氢气和纳米气泡会产生协同效应

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来源:孙学军 氢思语 2018-09-10 08:46:39

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表面上看,氢气医学和纳米气泡似乎相距甚远,但是恰好是相得益彰的技术。因为氢气的一种常用技术是氢水,这种方法的核心就是把氢气溶解在水中,而氢气却是不太容易溶解于水,这个不容易有两个方面,一是氢气在水中的溶解度很小,另一个是氢气溶解于水的速度比较慢。

解决氢气溶解度问题的技术手段很多,比较简单粗暴的技术是用加压方法,因为压力不仅能提高气体的溶解度,也能提高气体的溶解速度,但简单提高压力会增加技术难度和成本,是一种相对低效的方式,而且经过高压溶解的气体返回常压后会比较快速释放出来。

纳米气泡则能在不额外加压的情况下解决氢气溶解难的两个痛点,首先是纳米气体可以极大地增加气体和液体的接触面,这样可以加快气体的溶解速度,另外一个是纳米气泡具有奇异稳定性的特点,就是具有不符合经典物理学定律的长寿命现象,这样可以在水中保持大量纳米气泡,因为这种气泡本身受表面张力作用形成内压增加的特征,可以实现自动加压提高气体扩散速度的目的,另外稳定的纳米气泡就相当于在水中存有大量的高密度气体胶囊,可以为氢气溶解的稳定性提供源源不断的气源。

除了能解决氢气溶解难的问题外,纳米气泡本身也具有一定生物学活性,有人利用纳米气泡的这种特性开展许多研究,例如提供水的清洗能力,增加植物生长能力等作用。但是活性氧也有生理调节作用,例如超氧阴离子和过氧化氢就是促进种子萌发的重要信号,纳米气泡如果提高了氢气的抗氧化作用,会不会对这种需要活性氧的生理过程产生干扰?

如果把氢气制备成纳米气泡,是否生物学作用也会产生强强联合,或者在某些过程中产生负面效应。最近来自东京大学和中国北京航天大学联合研究论文发表在Langmuir杂志上,就是研究纳米氢气泡具有的抗氧化和并发现这种加强的抗氧化作用产生抑制植物种子萌发的效应

纳米气泡可能在这方面可以帮助氢气实现这样的能力,最新研究发现,非纳米气泡氢水不能中和超氧阴离子的能力,但是氢气纳米气泡就可以产生。当然这种作用是因为纳米气泡的作用,还是纳米气泡协助氢气产生的作用,还需要研究确定,比较大的可能是纳米气泡和氢气合作产生了这样的效应。

图 氢气纳米气泡抗氧化效应图

本研究氢水抗氧化方法是使用一种多效荧光燃料,APF全名为2’7’-dichlorodihydrofluorescein(DCFH),3’-(p-aminophenyl)fluorescein。研究发现,无纳米气泡的氢气水能清除水中的活性氧包括羟基自由基,次氯酸离子和亚硝酸阴离子,氢气纳米气泡水则还可以清清除水中的超氧阴离子。研究发现的氢水也可以直接中和次氯酸活性氧,这样话氢气可以减少自来水消毒用的次氯酸残留就有了依据。需要强调的是,虽然纳米气泡可以增强氢气的还原性,但两种水都不能中和过氧化氢和一氧化氮活性氧。

本研究活体研究用大麦种子进行了半浸泡48小时的研究,结果发现,氢水和纳米气泡的氢水都能促进种子的萌发,其中纳米气泡氢水促进作用更强。有意思的是,氢水对大美种子萌发没有明显作用,但是纳米气泡氢水可以抑制种子萌发,论文作者认为是纳米气泡氢水能抑制超氧阴离子导致这种效应。

氢气抗氧化具有选择性,也可以解释为氢气抗氧化作用比较温和或比较弱,氢气只能对羟基自由基亚硝酸阴离子产生中和作用,对超氧阴离子就没有这种作用。其实超氧阴离子如果浓度过高也能产生细胞毒性效应,SOD能催化超氧阴离子变成氧气和过氧化氢产生抗氧化作用就是基于这个原因。氢气就没有这样的作用,所以我们有时候说氢气不是万能药,也是因为氢气抗氧化有选择性,也有许多难以完成的任务。氢气抗氧化所以比较美好,正是因为这种不强的还原性,如果用催化剂增加了氢气的还原作用,会不会带来副作用,也是我们需要关心的内容。

根据这个结果,纳米气泡氢水难道会产生副作用吗?植物的研究结果我们肯定不能立刻拿到动物身上去,所以还不能得出这样的结论。不过这给我们的启示是,氢气作用的安全性可能是比较巧合和意外的,只需要调整一点,就有可能带来偏差。另外,人在饮用纳米气泡的氢水后,纳米气泡本身进入人体的数量可能比较小,在人体内被稀释后干扰超氧阴离子的可能性比较小,即使有干扰,也是代替了SOD产生了补充效应。这方面细节上仍然需要进一步研究。不过,关于种子萌发的作用,过去研究一般认为是氢气具有促进作用,和这一研究结果存在矛盾,产生这一结果的原因可能是大麦种子特异性,纳米气泡、氢气浓度或其他因素的影响。这需要进一步研究探讨。

本文参考了国内几个著名氢气植物研究学者的网络讨论观点。

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