粘伊菱、李壽南、程建瑋、張顓麟、鄭瑞翔 / 工研院材化所
2020年爆發的新冠肺炎疫情迅速蔓延全球,統計至2024年,已有6.7億人確診,且死亡人數更超過690萬人,嚴重威脅全球公共衛生,並對經濟、教育體系及社會生活造成重大衝擊。雖然疫苗研發持續進展,但病毒仍不斷變異,因此削減細菌與病毒對於降低疾病傳播風險至關重要。然而,目前市售空氣清淨機大多僅將細菌與病毒捕捉至濾網,其殺菌、滅病毒功能有待提升。本文將介紹雙重殺菌空氣清淨機技術,並結合集氣罩應用於採檢、插管等操作,可於疫情發生時期,提供更清新、安全與衛生的室內空間,以保護第一線醫療人員的健康與生命安全。
【內文精選】
雙重殺菌技術介紹
1. 富氧炭材技術
富氧炭化製程相較於常見的熱裂解法,是利用高溫低氧的上方點火法,因為不是絕氧狀態,大氣中的氧氣會在炭化的過程中滲入炭化系統,使得產出的生物炭表面具有較多的含氧官能基(C–OH,C=O, COOH),也因此獲得富氧炭材(Oxygen-rich Carbon Material)的稱號。
2. 雙重殺菌技術
(1) UV殺菌技術介紹
自然界中的紫外線來自太陽光,太陽光的紫外線波長介於100 nm~400 nm,又可以分為三種:UVA、UVB、UVC。UVA波長320 nm~400 nm(長波紫外線),波長最長,故能量最低(波長與能量成反比),可穿透雲層、玻璃進入室內及車內,甚至穿透皮膚到真皮層造成曬黑;UVB波長280 nm~320 nm(中波紫外線),多數被臭氧層吸收,UVB僅能達到肌膚表層,造成肌膚表層的受傷,引起皮膚曬傷及紅腫熱痛,嚴重時會起水泡或脫皮;UVC波長最短(短波紫外線、深紫外線、遠紫外線),介於100 nm~280 nm,紫外線的波長越短,所攜帶的能量就越強,傷害愈大,但由於200 nm以下的波長為真空紫外線,會被地球臭氧層所阻隔,太陽光所產生的UVC無法抵達地球,對人體影響不大。
(3) 紫外線與臭氧雙重殺菌技術
工研院材料與化工研究所研發團隊將雙重殺菌技術應用於空氣清淨機內。將塵蟎、細菌、病毒等微生物,以醫療級濾網(HEPA)捕捉後,利用高能量深紫外燈作為第一重殺菌,把大部分的微生物體消滅;再利用紫外線產生濃度約10~40 ppm的高濃度臭氧作為第二重殺菌,將紫外燈無法照射、殺菌不完全處進行徹底之殺菌,而臭氧同時也將異味去除;最後,再結合研發團隊於2014年研發之富氧炭材專利技術,應用至雙重殺菌空氣清淨機內,將完成殺菌後的高濃度臭氧,利用富氧炭材濾網過濾。透過雙重殺菌之空氣清淨機,可得到無菌、無異味的乾淨空氣(圖十二)!
圖十二、雙重殺菌於空氣清淨機殺菌與去除臭氧示意圖
雙重殺菌技術驗證
雙重殺菌空氣清淨機之專利,透過技術轉移給國內臺禹科機與聯一光電兩家廠商。臺禹科機所開發的雙重殺菌空氣清淨機,經SGS測試與認證之PM2.5、甲醛、有機物、細菌濃度等四項檢測,去除效率皆>99.9%。
雙重殺菌空氣清淨機經工研院生醫與醫材研究所和塑膠中心對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌進行了10分鐘的滅菌驗證,其雙重殺菌效果達到了百萬等級(即10-6),滅菌效果>99.9999%,符合食藥署的無菌規範。
圖十四、工研院生醫所針對金黃色葡萄球菌進行雙重殺菌與臭氧殺菌比較
另外,雙重殺菌空氣清淨機也由國立中興大學獸醫學院進行滅冠狀病毒效能測試,經實驗10分鐘單一UVC照射,有效病毒量減少約15.6%;10分鐘UVC與臭氧雙重殺菌,消滅效果>99.999% (10-5),此實驗證實雙重殺菌可有效殺滅冠狀病毒!
防疫設備應用
2019年申請的雙重殺菌空氣清淨機專利技術,經SGS、工研院等多方實驗證實滅菌效果。同(2019)年底,新冠病毒爆發,2020年台灣出現第一起病例,研發團隊立刻與附近的南投草屯佑民醫院合作,進一步開發飛沫捕集罩,結合雙重殺菌技術,完成三項負壓飛沫捕集雙重殺菌防疫設備,包括:插管罩、採檢箱與簡易型個人防護艙(圖十七)。在疫情最嚴重、人心惶惶時,防疫設備降低傳染風險,實際協助第一線醫護人員 ---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》450期,更多資料請見下方附檔。