【特別護士|愛佳】氫分子醫學|自由基
內容目錄:
1. 自由基
2. 氫分子(氫氣)，醫學應用
3. 電解水(離子水，鹼性水或鹼性氫水)
4. 如何製造出高純度的氫氣?
—質子交換膜燃料電池原理(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells，PEMFC)
—質子交換膜燃料電池的逆反應
5. FDA No.520氫氣的使用規則
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自由基
自由基(free radical)又稱游離基或活性氧化物(reactive oxygen species, ROS)，它是一個帶有奇數電子的離子，原子或分子。自由基因帶有不配對的電子，所以極易與體內其他分子再發生搶電子的反應，形成自由基連鎖反應(當其它分子的電子被搶走，而又形成不穩定的自由基)，而一些原本較不具活性的分子也會因交互的連鎖反應而形成活性更強的壞自由基，影響生物分子如1.蛋白質被破壞、2.脂質被氧化使細胞膜流通性改變，養分無法進入細胞內造成細胞老化或壞死、3.醣類、4.DNA等正常結構被破壞，使人體產生老化及疾病，尤其是慢性病，包括癌症等。
自由基產生的來源主要可分為自生性與外來性兩大類:自生性:生物細胞粒腺體，透過呼吸氧氣，新陳代謝獲取能量的過程中，自然形成。外來性:如濫用藥物，酗酒/抽菸，油炸食物，碳烤食物，過度激烈運動，緊張壓力，電磁波，植物的農藥，過度疲勞熬夜等。
氫分子，醫學應用:
近年來臨床試驗與研究成果發表如雨後春筍般的成長，並說明氫氣的特性有抗氧化、抗發炎、延緩細胞死亡、促進新陳代謝，美白，調節免疫，調節壞自由基數量等等。
氫分子(氫氣H2)，是自然界中質量最輕，最小的分子，無色無味，且由於分子小，而不需要任何的轉運蛋白，就可以穿透任何生物屏障(穿透細胞膜進入細胞核，粒腺體)，快速擴散至血液和組織，選擇性的清除/還原破壞細胞結構中的·OH(羥基自由基)和OONO–(過氣化亞硝酸陰離子)，且同時改善體內抗氧化酵素的活性，是一種新型還原劑。
PS1:自由基因帶不配對的電子，及極易與其他分子再發生反應的特性，而氫氣(H2)因分子小，則扮演了自由基還原(與高活性氧結合產生水)及活化抗氧化的作用。目前氫分子醫學研究還落在動物實驗階段及不健康患者的研究。氫氣並沒有直接治療疾病的作用，但是有助改善及預防因壞自由基引致的疾病，對健康人體的研究目前還不清楚，氫氣多作為輔助方向。
PS2: 氫氧自由基·OH（hydroxyl radical）：又稱羥基自由基，是由一個氧原子和一個氫原子組成的自由基也是氧化劑，包含有一個未成對電子，用·OH表示。是破壞力最強的自由基。
坊間愈來愈多，透過電解水(H2O)的方式來分離氫氣及氧氣，透過外部吸取氣氫氣或是喝氫氣水，來清除體內過多的壞自由基，達到預防與治療疾病的應用。以下就產氫氣的技術加以說明:
電解水(離子水，鹼性水或鹼性氫水):
人的血液為弱鹼性(pH約7.35∼7.45)，85%癌症病患屬酸性體質，而標榜喝電解水，鹼性水，離子水來中和體內的酸性的產品，過去興盛一時。
純水是導電性極低的介質，故為了增加產生電解水的效率，往往加入改善電解效率的其它電解質，且由於電極(金屬)與水是直接接觸，因而不良電解水的電子產品，就會產生重金屬(電極槽內的金屬片)，或是喝到有毒氣體的疑慮(例如: O2，次氯酸納/漂白水，氯氣)。電解水的過程中，產生微量氫分子溶於水中。近年來，氫氣的研究，甚至推翻了電解水過去宣傳的預防效果。而認為電解水的作用可能是由於溶解在水裡的氫氣。
電解水的原理:電極經過通電後(電極槽:電極+淨化後的自來水(H2O))，電極片的陰極會聚集陽離子如鈣、鎂、鉀、鈉，經電極槽內的薄膜隔離後，形成pH9-10的鹼性水，同時水分子被還原生成少量的氫氣(0.4至0.8 ppm溶解於水中)。陽極會則會吸引碳酸根離子、硫酸根離子產生pH 4-6的酸性水及氧氣，這類的酸性水可以當作清潔水使用。
如何製造出高純度的氫氣?
—質子交換膜燃料電池原理(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells，PEMFC)
在了解高純度的氫氣是如何產生前，應對氫燃料電池的原理先有所理解。質子交換膜燃料電池又稱固態高分子電解質燃料電池（Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells），是一種借由氫氣與空氣作用產生電力與熱力的燃料電池，以高分子質子交換膜為傳導媒介，沒有任何化學液體，發電後產生純水和熱。外部氫氣經由陽極分流板進入質子交換膜電池模組(cell stack)裡，經有效的擴散後與陽極觸媒反應層的貴金屬鉑，俗稱白金作用後，氧化為氫離子（帶正電質子），與釋出電子(帶負電電子)。
1. 化學陽極半反應: H2→2H++2e–
氫離子(正電質子)經質子交換膜的分離至陰極觸媒反應層後，陰陽兩極產生電位差。通過外部的連接導體與電路設計，產生電流(發電)。此時氫離子(正電質子)、電子(從陽極過來的電子)、加上由陰極分流板送進來的氧氣(空氣)，經陰極觸媒反應層的鎳，催化下產生水。
2. 化學陰極半反應: 1/2 O2+ 2H++2e–→H2O or O2+ 4H++4e–→2H2O3. 全反應式: H2 + 1/2 O2→H2O or 2H2 +O2→2H2O
—質子交換膜燃料電池的逆反應
目前高純量氫氣產生器，即是利用這種質子交換膜燃料電池的逆反應，利用電能來電解水的方式，透過固態高分子質子交換膜，來分離氫氣與氧氣。由於使用的是無雜質的純水，不會有如傳統電解非純水產生氯氣的擔心。目前氫氣的純度可以達到4N5(99.995)~5N5(99.9995)。4N5即已達到美國FDA食品藥物的要求。依據美國FDA的標準，純度只要高於99.995%（4N5）即安全無慮。
質子交換膜電解水(PEM Water Electrolyzer, PEMWE)的化學反應如下: 總反應後產生氫氣及氧氣。
1. 陽極反應式為： H2O→1/2 O2 +2H+ + 2e– (式1)
2. 陰極反應式為： 2H+ + 2e–→H2 (式2)
3. 將式(1)及式(2)結合後，即可得到 PEMWE 之總反應式為： H2O→ H2+ 1/2 O2
FDA No.520氫氣的使用規則:
美國FDA No.520食物及藥品文公告「氫氣水」「水素水」飽和濃度為2.14% 。以體積來計算，即0℃下，飽和溶解度為2.14%: (即100mL(cc) 的水裡，含2.14mL(cc)的溶質氫)。是目前各國政府單位對「氫氣水」「水素水」的公告規則。
若換算成ppm濃度，氫氣水的飽和濃度是21400ppm(volume)。
以volume(體積)為計算單位: 1ppm的氫氣濃度，就代表1 Liter的水中，有1mL(1cc)的氫氣。
1PPM=1mL/1KL=0.001L/1000L=0.000001=1ppm，由於ppm不是單位，而是一個比例，計算時，分子/分母的單位需一致。
水的密度: 0.998 (kg/L): 1Kg water =1.002L water
氫氣的密度: 0.089(g/L): 1g H2=11.2L H2
氫氣的研究，至2023年止，還有待更多的學術研究，及人體應用上的數據來有效的佐證，如想要用氫氣來當作預防保健，或減緩疾病的進程，請務必請教專家及醫療單位。請勿使用氫純度不純，濃度不夠，且來源不明的氫氣產品。目前以輔助治療為主。
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【特別護士|愛佳】氫分子醫學|自由基-10/29/2023
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