媽媽在家用小蘇打洗菜的盆友，請高高舉起你們的雙手好嗎？

怎麼去除瓜果蔬菜上面的蟲卵和病菌，是爸媽們永遠的主題。用流水沖、用鹽水泡、用各種菜果清洗液輔助清洗，近幾年，還流行用起了小蘇打……也許，你也在網絡上看到了一種廣告，用……氣泡洗菜？

近些年來，新興的微納米氣泡處理技術開始進入人們的視野。“傳聞中的”微納米氣泡水不僅可以有效殺滅食物上的一些有害細菌，還能瓦解農藥殘留，這些理論有科學依據嗎？

甚至可以用來洗狗子 | Youtube / Thera-Clean Microbubbles

在解開這個謎團之前，我們先來了解一下微納米氣泡吧。

比發絲直徑還小的氣泡

我們從尺寸上區分了普通氣泡和微納米氣泡。在大多數的研究中，普通氣泡定義為直徑在100微米到10毫米之間的氣泡，而尺寸在1納米至50微米的微氣泡和納米氣泡統稱為微納米氣泡。

氣泡尺寸大小比較 | 作者繪制

要知道，我們頭發絲的平均直徑有約90多微米，比發絲直徑還小的微納米氣泡理論上是不能夠用肉眼分辨的，但是當氣泡數密度足夠大時，含有微納米氣泡水的溶液呈乳白色，看上去彷佛可爾必思飲料一般。

微納米氣泡水與自來水對比 | 作者提供

微納米氣泡不僅在尺寸上與普通氣泡有明顯差别，它們的性質也與普通氣泡有很大的不同。在水中，普通氣泡會快速上升至液體表面，然後發生破裂。微納米氣泡的壽命則相對較長，微氣泡在溶液中會發生塌陷皺縮成小氣泡，直至破裂消失；納米氣泡則會持續穩定地存在于液體當中。

普通氣泡和微納米氣泡的不同之處 | 參考文獻[4]，作者漢化

微納氣泡發現史

有趣的是，在幾十年前，科學家并不相信微納米氣泡的存在。

經典力學楊氏-拉普拉斯方程理論告訴我們，氣泡在縮小的時候，氣泡内部的壓力也會逐漸增大，壓力達到一定程度時就會導緻氣泡的破裂，整個過程氣泡的存在時間很短暫，所以氣泡是很難穩定存在的。另外，當時的科研輔助手段有限，科學家們無法觀測到微納米氣泡。

理論不支持并且觀測不到，這讓早期科學家們對微納氣泡的存在持否定态度。

1950年開始，有了關于氣泡壽命和氣泡半徑關系的預測理論。

先前，經典力學楊氏-拉普拉斯方程針對的對象是普通的宏觀氣泡，因此很難解釋微納。根據新的預測理論，在飽和溶液中的一個納米氣泡的壽命隻有幾毫秒。

1962年，科學家們第一次利用超聲空化技術，産生了壽命5小時的微納米氣泡空穴。

1994年，納米氣泡的概念正式被提出，此時的微納米氣泡被用來解釋兩個物體之間的吸引力。

2000年開始，微納米氣泡的存在得到研究者的認可，研究者對其性質和更詳細的研究相繼展開。也就是在這時通過原子力顯微鏡觀測到了表面微納米氣泡的第一張圖像。

用原子力顯微鏡敲擊模式成像的水中雲母表面的納米氣泡 | Lou et al., 2000

經曆了半個多世紀的研究後，在理論和實際觀測的雙重支持下，微納米氣泡終于擁有了姓名。

進入到21世紀，理論研究和技術設備都在進步，我們想知道關于微納米氣泡的更多性質。2010年，研究者首次通過冷凍掃描電子顯微鏡獲得了微納米氣泡的圖像，并獲得了存在時間為2周的納米氣泡圖像。這些證據充分表明了微納米氣泡壽命比普通氣泡的壽命要長得多。

為什麼微納米氣泡可以穩定存在幾小時甚至幾周的時間呢？2018年，研究者做出了解釋——因為微納米氣泡表面攜帶有微弱的負電荷，使溶液中的微納米氣泡之間具有排斥阻力，從而促進了微納米氣泡的穩定，避免了微納米氣泡之間的聚結和破裂，從而也阻止了更大的氣泡的形成。

發現了就要用起來

自微納米氣泡的存在得到确認後，微納米氣泡由于其獨特的特性——尺寸小、壽命長、低浮力，高内壓，以及其生成過程、物理化學和表面性質等，開始引起人們的研究興趣。

2003年，研究者利用微納米氣泡的尺寸優勢，将尺寸比較均勻的微納米氣泡與附體分子結合，産生納米尺寸的超聲造影劑。研究發現，與微納米氣泡結合的附體分子與和乳腺癌、卵巢癌等腫瘤中過度表達的腫瘤靶點有特異性的親和力。通過與微納米氣泡結合獲得的這種新型靶向超聲造影劑，在腫瘤早期定量診斷和靶向治療方面，具有潛在的應用前景。也就是從這時起，各種實驗室規模的微納米氣泡研究開始了。

用納米氣泡作超聲造影劑孵育的細胞圖像 | 參考文獻[2]

2016年，研究者通過實驗證明了微納米氣泡水還可以用于提高種子的發芽率。在溶液的酸堿度達到一定值時，微納米氣泡變得不再穩定，從而發生破裂塌陷，在塌陷的瞬間微納米氣泡會産生活性氧化物種。單位體積的水中微納米氣泡的數量越多，産生活性氧化物種的含量越高。在相同的溶解氧濃度下，有研究者用蒸餾水、高密度納米氣泡水和低密度納米氣泡水重複進行了菠菜種子和胡蘿蔔種子萌發實驗，結果兩種納米氣泡水均能提高種子的發芽率，低密度氣泡水效果最好，種子發芽率相較于蒸餾水來說提高了15個百分點。

除此之外，微納米氣泡還可應用于提升水質淨化效率。大量的實驗證據表明，氣泡對顆粒的收集效率和浮選效率随氣泡尺寸的減小而增加。在通過氣泡對顆粒浮選的過程中，當氣泡的尺寸從655微米減小到75微米時，氣泡對顆粒的聚集效率整整提高了100倍，大大提高了水質淨化效率。

不僅如此，微納米氣泡水還可用于水質的消毒。

微納米氣泡在崩塌産生活性氧化物種的同時還伴随有湍流的産生，二者為水質消毒和淨化提供了巨大的潛力。有研究表明與傳統的臭氧消毒相比，用同樣含量的臭氧制備的微納米氣泡對大腸杆菌的消毒效果要好得多。在這個過程中，微納米氣泡坍塌産生的活性氧化物種和沖擊波被認為是大腸菌群滅活的主要原因。

然而，實驗室規模的研究表明，微納米氣泡的産生以及用于水消毒的成本仍然高于傳統的氯化和臭氧處理。這也是微納米氣泡沒有普及的主要原因之一。

未來，如果微納米氣泡水能夠大規模普及，不僅洗菜洗碗能省下好多力氣，這種綠色消毒技術也能對環境保護做出極大的貢獻。

參考文獻

[1]Agarwal, A., Ng, W.J. and Liu, Y. 2011. Principle and applications of microbubble and nanobubble technology for water treatment. Chemosphere 84(9), 1175-1180.

[2]Yang, H., Cai, W., Xu, L., Lv, X., Qiao, Y., Li, P., Wu, H., Yang, Y., Zhang, L. and Duan, Y. 2015. Nanobubble-Affibody: Novel ultrasound contrast agents for targeted molecular ultrasound imaging of tumor. Biomaterials 37, 279-288.

[3]Khaled Abdella Ahmed, A.; Sun, C.; Hua, L.; Zhang, Z.; Zhang, Y.; Marhaba, T.; Zhang, W. 2018. Colloidal Properties of Air, Oxygen, and Nitrogen Nanobubbles in Water: Effects of Ionic Strength, Natural Organic Matters, and Surfactants. Environmental Engineering Science 35 (7), 720-727.

[4]Agarwal, A.; Ng, W. J.; Liu, Y. 2011. Principle and applications of microbubble and nanobubble technology for water treatment. Chemosphere 84 (9), 1175-80.

作者：香香

編輯：悲催的铊寶寶 酥魚

排版：洗碗

題圖來源：《海綿寶寶》

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