化，紫外線照射有時也會導致嚴重感染。

近年來，研究表明等離子體活化水是一種很有前景的表面消毒替代品。等離子體包括由電子、正離子和負離子、中性和激發原子、基態和激發態分子、紫外光子以及自由基組成的電離氣體。當等離子體與水接觸時，在液-氣界面產生活性物質并擴散到液體中，產生含有活性物質的等離子體活化水。這些活性物質的存在導致樣品的pH值降低、電導率升高。當前的等離子體發生器（例如：等離子體射流和彗星等離子體系統）的復雜性和尺寸阻礙了便攜式操作，再加上等離子體壽命很短，就需要一種小型化的原位技術，可以根據需求同時實現對等離子體輻射源的活化和管理。

據麥姆斯咨詢報道，近日，來自莫納什大學馬來西亞分校工程學院（School of Engineering, Monash University Malaysia），由Ming K. Tan領導的研究小組在《Microsystems & Nanoengineering》期刊發表了題為“Nanoscale plasma-activated aerosol generation for in situ surface pathogen disinfection”的研究論文。這項研究通過將兩種用于等離子體和氣溶膠產生的納米級技術結合到一個足夠小和重量輕的集成器件中，從而證明這種技術實現的可能性。

研究人員通過在包含納米針陣列的氧化鋅（ZnO）納米棒上產生等離子體，然后使用等離子體活化通過底層毛細管芯輸送的水，隨后在MHz級聲表面波（SAW）下實現霧化。氣溶膠的產生涉及使用芯片級高頻納米振幅機電激勵形成聲表面波（SAW），其前所未有的1000萬g數量級的表面振動加速度為界面失穩提供了一種可高效生成微米級氣溶膠液滴的機制，以用于肺部給藥、熱管理、水過濾、薄膜沉積、質譜和材料合成等。此外，SAW已被證明是一種操縱微流體的強大工具，可用于許多微流體應用，例如液體和液滴傳輸、張力測量、混合、分選、加熱、灰水處理以及氣泡/粒子捕獲和操縱。

實驗過程中主要涉及到的裝置有芯片級SAW霧化器和等離子體發生器，包括氟摻雜氧化錫（FTO）襯底，在該襯底上生長ZnO納米棒，通過在納米棒和接地襯底之間施加高壓直流電（DC）來產生大氣壓等離子體。在裝置激發時，SAW將液體從儲液罐中通過紙條吸到芯片級SAW霧化器上，以形成氣溶膠。在通過紙條的過程中，液體暴露在其上方的ZnO納米棒產生的等離子體中，從而產生等離子體活化水，用于后續的氣溶膠化（圖1）。

圖1 實驗裝置及工作原理圖

研究人員通過實驗證明，該裝置適合小型化并可以集成到芯片級器件中，同時，還極大地改善了其等離子體活化能力——在等離子體活化的氣溶膠中，過氧化氫和亞硝酸根離子濃度分別提高了20%和127%。這反過來又使消毒時間減少了67%，從而實現了95%的細菌負荷降低，同時使得所需的給藥（霧化）時間顯著減少——從使用之前的彗星等離子體放電裝置的30分鐘減少到使用當前實驗裝置的9.5分鐘，因此展示了這項新技術作為按需現場使用的便攜式高效表面消毒平臺的潛力（圖2）。

圖2 用于滅活細菌的等離子體活化氣溶膠實驗效果

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41378-022-00373-3

審核編輯 ：李倩