根據11月5號發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）報導，麻省理工學院的一項新研究表明，被細菌汙染的水泡在破裂時會將微生物（包括潛在的病原體）釋放到空氣中，就如一枚裝載微生物的小手榴彈爆炸一般。
研究人員發現，細菌的存在會影響水泡的穩定性：被細菌汙染的水泡比未受汙染的水泡穩定高10倍以上，前者能穩定存在數分鐘，而後者往往只能穩定存在幾秒。在這幾分鐘內，被汙染的水泡液膜會變得越來越薄。液膜越薄，爆裂時噴射到空氣中的微液滴數量就越多。
據估計，一個液滴可以攜帶數千種微生物，而每個水泡可以釋放數百個微滴。「我們發現，細菌能主動去改造水氣介面，使之更有利於它們的釋放。」該論文作者之一、疾病傳播流體動力學實驗室主任Lydia Bourouiba說。
水中的某種東西
在過去的幾年裡，Bourouiba對純淨未受汙染的水泡進行了全面的研究，包括製作，成像到表徵，並建立了正常水泡的行為學。
「我們必須先瞭解純淨水泡的物理特性，接下來才能考察添加細菌等生物後，水泡的物理學特性會有什麼改變。」Bourouiba說。
事實上，這個奇特的發現也是純屬巧合。當時，團隊剛搬到一個新的實驗室。在搬運過程中，一個盛有水的燒杯不小心被敞露在空氣中。後來，研究人員發現使用這個燒杯沒能得到預期的實驗結果。
「與純淨水泡相比，這個燒杯的水產生的水泡壽命更長。」Poulain說。
Bourouiba懷疑可能是因為該燒杯中的水被汙染了，然後她的團隊很快證實了她的猜想是對的。
分泌物效應
為了直接研究細菌對水泡的影響，該團隊先用含有各種細菌（包括大腸桿菌）的水填充柱子。接著他們通過氣泵，使柱子內部以一次一個的速率產生水泡，有效地控制每個水泡的體積和大小。當水泡上升到表面時，該團隊使用高速成像和一系列光學技術來捕捉其表面和破裂行為。
研究人員發現，一旦被大腸桿菌汙染的水泡進入水面，其液膜立即開始變薄。變薄的機制主要是通過向水中排水，就像融化的巧克力殼一樣。雖然這種行為類似於純淨水泡，但受汙染的水泡在水面上的停留時間比純淨水泡長10倍以上。過了某一個時間點後，受汙染的水泡變薄的速度突然加快。Bourouiba懷疑可能是細菌分泌的一些東西，而不是它們本身，增加了水泡的穩定性。
「和所有活的生物一樣，細菌會產生廢物，而它們產生的廢物很有可能是會與水氣介面相互作用的物質。」Bourouiba說。「所以，接下來，我們試著把細菌和它們的分泌物分開。」
研究人員把細菌從細菌分泌物中清除，然後用細菌的分泌物重複他們的實驗。就像Bourouiba猜想得那樣，僅含有分泌物的水泡比純淨水泡持續的時間要長得多。於是，該小組得到結論：細菌分泌物是延長水泡壽命的關鍵因素。但是分泌物是如何實現它的奇特功能的呢？
Bourouiba又提出一個假設：細菌分泌物可能可以減小水泡表面張力，使其更具彈性，更能抵抗擾動，最終，在水面上穩定時間變長。她指出，細菌分泌物的作用可能和表面活性劑（如洗滌劑中的起泡劑）類似。
為了驗證這個猜想，研究人員把細菌分泌物換成了普通的表面活性劑，發現水泡穩定性明顯增加，並且在一段時間後液膜也會顯著變薄。該實驗證實，細菌的分泌物可以充當表面活性劑延長了汙染水泡的壽命。
接下來，研究人員開始探尋受汙染水泡液膜急劇變薄的原因。對於純淨水泡，液膜變薄主要是膜中的水不斷排到外環境中的後果，當水泡變薄時，它們的排水速度也會不斷減慢。
但如果水泡壽命超過某一個點後，液膜的蒸發失水將占主導性作用。研究人員認為，這也就是受汙染水泡過了某個時間點，液膜急劇變薄的原因。
液膜越薄，水泡破裂時噴出的液滴越小，數量越多，噴速越快。Bourouiba團隊發現，和純淨水泡相比，一個含有細菌的水泡產生的液滴數量多了10倍以上，體積小了10倍，而噴射速度了快10倍。更形象地說，就像微型手榴彈一樣：尺寸僅為幾十微米的數百個液滴以每秒10米的速度發射到空氣中。
「Bourouiba團隊發現的這種新機制，其實在海洋表面的許多過程也很常見。」休斯頓大學機械工程教授Andrea Prosperetti說。「這些微小液滴的大小決定了它們是否能很好地被風傳播。這一種新機制在氣候和天氣中有著重要的應用意義。此外，海洋中漏油產生的微小薄膜油滴攜帶著許多有害化學物質，可被沿海地區的人和動物吸入。因此，可以說，這些不起眼的微小液滴在許多至關重要的過程中有著巨大的影響。」
本文係由DeepTech深科技授權刊登。原文連結：最常见的水泡破裂，竟也会造成细菌传播
