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明志科技大學電漿與薄膜科技中心-低溫大氣電漿醫療技術的研發重鎮

最後更新日期 : 2020-07-16

明志科技大學電漿與薄膜科技中心設立之宗旨為推動電漿與薄膜科技之開發與應用,促進產官學研交流合作,其任務涵蓋學術研究、技術服務、專利開發、技術轉移及教育訓練。中心致力於感應偶合電漿化學氣相沉積(ICP-CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(PE-CVD)、濺鍍、蒸鍍、液態電漿、低溫大氣電漿、電漿聚合等領域的專業技術,推動國內薄膜與電漿科技開發與應用,目前已成功開發包括低溫大氣電漿殺菌與傷口癒合治療技術、大氣電漿除汙、薄膜太陽能電池、鋁/鎂/鈦/鋯合金微弧氧化(MAO)表面改質技術、微端銑刀鍍膜、抗塑膠射出膜具沾粘薄膜、抗菌薄膜、金屬玻璃薄膜、生物相容性薄膜、抗電磁波薄膜、複合抗反射薄膜等製程技術及應用產品。

電漿是物質的第四態,由一群正負帶電粒子、中性原子、分子與激發狀態的中性分子所構成的一團物質,其中的正電荷(通常為正離子)和負電荷(通常為電子)總數約略相等;因此電漿整體為電中性。電漿可分成熱電漿與冷電漿兩類,其中的熱電漿常被用來材料加工製造,例如電弧銲接、電弧融煉及電漿噴塗;而冷電漿常被用來製造薄膜與表面改質,例如半導體產業常用的濺鍍、電漿輔助物理氣相沉積、電漿輔助化學氣相沉積等等。

中心近年來與長庚大學與長庚醫院共同合作,致力於開發低溫大氣電漿之醫療應用技術有成,其研究成果已在兩個國際知名學術期刊(Journal of Clinical Medicine與Frontiers in Bioengineering and Biotechnology)發表。低溫大氣電漿(cold atmospheric pressure plasma)是屬於冷電漿的一類,其裝置如(圖1)所示,使用較高電壓與極低電流使氦(He)或氬(Ar)氣體解離產生輝光放電,在適當控制電源參數與氣體種類比例的條件,所產生的電漿溫度接近人體溫度(37oC),由於這種電漿含有OH自由基與氮氧化物(NO),皆會抑制細菌的成長,並且經過DNA電泳實驗與細菌顯微觀察證實,低溫大氣電漿造成細菌的DNA雙鏈斷裂與打破細菌之細胞壁,因此可以達成100%殺死大腸桿菌的效果(圖2)。

另一方面,若是再適當控制電源參數、氣體種類比例與電漿處理時間,低溫大氣電漿更能用來進行傷口癒合治療,經過細胞爬行實驗證實,電漿處理的時間15秒最佳,且使用氦氣與氬氣混和氣體,電漿所產生的反應性氮與氧物質(reactive oxygen and nitrogen species,RONS)可以有效促進細胞的成長(圖3)。由大鼠動物實驗的結果來看(圖4),經由氦氣與氬氣混和氣體的低溫大氣電漿處理14天之後可使傷口面積大幅縮小,比不做處理的控制組與使用純氦氣組的效果明顯許多。其機理是低溫大氣電漿RONS可刺激傷口的細胞修復,產生角質細胞生長與上皮細胞轉化成間皮細胞的反應,並促進肉芽組織生成與減少傷口發炎,因而達到傷口癒合的效果。

目前低溫大氣電漿醫療技術在美、德、日、韓等科技先進國家已有大量的學術研究與少量的產品上市,已被證實在殺菌、殺癌細胞、傷口癒合治療、止血、牙科與皮膚科治療都具有相當的成效。中心正在持續與台灣地區醫療產業相關廠商洽談電漿醫療技術轉化成商業產品的可行性,歡迎台灣產學研界與明志科技大學電漿與薄膜科技中心聯絡與交流,共同進行低溫大氣電漿醫療技術與技術的研究與開發。

明志科技大學電漿與薄膜科技中心網址: https://cptft.mcut.edu.tw/

 

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