現代人長時間處於空氣品質不良的室內環境，尤其現在社會型態改變，許多大樓使用密閉式建築來節省能源的消耗，室內空氣汙染物的濃度居高不下，導致各種健康危害的風險增加，而生物氣膠就是影響室內空氣品質的重要汙染物之一。電漿需高電壓以及產生臭氧之問題，因此本研究結合了奈米碳管以及電漿系統來降低電壓、臭氧的問題，並有效處理生物氣膠污染。以減少生物氣膠所帶來的問題及降低健康之風險，希望未來能利用本研究發展相關之室內生物性空氣汙染物控制系統，降低室內空氣品質之不良問題。

本研究主要探討應用奈米碳管結合電漿系統，針對生物氣膠種類、流量、放電電極及放電電壓等變因，對於去除生物氣膠之影響，並找出最佳之條件，另外再以環測箱進行室內環境之模擬。結果發現，奈米碳管電極比一般電極所產生之臭氧濃度來的低，且起始電壓也較低。另外，奈米碳管電漿系統對於生物氣膠殺菌能力為：大腸桿菌＞嗜菌體病毒＞枯草桿菌，殺菌效果都比一般電極的效果好。而當電壓越高殺菌效果越好，但在相同電壓下流量越大，殺菌效率越差。電漿最主要利用帶電離子、臭氧以及紫外光的效果，將細胞膜破壞使其失去活性，或是氧化細胞膜脂質造成DNA失去複製能力等。本研究最佳的殺菌條件為在電壓6 kV、流量30 lpm時，殺菌效率均可達80 %以上，證明奈米碳管能降低電壓、減少臭氧問題並且具有較佳的殺菌效果。最後於環測箱內，發現奈米碳管電漿系統於短時間內就能將濃度30,000（CFU/m3）之生物氣膠消除，後續加上換氣率更能使環測箱內之生物氣膠快速的消滅，如放電時間越長，殺菌效果越好，希望未來可發展成室內生物氣膠控制技術。

Nowadays, people always live in indoor environment. When industrial and commercial development of society happens, especially lots of hermetic buildings have been constructed to save energy. Airborne pollutants, such as bioaerosols, in the airtight indoor become accumulated and their concentration must be enlarged. Therefore, bioaerosols are one of the major index pollutants to affect the indoor air quality (IAQ). Increased health risk and hazards are insulted by concentrated bioaerosols. Effective control of bioaerosol growth and gathering is necessary for IAQ.

The plasma has been used to sterilize and deactivate bioaerosols. Electrical particles produced by plasma are deposited on the outer membrane of bioaerosol cells which can be broken down by electrostatic tension. Furthermore, several reactive species, such as O3 and OH—, are produced to deconstruct cell membrane or oxidize amino acids and DNA inside the cells.In this study, the carbon nanotube (CNT) plasma was controlled at discharge voltage of 6 kV when air flow was 30 lpm. For three airborne bioaerosols (Escherichia Coli, Bacillus Subtilis, λ virus), their sterilization efficiency was greater than 80%. The CNT can reduce operation voltage of plasma to reduce mass production of ozone, and well bactericidal effect can be confirmed.

Finally, an environmental exposure chamber was used to simulate indoor environment where bioaerosol concentration of 30,000 CFU/m3 achieved. The CNT plasma system used a low operating voltage and generated a low ozone concentration to effectively remove bioaerosols in a short time. Exactly how the flow rate affects bioaerosol inactivation efficiency is also examined.

摘要 II
Abstract III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 前言 1
1-1 研究動機 1
1-2 研究目的 2
1-3 研究內容 2
1-4 研究流程 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 室內空氣品質 4
2-1-1 室內空氣品質重要性 5
2-1-2 室內空氣污染物 5
2-2 生物氣膠 9
2-2-1 細菌氣膠 9
2-2-2 真菌氣膠 9
2-2-3 病毒氣膠 10
2-3 生物氣膠的產生 11
2-4 生物氣膠的危害 12
2-4-1 流行性感冒 12
2-4-2 禽流感 12
2-4-3 新流感 13
2-4-4 嚴重急性呼吸道症候群 13
2-4-5 結核病 14
2-5 生物氣膠控制 15
2-5-1 紫外光殺菌技術 15
2-5-2 臭氧殺菌技術 16
2-5-3 抗菌濾材技術 16
2-5-4 光觸媒技術 17
2-5-5 負離子殺菌技術 17
2-5-6 電解水殺菌技術 18
2-5-7 電漿殺菌技術 19
2-6 奈米碳管 22
2-6-1 奈米碳管的結構 23
2-6-2 奈米碳管的場發射性質 24
2-6-3 奈米碳管場發射的應用 25
第三章 實驗方法 26
3-1 研究方法 26
3-2 實驗藥品及器材 27
3-2-1 實驗藥品 27
3-2-2 實驗器材 28
3-3 實驗菌種 29
3-3-1 大腸桿菌 30
3-3-2 枯草桿菌 30
3-3-3 噬菌體病毒 31
3-4 實驗系統 32
3-5 各項設備原理及方法 34
3-5-1 乾淨空氣供應系統 34
3-5-2 生物氣膠產生設備 35
3-5-3 電漿產生裝置 36
3-5-4 生物氣膠採樣器 37
3-6 空調測試腔 39
3-7 環測箱 40
3-8實驗步驟 41
3-8-1 前置實驗 42
3-8-2 空調測試腔實驗 42
3-8-3 環測箱之實驗 43
3-9 空調測試腔計算 44
3-10 環測箱存活率計算 44
第四章 結果與討論 45
4-1 前置實驗 45
4-1-1 生物氣膠濃度背景值 45
4-1-2 生物氣膠穩定度 46
4-2 奈米碳管電極與一般電極之起始電壓 48
4-3 奈米碳管電極與一般電極臭氧濃度比較 49
4-4 奈米碳管電極與一般電極對生物氣膠之去除效率 52
4-5 不同電壓對於生物氣膠殺菌之影響 55
4-6 不同流量對與電漿殺菌效果之影響 61
4-7 奈米電漿裝置於環測箱去除生物氣膠之探討 67
4-7-1 生物氣膠環測箱之濃度分佈 67
4-7-2 生物氣膠於環測箱之自然衰減 69
4-7-3 奈米電漿系統於環測箱之殺菌 74
第五章 結論與建議 81
5-1 結論 81
5-2 建議 82
參考文獻 83

表目錄
表2-1 室內污染源的種類及來源 6
表2-2 我國室內空氣品質建議值草案 6
表2-3 臭氧的基本物理及化學性質 16
表2-4 各種殺菌技術之整理 20
表2-5 各種類型場發射性質比較 24
表3-1 各種生物氣膠粒徑及特徵 29
表3-2 本研究之實驗條件及變因 41
表4-1 生物氣膠菌液濃度 45
表4-2 系統穩定度之實驗操作條件 46
表4-3 以大腸桿菌生物氣膠穩定度測試結果 47
表4-4 不同電極之臭氧濃度實驗操作條件 49
表4-5 不同電極之臭氧濃度 50
表4-6 不同電極之實驗操作條件 52
表4-7 不同電極放電對生物氣膠之去除效率 53
表4-8 不同電壓之實驗操作條件 55
表4-9 不同放電電壓對大腸桿菌生物氣膠殺菌效率 56
表4-10 不同放電電壓對枯草桿菌生物氣膠殺菌效率 57
表4-11 不同放電電壓對嗜菌體病毒生物氣膠殺菌效率 59
表4-12 不同流量之實驗操作條件 61
表4-13 不同流量對大腸桿菌生物氣膠殺菌效率 62
表4-14 不同流量對枯草桿菌生物氣膠殺菌效率 63
表4-15 不同流量對嗜菌體病毒生物氣膠殺菌效率 65
表4-16 生物氣膠於環測箱之自然衰減實驗條件 69
表4-17 大腸桿菌生物氣膠於環測箱內之自然衰減 70
表4-18 枯草桿菌生物氣膠於環測箱內之自然衰減 71
表4-19 嗜菌體病毒生物氣膠於環測箱內之自然衰減 73
表4-20 奈米碳管電漿系統於環測箱之殺菌實驗條件 74
表4-21 奈米碳管電漿系統對於大腸桿菌生物氣膠之濃度變化 75
表4-22 奈米碳管電漿系統對於枯草桿菌生物氣膠之濃度變化 77
表4-23 奈米碳管電漿系統對於嗜菌體病毒之濃度變化 79

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 3
圖2-1 電子顯微鏡觀察之SARS-CoV病毒顆粒 14
圖2 2多壁奈米碳管圖 22
圖2-3 場發射試驗示意圖 25
圖3-1 實驗系統圖 33
圖3-2 擴散乾燥管剖面圖 34
圖3-3 生物氣膠產生之系統之示意圖 35
圖3-4 電漿產生情形 36
圖3-5 一般電極及奈米碳管電極 36
圖3-6 SKC Quick Take 30型 高流量空氣採樣器 38
圖3-7 SKC Quick Take 30型 高流量空氣採樣器之示意圖 38
圖3-8 空調測試腔示意圖 39
圖3-9 環測箱內部示意圖 40
圖4-1 以大腸桿菌生物氣膠穩定度測試結果 47
圖4-2 不同電極電漿放電之臭氧濃度圖 50
圖4-3 不同電極對生物氣膠之去除效率 54
圖4-4 不同放電電壓對大腸桿菌生物氣膠殺菌效率 56
圖4-5 不同放電電壓對枯草桿菌生物氣膠殺菌效率 58
圖4-6 不同放電電壓對嗜菌體病毒生物氣膠殺菌效率 60
圖4-7 不同流量對大腸桿菌生物氣膠殺菌之影響 62
圖4-8 不同流量對枯草桿菌生物氣膠殺菌之影響 64
圖4-9 不同流量對嗜菌體病毒生物氣膠之影響 66
圖4-10 不同時間於環測箱內生物氣膠穩定時間 68
圖4-11 大腸桿菌生物氣膠於環測箱內之自然衰減 70
圖4-12 枯草桿菌生物氣膠於環測箱內之自然衰減 72
圖4-13 嗜菌體病毒生物氣膠於環測箱內之自然衰減 73
圖4-14 奈米碳管電漿系統對於大腸桿菌之濃度變化（ACH=1） 76
圖4-15 奈米碳管電漿系統對於大腸桿菌之濃度變化（ACH=0.5） 76
圖4-16 奈米碳管電漿系統對於枯草桿菌之濃度變化（ACH=1） 78
圖4-17 奈米碳管電漿系統對於枯草桿菌之濃度變化（ACH=0.5） 78
圖4-18 奈米碳管電漿系統對於嗜菌體病毒之濃度變化（ACH=1） 80
圖4-19 奈米碳管電漿系統對於嗜菌體病毒之濃度變化（ACH=0.5） 80

Andersen, I., and Korsgaard, J., 1986, “Asthma and the indoor environment: Assessment of the health implications of high indoor air humidity,” Environment International, Vol. 12, pp. 121-127.
Cohen, B. S. and McCammon, Jr., C. S., 2001,“Air Sampling Instruments—Sampling Biological Aerosols,”, ACGIH, 9th Edition,.
Cox, C. S., and Wathes, C. M., 1995, “Bioaerosols handbook,” NY: Lewis Publishers.
Deng S, Ruan R, Mok CK, Huang G, Lin X, Chen P., 2007, “Inactivation of Escherichia coli on almonds using nonthermal plasma,”Journal of Food Science, 72(2):M62-6.
Gohel A, Chin K.C., Zhu Y.W., Sow C.H., Wee A.T.S., 2005 “Field emission properties of N2 and Ar plasma-treated multi-wall carbon nanotubes,” Carbon, Vol. 43, pp. 2530-2535.
Gravesen, S., Nielsen, P. A., Iversen, R., and Nielsen, K. F., 1999 “Mircofungal contamination of damp buildings- examples of risk constructions and risk materials,” Environmental Health Perspectives, Vol. 107, pp. 505-508.
Griffiths, W. D., and EdCosemo, G. A. L., 1994, “ The Assessment of Bioaerosols: A Critical Review,” Journal of aerosol Science, Vol. 25, pp. 1425-1458.
Hsueh, P. R., Hsial, C. H., Yeh, S. H., Wang, W. K., Chen, P. J., Wang, J.T., Chang, S.C., Kao, C. L., and Yang, P.C., 2003, “Microbiologic characteristics, serologic responses, and clinical manifestations in severe acute respiratory,” Emerg Infect Dis, Vol. 9, pp. 1163-7.
Katzenelson, E., Kletter, B., and Shuval, H. I., 1974, “Inactivation kinetics of viruses and bacteria in water by use of ozone,” Journal American Water Works Association, Vol. 66, pp. 725-729.
Kondrashova, M. N., Grigorenko , E. V., Tikhonov, A. V., Sirota, T. V., Temnov, A. V., Stavrovskaja, I. G., Kosyakova, N. I., Lange, N. V. and Tikhonov, V. P., 2000, “The primary physico-chemical mechanism for the beneficial Biological/Medical effects of negative air ions,” IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 28, pp. 230-237.
Kowalski, W. J., Bahnfleth, W. P., and Whittam, T. S., 1998, “Bactericidal effects of high airborne ozone concentrations on Escherichia coli and staphylococcus aureus,” Ozone: Science and Engineering, Vol. 20, pp. 205-221.
Krueger, A. P., and Reed, E. J., 1976, “Biological impact of small air ions,” Science, Vol. 193, pp. 1209-1213.
Laroussi, M., 2002, “Nonthermal decontamination of biological media by atmospheric-pressure plasmas: review, analysis, and prospects,” IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 30, pp. 1409-1415.
Lin, W. H., Chen, Y. H., and Pai, J. Y., 2004, “Bioaerosol characteristics in a hospital,” The Chung Shan Medical Journal, Vol. 15, pp. 97-108.
Matsumoto, K., Kinosita, S., Gotoh, Y., Uchiyama, T., Manalis, S., and Quate, C., 2001, “Ultralow Biased Field Emitterusin Using Single-wall Carbon Nanotube Directly Grown onto Silicon Tip by Thermal Chemical Vapor Deposition,” Applied Physics Letters, Vol. 78, p. 539.


Matsunaga, T., Tomoda, R., Nakajima, T., and Wake, H., 1985, “Photo-electrochemical sterilization of microbial cells by semiconductor powders,”FEMS Microbiology Letters, Vol. 29, pp. 211-214.
Matusunga, T., Tomada, R., Naajima, T., Naamura, N., and Omine, T., 1988, “Continuous-sterilization system that uses photosemiconductor powders,” Appl. Environ. Microbiol., Vol. 54, pp. 1330-1333.
Moisan, M., Barbeau, J., Crevier, M. C., Pelletier, J., Philip, N., and Saoudi, B., 2002, “Plasma sterilization. Methods and mechanisms,” Pure and Applied Chemistry,” Pure and Applied Chemistry, Vol. 74, pp. 349-358.
Moreay, M., Orange, N., and Feuilloley, M. G., 2008, “Non-thermal plasma technologies: New tools for bio-decontamination,” Biotechnology Advances, Vol. 26, pp. 610-7.
Pelletier, J., 1992, “La stérilisation par le procédé plasma = Sterilization by the plasma processing,” Agressologie, Vol. 33, pp. 105-110.
Stavrovskaia, I. G., 1998, “Optimization of energy-dependent processes in mitochondria from rat liver and brain after inhalation of negative air ions,” Biofizika, Vol. 43, pp. 766-71.
Tseng, C. C., and Li, C. S., 2006, “Ozone for Inactivation of Aerosolized Bacteriophages,” Aerosol Science and Technology, Vol. 40, pp. 683-689.
U.S Environmental Protection Agency, 1994, “Indoor air pollution:An introduction for health professionals,” 402-R-94-007.


Xu, X., Subbarao, K., Cox, N. J., and Guo, Y., 1999, “Genetic characterization of the pathogenic influenza A/Goose/Guangdong/1/96 (H5N1) virus: Similarity of its hemagglutinin gene to those of H5N1 viruses from the 1997 outbreaks in Hong Kong,” Virology, Vol. 261, pp. 15-9.
王玉純，2001，「臭氧對生物氣膠殺菌效率之評估」，碩士論文，國立台灣大學環境衛生研究所。台北。
王昱昇、尤封陵、汪蕙蘭、李英中、施玟玲、許世元、郭加恩，2006，「基礎微生物」，高立圖書有限公司，台北。
王嘉慶，2004，「TiO2 光觸媒對大腸桿菌殺菌作用之探討」，碩士論文，國立臺灣大學化學工程學研究所。台北。
任立宇，2004，「臭氧應用於空間消毒殺菌之評估研究」，碩士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。台北。
江哲銘、邵文政、陳逸青、陳政誠，2006，「建材揮發性有機物質逸散行為預測模式之研究」，建築學報，第五十八期，第41-61頁。
行政院環境保護署，2008，http://www.epa.gov.tw/
吳俊哲，2003，「高級氧化結合生物流體化床應用於自來水處理含氯消毒副產物之控制與醛酮酸生成之研究」，碩士論文，逢甲大學環境工程與科學學系研究所。台中。
吳政達，2008，「單根奈米碳管場發射源製程技術及特性研究」，碩士論文，國立清華大學電子工程研究所。新竹。
吳致呈，2006，「空氣負離子控制室內空氣汙染物之研究」，博士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。台北。
李宜璉，2008，「幼稚園中流行感冒病毒濃度評估」，碩士論文，高雄醫學大學健康科學院公共衛生學系研究所。高雄。
李明威，2008，「奈米碳管場發射特性之角度解析」，碩士論文，國立中興大學物理研究所。台中。
沈君儀，2008，「城鄉民眾之傳播行為及其對傳染病風險知覺的影響-以肺結核、登革熱為例」，碩士論文，國立臺灣大學衛生政策與管理研究所。台北。
林思螢，2007，「結合光觸媒與空氣負離子控制生物氣膠之研究」，碩士論文，國立臺灣大學環境工程研究所。台北。
林景煜，2008，「新興流感病毒之神精胺酸脢功能性探討」，碩士論文，國立臺灣大學醫學檢驗暨生物技術學系暨研究所。台北。
林雅晴，1998，「衝擊器之生物器膠採樣效率」，碩士論文，國立臺灣大學環境衛生研究所。台北。
林鴻鵬，2001，「紡織工業抗菌劑之比較」，絲織公會-台灣區絲織產業網。
徐振盛、李孟諺，1995，「環境微生物學」，淑馨出版社，台北。
高潁耀，2008，「單根開口多壁奈米碳管的場發射特性」，碩士論文，國立中興大學物理研究所。台中。
張佑安，2006，「以奈米碳管製備具抗靜電特性之生物可分解塑膠-聚乳酸奈米複合材料及其性質研究」，碩士論文，國立勤益技術學院材料與化學工程研究所。台中。
張明毅、吳品宏、王彥策、方煒、陳林祈，2010，「無隔膜電解水於畜舍消毒之應用」。中華民國永續發展與環境衛生研討會論文集，嘉義，第15-19頁。
張嘉麟，2009，「空氣清淨技術與應用之研究」，碩士論文，國立臺北科技大學機電整合研究所。台北。
張碧芬、袁紹英、游呈祥，2004，「微生物學的世界」，天下遠見出版股份有限公司，台北。
許捷甯，2004，「台灣家禽流行性感冒病毒H6N1 亞型病原性與基因序列之關聯及垂直傳播試驗」，碩士論文，國立臺灣大學獸醫學研究所。台北。
陳淑惠，2009，「醫院門診區建築平面型態對生物氣膠擴散影響之研究」，碩士論文，國立臺北科技大學建築與都市設計研究所。台北。
勞工安全衛生研究所，1996，「勞工作業場所過敏原之調查研究-養豬場生物氣膠」，勞工安全衛生研究所報告IOSH85-M361，台北。
彭明輝，2003，「SARS 防護手冊與傳染途徑分析」，國立清華大學。新竹。
游婷珺，2008，「細胞骨架蛋白質參與血管緊張素轉化酶2依賴性嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒棘蛋白質之結合」，碩士論文，國立臺灣大學醫學院生物化學暨分子生物學研究所。台北。
黃俊凱，2006，「嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒核殼蛋白質負調控制Daxx 蛋白質之轉錄抑制作用」，碩士論文，國立臺灣大學醫學院生物化學暨分子生物學研究所。台北。
黃建賓，2008，「奈米碳管空氣負離子產生裝置控制生物氣膠之研究」，碩士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。台北。
微生物與免疫學系，2007，「微生物學實驗」，國立嘉義大學。嘉義，第89頁。

楊心豪、黃宜靖、羅金翔、陳建佑、林宜長、吳敬呈，2009，「利用黃連萃取物-小蘗鹼抗菌濾材去除生物氣膠之研究」。中華民國環境工程學會第二十一屆年會暨學術研討會論文摘要集，雲林，第290頁。
管俊亭，2007，「奈米碳管產生空氣負離子微型裝置控制懸浮微粒之研究」，碩士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。台北。
蔡宜霖，2004，「計算流體力學應用於臭氧空間消毒之研究」，碩士論文，國立臺灣大學環境工程學研究所。台北。
蔡彥熙，2005，「亂流型手術室空氣中生物氣膠的量測調查與分析」，碩士論文，國立臺北科技大學冷凍空調工程系所。台北。
羅文彰，2004，「戶外真菌對住宅暴露之貢獻」，碩士論文，國立臺灣大學生物環境系統工程學系。台北。
蘇慧貞，2002，「室內/室外空氣污染物之國民健康風險評估及管制成本效益分析」，行政院環保署報告，台北。