淞耀大氣電漿與台科大合作 將口罩滅菌除味延長使用

於2020年所引發的新型冠狀病毒所引發的肺炎,於中國武漢爆發疫情也已迅速蔓延至世界各地,(俗稱:武漢肺炎,2019-nCoV)全球確診人數已達近八萬人,死亡人數也近2600人。今年1月31日世界衛生組織(WHO)宣布疫情提升至國際公共衛生緊急事件(PHEIC),成為全球所要面臨的防疫問題,針對病毒的研究、快篩藥劑開發與解藥研究已刻不容緩。為了防堵冠狀病毒的快速傳播,除了勤洗手之外,降低飛沫傳染的可能性,最簡單的方式即使用防止飛沫入侵的口罩。而中央流行疫情指揮中心表示,醫療級口罩屬於第一級醫療器材,其結構主要由3層組織,口罩內層為具備吸水親膚的水針不織布,易吸收佩戴者的口沫,中間層為靜電過濾層,屬於熔噴不織布,可吸附病菌與有害物質,外層則為防潑水的紡黏不織布可隔絕飛沫侵入。

臺灣區不織布工業同業公會則表示,一般民眾如果不是在高危險環境下工作,一片一次性的口罩用個3-5天,基本上是沒有什麼太大問題,主要更希望防疫物資要留給最需要的人。然而口罩內層之吸水特性,容易將唾液、口氣及用餐後的油膩氣味沾附於其上,一段時間使用後容易產生不愉悅的氣味,導致使用者不想帶回原口罩而減少口罩使用壽命。加上目前市面上的口罩供不應求,在貨源不足的情況下使民眾開始討論口罩再次回收使用的可行性,而學術單位與醫療機構也相繼在這項議題上提供看法與評估。對於口罩再次使用的相關文獻研究中顯示口罩滅菌再使用的方法則可採用乾熱(烘箱)、濕熱(蒸鍋)、高溫高壓滅菌、254nm紫外光、次氯酸鈉水、酒精等方式。上述這些方法雖然具備口罩殺菌消毒功能,但口罩材質屬於非耐熱性,常會造成口罩中間靜電過濾層、外部防潑水層破壞,進而影響並降低口罩攔阻空氣中微粒的能力,因此並不適合作為口罩再使用的處理方法。

電漿為物質第四態,簡單的來說為氣體在電場環境下具有帶電性質之集合體,而電漿物種整體來看則有電子、自由基、離子、中性物質、激發態分子、紫外光等,而電漿應用於滅菌技術亦發展許久,主要透過電漿生成之電荷轟擊細菌細胞壁使其破裂、活性物種以化學氧化作用加速破壞細胞壁,進而輔助電漿促使細菌水解、死亡。根據國內外研究文獻顯示,非熱平衡常壓電漿中的物種亦具有殺菌效果,相關電漿物種包含自由基、臭氧、活性氧/氮/氫、UV紫外光、電子、帶電粒子等。其中,自由基會侵蝕細菌細胞壁、臭氧與活性物種的高氧化能力能氧化細菌細胞壁、帶電粒子於電漿區域中對細菌細胞壁具有轟擊效果、UV紫外光會造成細菌DNA的破壞,因而使這些電漿物種具備殺菌的能力。此外,在眾多口罩消毒處理的方式中,常壓電漿表面處理方式最為環保與安全,由於其使用的氣體來源為一般空氣,而最終產物也將回歸大氣,對環境也沒有危害,相較次氯酸鈉有殘留氯氣的疑慮、酒精會破壞口罩結構及高溫造成的熔融問題等,常壓電漿表面處理技術具有非常大的發展潛力。

國立臺灣科技大學機械系郭俞麟教授團隊提出常壓電漿設備用於拋棄式口罩清潔之原型機組裝,與淞耀企業股份有限公司(常壓電漿設備)、華律企業股份有限公司(機械手臂設備)、英特美股份有限公司(自動化設備)三家產業界負責人與其員工、研究室成員經兩週時間組裝完成,並與台科大化工系何明樺教授與台北醫學大學牙體技術學系孫瑛穗助理教授討論滅菌機制。常壓電漿口罩清潔原型機對於口罩再使用的可行性評估主要包含兩個項目:1.處理方法需有殺菌效果、2.處理後口罩外觀完整結構沒有產生變化。由於常壓電漿技術在過往學者的研究結果中顯示具有殺菌顯著的效果,且經過適當的參數調整,口罩經由常壓電漿表面處理後不會對結構造成破壞。此外,由於口罩經長時間配戴後易於口腔接觸區域產生異味,而電漿物種亦能對異味氣體分子造成分解作用,因此校內許多教職員與學生在透過常壓電漿表面處理口罩後的反應多為:太神奇了!口罩的異味也消失了!

台科大機械系博士生陳松郁說,很開心可以將研究實際應用在生活上,尤其現在全球都在防疫,口罩需求量很大,能夠對社會做出一點貢獻很有成就感。

淞耀董事長盛信儒說,電漿過去經常應用在醫療產業,特別是用在高單價的醫療器材的滅菌消毒,這次因為疫情關係,看到民眾排隊買口罩很辛苦,接下來大學也即將開學,學生排口罩也更加困難,因此趕緊和台科大師生團隊合作,把電漿技術運用在口罩上面,延長口罩壽命,讓口罩可以再利用。

台科大與業界合作打造口罩滅菌機。圖左三起:淞耀董事長盛信儒、台科大機械系郭俞麟教授、台科大機械系博士生陳松郁。(台科大提供)

來源:國立台灣科技大學國家儀器科技研究中心