氫氣使用的具體方法對(duì)實(shí)現(xiàn)氫氣理想改善效果以及開發(fā)相關(guān)氫健康產(chǎn)品非常重要。氫氣的使用方法主要包括呼吸(氫氣吸入)、飲用(電解水、氫水)、注射(氫水、氫氣的靜脈、腹腔給藥)、沐浴(氫水泡浴和淋浴)和誘導(dǎo)腸道菌群產(chǎn)氫等。
 

氫氣吸入具有劑量范圍廣、攝取量大以及潛在可改善疾病種類多等諸多優(yōu)勢(shì)，是優(yōu)先考慮使用的方法。氫氣吸入設(shè)備在日本和中國(guó)氫健康產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域受到極大關(guān)注，中日兩國(guó)醫(yī)療器械管理機(jī)構(gòu)已經(jīng)將其列入醫(yī)療設(shè)備目錄。在中國(guó)，氫氣吸入已成為最早進(jìn)入臨床應(yīng)用的氫氣醫(yī)學(xué)方法。
 

作為功能水新概念，氫水在日本、韓國(guó)、東南亞等國(guó)家和地區(qū)發(fā)展迅速。電解水在日本已應(yīng)用近百年，是官方認(rèn)可的保健食品，但在我國(guó)，電解水因缺乏學(xué)術(shù)支持、無(wú)法進(jìn)行內(nèi)涵品質(zhì)優(yōu)化和機(jī)制研究曾飽受詬病。目前發(fā)現(xiàn)氫氣才是電解水發(fā)揮各類改善作用的主要原因。作為學(xué)術(shù)研究中最常用的給氫手段，氫注射液具有劑量可控等優(yōu)點(diǎn)，是中國(guó)學(xué)者在氫氣醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)之一。但是成為臨床改善手段尚需要更多基礎(chǔ)和臨床研究。氫沐浴、藥物食品誘導(dǎo)腸道菌群產(chǎn)氫等方法分別有各自的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值，都值得重視。
 

不同給氫方式產(chǎn)生的作用有差異，例如氫水飲用對(duì)胃腸道疾病效果顯著，氫水沐浴對(duì)皮膚病效果更好，氫氣吸入對(duì)呼吸道相關(guān)疾病有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)等。聯(lián)合多種方法應(yīng)用能夠獲得最理想的疾病改善效果，可聯(lián)合使用也是氫氣醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化的特色和優(yōu)勢(shì)。
 

一、氫氣吸入

大量潛水醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的人體試驗(yàn)是最早的系統(tǒng)性氫氣吸入研究，這些研究成果一方面證明氫氣的巨大人體安全性，另一方面給氫氣改善疾病積累了關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

包括氫氣在內(nèi)的許多氣體(一氧化二氮、氧氣、氦氣、二氧化碳等)都是主要通過(guò)呼吸方式攝取，氫氣具有可燃性，燃爆范圍是4%~74%(空氣環(huán)境)和4%~94%(純氧環(huán)境)，吸入氫氣必須克服氫氧氣混合發(fā)生燃燒和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。2007年太田教授的實(shí)驗(yàn)研究證明，動(dòng)物吸入2%濃度的氫氣可以有效改善腦缺血再灌注損傷。這個(gè)濃度沒有燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)，目前多個(gè)研究證實(shí)安全范圍濃度(低于4%)的氫氣吸入對(duì)多種疾病的改善效果，這些研究給安全地使用氫氣吸入方法改善疾病奠定了非常重要的理論基礎(chǔ)。

氫氣吸入的最大優(yōu)點(diǎn)是高攝取劑量。吸氫時(shí)氫氣不斷通過(guò)氣體交換進(jìn)入機(jī)體血液循環(huán)系統(tǒng)，到達(dá)全身各處組織器官發(fā)揮作用。通過(guò)提高吸入濃度或者延長(zhǎng)吸入時(shí)間，可以顯著增加機(jī)體的氫氣攝取量。只從劑量攝取角度考慮，氫氣吸入是較好的氫氣醫(yī)學(xué)使用方法。但是目前氫氣的劑量效應(yīng)關(guān)系研究不夠深入和完善，不能簡(jiǎn)單從劑量角度判斷氫氣使用方法的優(yōu)劣。需要提醒使用者的是，氫氣吸入目前界定為醫(yī)療行為，個(gè)人使用盡量選擇規(guī)范的氫氣吸入方法和設(shè)備，不鼓勵(lì)個(gè)人自制氫氣吸入設(shè)備改善疾病，更不可自行購(gòu)買氫氣瓶吸氫。

安全使用氫氣吸入方法是氫氣應(yīng)用領(lǐng)域的重要問(wèn)題，安全操作是使用氫氣吸入設(shè)備的重要規(guī)范，也是應(yīng)用氫氣吸入方法改善疾病最重要的前提。吸入低濃度氫氣(低于4%)相對(duì)安全，但也絕對(duì)不可掉以輕心。使用燃爆范圍內(nèi)(4%~74%)的氫氣吸入設(shè)備需要小心謹(jǐn)慎，氫氣燃點(diǎn)比較低，一般靜電火花就能達(dá)到燃點(diǎn)，因此避免靜電是這一類設(shè)備安全操作的關(guān)鍵。氫氧混合的比例和體積是影響氫氣爆炸破壞性程度的兩個(gè)因素。當(dāng)氫氧混合比例為2：1時(shí)氫氣燃燒反應(yīng)最充分、爆炸破壞力最強(qiáng)，越遠(yuǎn)離這一比例破壞性越小。氣體體積是影響破壞力的另一個(gè)因素，如果混合氣體積足夠小，在不擴(kuò)散蔓延的前提下，發(fā)生燃燒和爆炸時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯的破壞力。

供人體吸入使用的氫氣發(fā)生設(shè)備主要有三種類型，分別是預(yù)制混合氣、純氫和氫氧混合氣設(shè)備。

預(yù)制混合氣是指預(yù)先配制氫氣和氧氣的混合氣(氧氣濃度不小于25%，氫氣濃度為1%~3%)，是早期學(xué)術(shù)研究常用的方法，在日本多項(xiàng)臨床研究中采用。為保證氫氣使用的安全，日本臨床試驗(yàn)采用氮?dú)浠旌蠚夂偷趸旌蠚猬F(xiàn)場(chǎng)混合方法，這種方法操作復(fù)雜且成本高，限制氫氣吸入的推廣應(yīng)用。日本國(guó)家安全操作強(qiáng)制規(guī)定，人體使用的氫氣等可燃燒氣體必須一直處于安全濃度范圍內(nèi)，在日本推廣氫氣吸入設(shè)備需要考慮這一規(guī)定。

純氫設(shè)備是指利用純水膜電解技術(shù)有效分離氫氣和氧氣的設(shè)備，純氫設(shè)備提供流量為100~600毫升/分鐘、濃度接近100%的氫氣，人體吸氣時(shí)可實(shí)現(xiàn)1%~3%的氫氣吸入濃度。這個(gè)范圍內(nèi)的氫氣吸入對(duì)氧濃度影響較小，一般不會(huì)造成低氧。有呼吸循環(huán)功能障礙的患者對(duì)氧濃度比較敏感，建議開始使用時(shí)盡量選擇較小流量的純氫設(shè)備，吸氫時(shí)進(jìn)行血氧飽和度監(jiān)測(cè)，不鼓勵(lì)這類患者夜間使用流量超過(guò)300毫升/分鐘的純氫設(shè)備。

氫氧混合氣設(shè)備采用不分離氫氣和氧氣的電解水技術(shù)，設(shè)備提供一定流量的氫氧混合氣體(一般濃度分別是66%和33%)。前面已經(jīng)介紹了氫氣具有可燃性，因此在燃爆范圍內(nèi)應(yīng)用氫氧混合氣需要更加嚴(yán)格的使用條件和規(guī)范。純氫在沒有氧氣的條件下并不會(huì)燃燒，從使用過(guò)程的可燃概率考慮，純氫方式比氫氧混合氣設(shè)備安全系數(shù)高。有少數(shù)企業(yè)采用氫氣固態(tài)存儲(chǔ)裝置給患者供應(yīng)氫氣，這種固態(tài)氫氣存儲(chǔ)設(shè)備使用方法比較簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于氫燃料電池和實(shí)驗(yàn)室的氫氣純化供氣，但是這種設(shè)備需要高壓氫氣供給和一定技術(shù)條件，設(shè)備準(zhǔn)入門檻比較高。

除了可燃性外，氫氣吸人方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是劑量不夠穩(wěn)定。氫氣進(jìn)人體內(nèi)需要依靠呼吸循環(huán)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同個(gè)體心肺循環(huán)功能的差異會(huì)導(dǎo)致氫氣的實(shí)際攝取量存在明顯個(gè)體差異。這種差異可能影響氫氣的疾病改善效果。氫氣吸入的劑量還受到外界刺激、環(huán)境溫度、濕度及二氧化碳濃度的影響，例如運(yùn)動(dòng)和精神刺激會(huì)導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮，可以造成呼吸循環(huán)功能亢進(jìn)，影響氫氣攝取。為減少個(gè)體差異，在開展氫氣吸入研究和應(yīng)用時(shí)以上因素都要考慮和控制。
 

二、氫水飲用

氫水飲用是應(yīng)用最廣泛的氫氣使用方法，氫水是氫氣健康產(chǎn)品最常見的形式。商業(yè)化氫水的制備方式包括電解、氫氣溶解、金屬鎂反應(yīng)等類型。

氫水飲用經(jīng)常用于人體試驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中，人體試驗(yàn)中使用這種方法容易進(jìn)行劑量控制，例如可以規(guī)定飲用一定體積和一定濃度的氫水。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中建議采用給動(dòng)物定時(shí)飲水的方法，就是固定時(shí)間段給動(dòng)物飲用氫水，實(shí)際使用結(jié)果表明能取得劑量控制的效果。

1、電解水

電解水是最早應(yīng)用于人體的氫水，以保健為目的的電解水飲用最早起源于日本。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的應(yīng)用和嚴(yán)格的醫(yī)療器械申報(bào)，日本勞動(dòng)厚生省批準(zhǔn)電解水機(jī)為醫(yī)療設(shè)備，認(rèn)可飲用堿性電解水的醫(yī)療效果。

現(xiàn)在學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，堿性電解水改善疾病的根本原因是水中含有一定濃度的氫氣，而且氫氣濃度足夠達(dá)到氫氣抗氧化的效果。中和弱堿性不影響其醫(yī)療效果，說(shuō)明堿性電解水的作用與堿性無(wú)關(guān)。而氫氣主動(dòng)揮發(fā)后，電解水的負(fù)電位隨著氫氣釋放而消失，電解水的功效也隨之消失。水的負(fù)電位是體現(xiàn)水內(nèi)所有物質(zhì)氧化還原作用的總和，本質(zhì)上是反映氫氣濃度的指標(biāo)，測(cè)定值受酸堿度影響很大，但與疾病改善沒有必然的聯(lián)系。

2015年后，氫水杯開始大量出現(xiàn)，這本質(zhì)是一種新類型的電解水設(shè)備。主要解決了小型化和穩(wěn)定性的問(wèn)題。最初氫水杯沒有進(jìn)行正負(fù)極的分離，產(chǎn)生的電解水容易出現(xiàn)次氯酸和臭氧等，這些成分有一定毒性且影響口感和嗅覺。為解決這類缺陷，設(shè)計(jì)者在杯內(nèi)加入活性炭或化學(xué)物質(zhì)吸附或中和這些成分。后期利用半透膜制造出正負(fù)極分離的氫水杯，氫水杯安全性得到進(jìn)一步提高。

2、金屬鎂反應(yīng)制備氫水

金屬鎂與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氫氣和氫氧化鎂，多年前就有人利用這種反應(yīng)制備出方便使用的氫水。許多金屬(如鐵、鋁和鎂等)都可以與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但鐵和鋁與水反應(yīng)速度過(guò)慢且存在一定毒性，生成物影響口感，不適合用于氫水的制備。金屬鎂是制備氫水的最佳材料，為達(dá)到使用方便和消毒等目的，有生產(chǎn)廠家在材料中添加電氣石和納米鉑金等材料。

鎂反應(yīng)制備氫水存在的主要問(wèn)題是氫氣產(chǎn)生量不穩(wěn)定，開始使用階段效果可能會(huì)比較理想，使用一段時(shí)間后氫氣產(chǎn)生速度會(huì)逐漸減慢，導(dǎo)致氫氣濃度下降。因此在開展臨床和動(dòng)物效應(yīng)研究中，最好定期更換新的產(chǎn)品。鎂離子與鈣離子一樣屬于人體需要的金屬元素，一般情況下不會(huì)導(dǎo)致機(jī)體危害。需要提醒的是，如果患者患有某些對(duì)鎂攝取有限制的疾病(如腎臟功能衰竭等)，必須在醫(yī)生指導(dǎo)下飲用這類氫水。

3、物理混合飽和氫水

物理混合飽和氫水是目前公認(rèn)最安全的氫水，也是最常用的氫健康產(chǎn)品類型。這主要是由于飽和氫水在各類氫氣攝取方式中實(shí)驗(yàn)依據(jù)最多，2008年以來(lái)，學(xué)術(shù)界已經(jīng)有超過(guò)300篇相關(guān)研究論文，因此，物理混合飽和氫水的生物學(xué)效應(yīng)基本確定無(wú)疑。

物理混合飽和氫水的制備方法主要包括四類，分別是曝氣、高壓、膜分離和電解水技術(shù)。在包裝氫水的生產(chǎn)和儲(chǔ)存過(guò)程中，至關(guān)重要的不是氫氣溶解技術(shù)，而是如何避免氫氣從容器中泄露。這是因?yàn)闅錃夥肿芋w積非常小且穿透力強(qiáng)，許多包裝方法無(wú)法避免氫氣的逃逸和釋放。常用包裝瓶材料如聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET聚酯)完全不能用于氫水包裝，氫氣可以非常容易地從瓶口泄露甚至穿透瓶壁材料。因此，氫水包裝是氫水產(chǎn)業(yè)的重要技術(shù)，也是包裝氫水產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中最難解決的技術(shù)問(wèn)題。日本大部分包裝氫水供應(yīng)商(如藍(lán)水星公司)采用金屬鋁作為包裝材料，方式包括軟包裝鋁袋或鋁瓶罐，聲稱可使氫水穩(wěn)定保存半年以上。國(guó)內(nèi)氫健康產(chǎn)業(yè)界開發(fā)包裝氫水產(chǎn)品的步伐相對(duì)緩慢，主要限制就是包裝材料和包裝方法。2014年，有企業(yè)率先成功研發(fā)鋁箔袋氫水包裝技術(shù)，2015年又實(shí)現(xiàn)鋁鐵材料易拉罐包裝技術(shù)。只有保證了高濃度且穩(wěn)定性好的氫水產(chǎn)品供應(yīng)，才能滿足動(dòng)物和人體臨床試驗(yàn)需要。國(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)選擇該公司的產(chǎn)品開展基礎(chǔ)和臨床研究，在抑郁癥、血脂調(diào)節(jié)和糖尿病改善等方面取得較好研究結(jié)果。目前國(guó)內(nèi)有10多家包裝氫水生產(chǎn)企業(yè)，氫水工業(yè)化技術(shù)逐漸趨于成熟。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)開發(fā)了壓力桶裝氫水，利用高壓有效保持氫氣濃度，受到市場(chǎng)的歡迎。但是這種技術(shù)仍不夠成熟，尚待進(jìn)一步改進(jìn)。

用簡(jiǎn)單通氣法制作含氫溶液是氣體溶液研究最經(jīng)典的手段，這種方法類似水產(chǎn)品養(yǎng)殖過(guò)程的給氣方法，但由于溶解效率比較低，氫氣濃度也很難標(biāo)準(zhǔn)化，無(wú)法用于飽和氫水生產(chǎn)。納米氣泡是比較新的概念和氣體溶解技術(shù)，是氫水制造最理想的選擇，4.5節(jié)將專門介紹該技術(shù)。
 

三、氫氣生理鹽水注射

從氫氣制備方法和有效物質(zhì)考慮，氫氣生理鹽水注射與飲用氫水沒有根本區(qū)別，也是通過(guò)各種方法促使氫氣在生理鹽水中溶解來(lái)制備。將來(lái)正式應(yīng)用于臨床則要求更為嚴(yán)格，需要達(dá)到無(wú)菌無(wú)熱源的注射液要求，以及通過(guò)規(guī)范的安全性有效性臨床試驗(yàn)、向國(guó)家監(jiān)管部門進(jìn)行醫(yī)療注冊(cè)申報(bào)等。

氫氣生理鹽水注射有特殊優(yōu)點(diǎn)。這是一種有前景的臨床應(yīng)用技術(shù)，這種給氫方法不受患者自身因素影響，可比較準(zhǔn)確地控制氫氣攝取量。2009年，第二軍醫(yī)大學(xué)孫學(xué)軍教授課題組在國(guó)際上率先建立氫氣生理鹽水注射液制備方法，給國(guó)內(nèi)50多家單位提供這一技術(shù)方法和溶液成品，先后開展氫氣對(duì)各類器官缺血再灌注損傷、腦出血、各類炎癥性疾病、動(dòng)脈硬化、高血壓、腎結(jié)石、腦外傷、皮膚燒傷、肝臟損傷、糖尿病等疾病的改善效果的研究，總計(jì)發(fā)表國(guó)際國(guó)內(nèi)論文百余篇，約占國(guó)際氫氣醫(yī)學(xué)研究論文的10%。

日本Miz公司開發(fā)出一種制備氫氣生理鹽水的技術(shù)，該技術(shù)可在不破壞包裝的情況下，將普通生理鹽水轉(zhuǎn)化成氫氣生理鹽水。技術(shù)關(guān)鍵是把普通聚乙烯材料袋裝生理鹽水在氫氣飽和溶液中持續(xù)浸泡48小時(shí)，氫氣能透過(guò)聚乙烯材料進(jìn)入生理鹽水，日本學(xué)者利用這種方法制備的氫氣生理鹽水已經(jīng)用于臨床試驗(yàn)，初步結(jié)果證明這種方法安全可行，用這種氫氣飽和生理鹽水給患者靜脈注射，發(fā)現(xiàn)對(duì)腦干缺血改善效果比依達(dá)拉奉更理想，對(duì)各種皮膚病如皮疹也有效果。
 

四、其他氫氣使用方法

國(guó)際上氫氣醫(yī)學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)研發(fā)還有一些非經(jīng)典技術(shù)應(yīng)用。這些技術(shù)的相關(guān)研究和產(chǎn)品相對(duì)較少，但從理論上也直接或間接涉及氫氣的作用，而且各有特色優(yōu)勢(shì)和潛力，故在這里一并列舉。

1、氫水沐浴和局部涂抹

氫水沐浴和局部涂抹都屬于局部給氫方法，這種方法可讓皮膚組織獲得高濃度氫氣，是氫氣改善皮膚病的最理想手段。韓國(guó)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，氫水沐浴具有對(duì)抗皮膚皺紋形成、預(yù)防皮膚衰老的作用。結(jié)合飲用和局部涂抹氫水方法改善皮膚炎癥損傷，大部分在1~2周內(nèi)獲得顯著改善效果。華山醫(yī)院皮膚科專家研究發(fā)現(xiàn)，氫水沐浴能有效緩解牛皮癬患者皮膚癥狀，對(duì)特應(yīng)性皮炎的改善效果也比較理想。皮膚局部給氫在美容領(lǐng)域廣泛使用，典型的方法是敷氫水面膜，或者也可以直接使用氫水，也有用產(chǎn)氫材料如氫化鎂與水反應(yīng)釋放氫氣。一些國(guó)際著名化妝品公司正在研發(fā)氫概念的化妝品。

氫水沐浴可作為經(jīng)皮膚攝取氫氣的手段，但與氫氣吸入或氫水飲用相比，皮膚攝取氫氣的效率相對(duì)比較低，不宜作為全身疾病的改善方法。

氣態(tài)氫氣也很容易被皮膚吸收，局部攝取氣體方法曾經(jīng)用于皮膚的二氧化碳吸收。將全身或局部密閉在一定濃度氫氣環(huán)境中，氫氣強(qiáng)大的穿透性和擴(kuò)散能力使其可以進(jìn)入皮膚，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚及全身的氫氣改善，這種方式與氫水沐浴類似。有公司開發(fā)出這種氫氣艙產(chǎn)品，通過(guò)初步觀察發(fā)現(xiàn)，氫氣不僅對(duì)皮膚疾病有改善價(jià)值，對(duì)皮膚毛細(xì)血管也有顯著舒張作用，可能會(huì)對(duì)全身代謝產(chǎn)生影響。

用氫氣滴眼液滴眼也是局部利用氫氣的方法。該技術(shù)產(chǎn)品用于角膜化學(xué)燒傷和視網(wǎng)膜缺血的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)反復(fù)用氫水滴眼對(duì)角膜燒傷和視網(wǎng)膜缺血再灌注損傷具有明顯改善作用，提示氫氣滴眼液對(duì)眼科疾病具有潛在而廣泛的應(yīng)用前景。

2、氫氣注射

在人體組織內(nèi)注射氣體并不新鮮，在血管內(nèi)注射微氣泡已經(jīng)是一種超聲造影技術(shù)，在眼球內(nèi)注射氣體可改善視網(wǎng)膜脫離，在腦室注射氣體造影用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷，在腹腔鏡手術(shù)時(shí)注射氣體用于改善手術(shù)視野，這都是氣體注射的臨床應(yīng)用方法。

中山醫(yī)科大學(xué)黃國(guó)慶博士等對(duì)比腹腔注射氫氣和氫氣鹽水對(duì)全腦缺血的改善效果，發(fā)現(xiàn)直接注射氫氣可獲得比同樣體積液體60倍以上的氫氣攝取量，從理論上證明氣體注射方法可以顯著提高氫氣利用率。2017年，溫州醫(yī)科大學(xué)王方巖教授等給糖尿病動(dòng)物皮下注射氫氣，發(fā)現(xiàn)氫氣對(duì)血糖、血脂和氧化應(yīng)激等都有一定的改善作用，并能預(yù)防腎臟組織損傷、保護(hù)腎臟功能。皮下注射氫氣的方法理論上與腹腔注射氫氣一樣，可以被身體吸收并發(fā)揮作用。2018年，黑龍江獸醫(yī)學(xué)院省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)者給狗皮下注射氫氣，發(fā)現(xiàn)能改善狗的洋蔥中毒。也有學(xué)者采用肛門注射氫氣研究疾病改善效果，理論上使用這樣的方法氫氣也能被人體吸收。

由于氫氣的擴(kuò)散能力強(qiáng)，通過(guò)各種途徑注射的氫氣被組織吸收沒有困難，氫氣注射改善作為簡(jiǎn)單可行的方法值得重視。但此方法的缺點(diǎn)是可能會(huì)引起注射部位氣腫或感染，這種方法的安全性和有效性尚需要更多研究確定。

3、誘導(dǎo)腸道菌群產(chǎn)生氫氣

口服人體小腸不吸收的藥物和食物，這些成分不能被小腸吸收，會(huì)沿著消化道進(jìn)入大腸，大腸內(nèi)細(xì)菌能分解消化這些成分。利用這些物質(zhì)，許多可合成氫氣的細(xì)菌能大量制造氫氣。有學(xué)者曾經(jīng)證明，口服阿卡波糖、直鏈淀粉、姜黃素、乳果糖等可促進(jìn)體內(nèi)細(xì)菌產(chǎn)生氫氣。另外，可能具有促進(jìn)大腸細(xì)菌產(chǎn)生氫氣的食物成分包括棉子糖、乳糖、山梨糖醇、甘露醇、寡糖、可溶性纖維素等。某些具有促進(jìn)腸道蠕動(dòng)功能的通便類中藥或許也含有能促進(jìn)腸道菌群產(chǎn)氫的成分，兩種因素(腸道菌群生長(zhǎng)活躍和氫氣對(duì)腸道蠕動(dòng)產(chǎn)生的刺激作用)共同產(chǎn)生通便效果。

腸道菌群被誘導(dǎo)產(chǎn)生的氫氣數(shù)量很大，其中很大一部分氫氣被另外一些細(xì)菌如產(chǎn)甲烷菌消耗掉，但仍有許多氫氣可被大腸黏膜吸收進(jìn)入血液循環(huán)，并被運(yùn)輸?shù)饺砥鞴侔l(fā)揮改善疾病的作用。

4、口服可釋放氫氣的藥物

金屬鎂曾經(jīng)作為改善胃炎的藥物使用，在胃酸作用下，金屬鎂可以迅速產(chǎn)生氫氣，關(guān)于這種方法是否可以達(dá)到利用氫氣改善疾病的目的，目前實(shí)驗(yàn)證據(jù)還不夠充分。

氫健康產(chǎn)業(yè)中有含氫負(fù)離子(也可以稱為氫陰離子或者氫負(fù)離子)的保健食品。氫氣作為氧化劑氧化某些金屬或非金屬產(chǎn)生的化合物(如氫化鎂、氫化鈣和氫化硅等)中，氫氣作為負(fù)離子參與化合物構(gòu)成。這些氫化物具有非?；顫姷幕瘜W(xué)性質(zhì)，與水接觸會(huì)迅速發(fā)生反應(yīng)并釋放大量氫氣。因此，氫負(fù)離子的本質(zhì)作用應(yīng)該是氫氣。但口服氫化物對(duì)食物和腸道的作用可能比較復(fù)雜，應(yīng)進(jìn)行深入研究和探討。

一些臨床藥物也影響腸道菌群產(chǎn)生氫氣，例如他汀類藥物能抑制甲烷菌，而甲烷菌可利用氫氣產(chǎn)生甲烷，這類藥物間接抑制細(xì)菌代謝氫氣從而增加腸道內(nèi)氫氣含量，推測(cè)這可能是他汀類藥物產(chǎn)生心臟保護(hù)作用的原因之一。

5、電針和直流電

電針的本質(zhì)是直流電，在使用電針時(shí)，機(jī)體組織會(huì)被電極電解，在電針的正極，由于失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，水被電解會(huì)產(chǎn)生氧氣，而由于組織液的成分復(fù)雜，在電針的正極非常容易產(chǎn)生各種活性氧，因此在電針過(guò)程中，正極可能會(huì)發(fā)生一定氧化損傷。而在負(fù)極氫離子接受電子變成氫原子，氫原子結(jié)合成氫氣被組織攝取。有研究證明，直流電或電針可使組織內(nèi)氫氣濃度升高。電針的負(fù)極被作為疾病改善的主針應(yīng)該不是巧合。

電針是從中醫(yī)理論出發(fā)而開發(fā)的改善方法，電針改善疾病的大量機(jī)制研究證實(shí)，電針可造成組織內(nèi)氫氣濃度增加，氫氣被吸收進(jìn)入血液循環(huán)并擴(kuò)散到全身，不應(yīng)忽視氫氣對(duì)電針改善效應(yīng)的貢獻(xiàn)。許多研究發(fā)現(xiàn)，電針具有抗氧化和抗炎癥作用，這與氫氣的醫(yī)學(xué)效應(yīng)相匹配。證明氫氣是電針改善疾病的主要作用機(jī)制，這不僅對(duì)氫氣醫(yī)學(xué)研究有價(jià)值，也給電針改善疾病的機(jī)制提供了非常充分的解釋。

深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)院何前軍教授課題組使用氨硼烷作為氫氣藥物前體，利用這種物質(zhì)強(qiáng)大的氫氣儲(chǔ)存能力和在酸性環(huán)境下釋放氫氣的特性，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了攜氫介孔納米硅顆粒的細(xì)胞定向輸入。利用癌細(xì)胞內(nèi)微酸環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)高效細(xì)胞內(nèi)氫氣釋放，證明大劑量氫氣對(duì)癌細(xì)胞具有顯著直接殺傷效應(yīng)。2018年，何前軍教授小組利用納米鈀作為氫氣輸送工具，結(jié)合光照熱療提出“氫熱療法”新概念，作為癌癥改善的新方法，這一概念有非常廣闊的應(yīng)用前景。

臺(tái)灣清華大學(xué)學(xué)者建立的全新給氫方法是利用人工光合作用系統(tǒng)在組織局部用光照產(chǎn)氫，并證明這種方法能緩解組織炎癥。作為一種改善疾病的氣體，氫氣該如何使用是重要的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，也必然會(huì)受到學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界的共同重視，這一領(lǐng)域?qū)?huì)不斷出現(xiàn)更多新技術(shù)。
 

五、納米氣泡技術(shù)

氣液混合技術(shù)通過(guò)兩種形式實(shí)現(xiàn)，一是液體進(jìn)入氣體，另一種是氣體向液體擴(kuò)散。作為一種氣體溶解新技術(shù)，納米氣泡是氫水制造的最有效、最理想的技術(shù)手段，這一技術(shù)能使氫氣快速地進(jìn)入水中，并且可以制造出較高濃度的氫水，解決氫氣在水等溶劑內(nèi)不溶或溶解度低等的困難，受到氫氣醫(yī)學(xué)研究和氫健康產(chǎn)業(yè)的廣泛接受和認(rèn)可。一些商業(yè)包裝氫水的氣液物理混合多采用納米氣泡技術(shù)，也有高端家用氫水機(jī)使用納米氣泡技術(shù)。納米氣泡技術(shù)與氫氣醫(yī)學(xué)幾乎是珠聯(lián)璧合，氫氣醫(yī)學(xué)讓納米氣泡技術(shù)進(jìn)入健康領(lǐng)域，納米氣泡技術(shù)讓氫水成為平民飲品。納米氣泡技術(shù)是實(shí)現(xiàn)氫水沐浴、氫水養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)灌溉等用途的規(guī)?；瘹渌苽渥罾硐氲姆椒ê褪侄?。

1、納米氣泡的定義

氣泡根據(jù)大小可分為宏觀氣泡、微米氣泡和納米氣泡三種(見圖4-1)。宏觀氣泡在水中浮力較大，會(huì)迅速上升到液體表面而發(fā)生崩解。微米氣泡也相對(duì)不穩(wěn)定，很快在水中消失。但直徑小于1微米的納米氣泡能在液體中較長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定存在，目前機(jī)制還不明確。根據(jù)氣泡所在環(huán)境狀態(tài)，氣泡分為界面氣泡和體相氣泡。界面氣泡是指吸附在液體與固體兩相界面的氣泡;體相氣泡是自由存在于液體內(nèi)的氣泡。

圖4-1 氣泡大小和特征
 

納米氣泡也有兩種基本類型：一種是界面納米氣泡，指固定分布在液體與固體界面上的球冠狀或吸附在凹陷處不規(guī)則形狀的氣泡;另一種是體相納米氣泡，指懸浮在液體中的球形納米氣泡。本書主要介紹體相納米氣泡。氣泡研究領(lǐng)域一般把直徑在1000納米以下的氣泡定義為納米氣泡，在工業(yè)上稱為超細(xì)氣泡(ultrafine bubbles)。微米氣泡的直徑為1~100微米，在工業(yè)上稱為精細(xì)氣泡(fine bubbles)。

根據(jù)經(jīng)典理論，氣泡越小，表面張力越大，因此納米氣泡表面張力非常大，造成內(nèi)壓非常高，所以納米氣泡不能穩(wěn)定存在。但是大量研究證據(jù)表明，納米氣泡并不符合經(jīng)典理論推測(cè)，不僅能穩(wěn)定存在，其穩(wěn)定存在的時(shí)間超乎想象，從幾個(gè)小時(shí)甚至到幾天，但對(duì)納米氣泡穩(wěn)定存在的理論研究目前還不成熟。

2、納米氣泡的特征

納米氣泡比表面積大的特點(diǎn)符合一般納米材料規(guī)律，也是納米氣泡作為氣液技術(shù)的重要基礎(chǔ)。氫水制造技術(shù)有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一個(gè)是氣體在水中的溶解效率，另一個(gè)是氫水的穩(wěn)定性。納米氣泡可以說(shuō)完美地解決了這兩個(gè)問(wèn)題，不僅有效提高了氣液接觸面積，而且因?yàn)榧{米氣泡的長(zhǎng)壽命提高了氫水的穩(wěn)定性。

氣泡表面積與氣泡直徑呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此同樣體積的氣泡，100納米直徑氣泡的表面積是10微米直徑氣泡的表面積的100倍。理論上氣泡形成消耗的能量依賴于界面面積，界面面積取決于氣泡表面張力。直徑小于25微米的小氣泡表面剛性強(qiáng)，類似于高壓氣球，不容易崩解。數(shù)毫米直徑的大氣泡表面比較柔軟，很容易變形崩解。大氣泡的浮力比較大，很容易上升到液面。

氣泡上浮速度與氣泡直徑的平方成正比，這種關(guān)系只適用于小氣泡。直徑大于2毫米的大氣泡外形會(huì)發(fā)生變化，上升速度不受直徑影響。直徑小于1微米的納米氣泡上升速度非常慢，遠(yuǎn)低于布朗運(yùn)動(dòng)的速度，整體上表現(xiàn)為不上升。

除浮力外，直徑小于25微米的小氣泡有自動(dòng)收縮趨勢(shì)。根據(jù)亨利定律，溶液中溶解氣體的分壓與氣泡內(nèi)氣體分壓一致時(shí)，氣泡內(nèi)氣體溶解與溶液中氣體向氣泡內(nèi)釋放達(dá)到平衡。小氣泡由于表面張力作用內(nèi)壓增加，造成氣泡內(nèi)氣體分壓超過(guò)氣泡周圍溶解氣體分壓，這會(huì)導(dǎo)致氣泡進(jìn)一步縮小，體積縮小后表面張力效應(yīng)增強(qiáng)，這種正反饋效應(yīng)會(huì)使氣泡迅速崩解。相反，因?yàn)榇髿馀萆仙車o水壓下降，內(nèi)壓降低，氣泡體積增大后氣泡內(nèi)氣體分壓降低，溶液中氣體向氣泡內(nèi)釋放會(huì)導(dǎo)致氣泡體積逐漸增大，表面張力效應(yīng)降低，氣泡內(nèi)壓進(jìn)一步降低。所以，在某氣體飽和溶液中，這種氣體的氣泡有大者增大，小者縮小的趨勢(shì)。氣泡的特性非常符合馬太效應(yīng)(見圖4-2)。

圖4-2 經(jīng)典氣泡的馬太效應(yīng)
 

納米氣泡的較強(qiáng)靜電場(chǎng)能避免氣泡發(fā)生融合，并且能對(duì)抗浮力作用。氣泡所帶電荷大小一般用zeta電位來(lái)表示。因氣泡在水中帶負(fù)電，所以zeta電位一般是負(fù)值，大多數(shù)與氣泡直徑無(wú)關(guān)。zeta電位受水的pH值影響非常大，也受到離子強(qiáng)度影響。所有氣泡都帶負(fù)電荷，相互之間的靜電排斥力能限制氣泡融合。氣泡越小，融合需要的能量越大。所以，小氣泡可以增大或縮小，但不容易發(fā)生融合和崩解。

不可溶性氣體可以形成超長(zhǎng)壽命的納米氣泡。根據(jù)楊一拉普拉斯公式，氣泡直徑越小，內(nèi)壓越大。1微米氣泡的內(nèi)壓約為1.4個(gè)大氣壓，100納米氣泡的內(nèi)壓約為14個(gè)大氣壓。納米氣泡內(nèi)壓會(huì)達(dá)到非常高的水平，足以讓內(nèi)部氣體迅速溶解消失。這與納米氣泡具有長(zhǎng)壽命的事實(shí)不符，說(shuō)明經(jīng)典理論本身存在缺陷。所以楊-拉普拉斯公式已經(jīng)不適用于納米氣泡。有人提出可能是表面材料對(duì)表面張力產(chǎn)生的影響，也有人認(rèn)為是過(guò)飽和溶液能降低納米氣泡表面張力，這也是納米氣泡長(zhǎng)壽命的原因。若氣泡的氣-液界面包含表面活性劑如蛋白質(zhì)或去垢劑，則表面活性劑能降低表面張力，降低氣泡內(nèi)壓，增加氣泡穩(wěn)定性。

納米氣泡技術(shù)是有效的氣液混合技術(shù)，過(guò)去20年，這一技術(shù)受到大量研究人員的關(guān)注，多數(shù)研究集中在微納米氣泡制備、測(cè)定和納米氣泡特性分類等方面。

3、納米氣泡制備方法

空化產(chǎn)生氣泡是靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，主要在特定溫度下使壓強(qiáng)下降到某閾值，這類似于沸騰，區(qū)別是通過(guò)降低壓強(qiáng)而不是增加溫度。氣泡形成后進(jìn)入融合和崩解的動(dòng)態(tài)過(guò)程。根據(jù)氣泡內(nèi)容不同，空化分為霧空化和氣空化。氣泡融合和氣泡崩解是小氣泡的兩種相反狀態(tài)，小氣泡融合起來(lái)可變成大氣泡，也能通過(guò)崩解變成更小的氣泡。

氣泡制備方法主要包括水力空化和顆?？栈?、聲學(xué)或聲波降解法、電化學(xué)氣蝕和機(jī)械攪拌等。所有技術(shù)背后的物理學(xué)基礎(chǔ)都是利用表面張力和能量消耗降低壓強(qiáng)。加壓強(qiáng)空化有兩種技術(shù)，一個(gè)是利用水流湍流造成壓強(qiáng)改變的水力空化，另一個(gè)是使用聲波空化作用。局部能量耗竭空化可用光源光子或其他基本粒子誘導(dǎo)。在水處理技術(shù)中，水力空化是常用的氣泡制備技術(shù)，通過(guò)加壓飽和、氣泡剪切、分裂和機(jī)械攪拌等產(chǎn)生氣泡。聲波空化是利用聲波在液體中產(chǎn)生的高負(fù)壓超過(guò)周圍靜水壓的空化作用產(chǎn)生氣泡。超聲波探頭有的放在液體內(nèi)，也有的放在液體外。聲波空化有兩種情況。第一種是均勻成核，是氣泡崩解時(shí)聲波引起的拉伸應(yīng)力超過(guò)分子間作用力。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論計(jì)算值，因?yàn)橐后w本身具有非均勻性，氣泡出現(xiàn)具有不確定性。第二種是異相成核，空化在液體最薄弱區(qū)域出現(xiàn)，例如液體中本來(lái)存在不易擴(kuò)散的氣體。電化學(xué)方法是用表面產(chǎn)生電流形成氣泡。機(jī)械空化是利用高速攪拌將有限體積氣體與液體進(jìn)行混合，其原理與水力空化類似。

實(shí)驗(yàn)室納米氣泡制備方法包括浸漬自發(fā)生成、溶液替換、溫差、電解水、催化和加減壓等。工業(yè)制備主要考慮能耗和效率，納米氣泡的基本工業(yè)制備方法有四類，分別是機(jī)械剪切、超聲空化、加減壓和湍流管法。機(jī)械剪切是高速攪拌溶液，讓有限體積的氣體和液體充分混合并空化成氣泡。超聲空化是利用聲波使液體局部出現(xiàn)負(fù)壓應(yīng)力，負(fù)壓使局部液體內(nèi)氣體過(guò)飽和而析出氣泡。加壓使氣體溶解度增加，減壓使氣體出現(xiàn)過(guò)飽和而析出。湍流管法是利用湍流形成的局部水壓的波動(dòng)。這些方法制造氣泡的基本原理非常接近，都是利用水壓強(qiáng)的劇烈波動(dòng)，使水中氣體在溶解和析出的快速轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生氣泡。為了獲得更好的效果，實(shí)際應(yīng)用中常將多種方法聯(lián)合起來(lái)使用。生產(chǎn)包裝氫水時(shí)，常用超聲結(jié)合加減壓，通過(guò)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化獲得最佳氣泡生成效果。小型納米氣泡氫水機(jī)常采用減壓湍流管技術(shù)。

4、納米氣泡超長(zhǎng)壽命原因分析

納米氣泡的穩(wěn)定性一直存在爭(zhēng)議，按照經(jīng)典的楊一拉普拉斯公式，氣泡體積越小，表面張力越大，內(nèi)部壓強(qiáng)越大，內(nèi)部壓強(qiáng)大會(huì)驅(qū)動(dòng)氣泡內(nèi)氣體向液體擴(kuò)散溶解，表面張力和氣體逸出的結(jié)果使氣泡快速趨向縮小甚至崩解消失。例如，當(dāng)氣泡直徑為159納米時(shí)，可產(chǎn)生大約4.5個(gè)大氣壓的內(nèi)壓。這樣高的內(nèi)壓已達(dá)到氣泡快速崩解的條件。理論上納米氣泡不可能長(zhǎng)時(shí)間存在，但許多研究發(fā)現(xiàn)納米氣泡壽命非常長(zhǎng)，在液體中納米氣泡能長(zhǎng)時(shí)間大量存在。

需要強(qiáng)調(diào)的是，納米氣泡長(zhǎng)壽命的一個(gè)重要特點(diǎn)是有一個(gè)尺度范圍，大約在150納米，并且在50~500納米(見圖4-3)，條件如溫度、液體和氣體成分不同，這個(gè)范圍有一定變化。當(dāng)氣泡直徑小于50納米，如極小納米氣泡，仍然符合快速崩解的特點(diǎn);當(dāng)氣泡直徑超過(guò)500納米，正好處于經(jīng)典氣泡具有收縮趨勢(shì)的范圍。

圖4-3 不同尺度氣泡的特點(diǎn)
 

納米氣泡的浮力非常小，周圍溶液分子運(yùn)動(dòng)影響相對(duì)很大，導(dǎo)致納米氣泡不能上浮到水面，可長(zhǎng)時(shí)間懸浮在液體中。理論上5微米氣泡就不會(huì)上升，這種氣泡的浮力小于液體流動(dòng)的干擾，氣泡之間和氣泡與液體分子之間的影響也相對(duì)比較大。關(guān)于納米氣泡內(nèi)壓，一些科學(xué)家不同意根據(jù)楊-拉普拉斯公式的理論計(jì)算值。杜爾曼計(jì)算了液滴的表面張力，并提出隨著體積縮小，表面張力相對(duì)降低，納米氣泡內(nèi)壓強(qiáng)也可能低于楊-拉普拉斯公式的理論計(jì)算值。長(zhǎng)山等進(jìn)行的分子動(dòng)力學(xué)模擬也發(fā)現(xiàn)，納米氣泡內(nèi)壓強(qiáng)遠(yuǎn)低于楊-拉普拉斯公式的理論計(jì)算值。吳承勛等進(jìn)行的氫氣汽油內(nèi)納米氣泡的分析發(fā)現(xiàn)，氫氣納米氣泡壽命可以穩(wěn)定121天。

納米氣泡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素是電動(dòng)電位。納米氣泡表面負(fù)電位就是這種電動(dòng)電位。納米氣泡與膠體顆粒的性質(zhì)類似，在表面都會(huì)形成一層電位，這種電位在物理學(xué)上有專門的名稱，稱為電動(dòng)電位。納米氣泡電動(dòng)電位的特征就是氣泡界面外側(cè)呈負(fù)電，內(nèi)側(cè)呈正電。電荷排斥與表面張力作用方向相反，具有降低內(nèi)壓和表面張力的作用。任何能增加負(fù)電荷的物質(zhì)都有利于氣一液界面，如用氫氧根離子或防靜電槍增加陰離子能縮小納米氣泡直徑。普通納米氣泡直徑約為150納米，二氧化碳納米氣泡混合1小時(shí)后直徑只有73納米，是因?yàn)槎趸細(xì)馀萁缑嬗懈邼舛忍妓岣x子。與表面電荷類似，納米氣泡之間缺乏分子間作用力(氣泡內(nèi)電子密度接近于零)，也能避免氣泡融合。分析發(fā)現(xiàn)，納米氣泡表面電荷能對(duì)抗表面張力，避免納米氣泡內(nèi)形成過(guò)高壓，能減少氣體因高壓向液體中溶解，避免氣泡發(fā)生崩解。氣泡達(dá)到平衡是穩(wěn)定的基礎(chǔ)，那么表面電荷密度對(duì)于氣泡穩(wěn)定性是重要的。當(dāng)納米氣泡發(fā)生收縮時(shí)，電荷密度隨之增加，在這個(gè)過(guò)程中，電荷起到使氣泡擴(kuò)張的作用。即使在平衡狀態(tài)，氣泡內(nèi)氣體仍然可以向未飽和的液體中溶解，除非這種液體表面也充滿該氣體。

鹽離子濃度是影響納米氣泡穩(wěn)定性的負(fù)面因素。納米氣泡穩(wěn)定性也會(huì)受溶液酸堿度等性質(zhì)的影響，溶液堿性越強(qiáng)，氣泡體積越大。氣泡與溶液之間氣體雙向擴(kuò)散、速率下降也是一種關(guān)鍵因素，這也類似于當(dāng)前比較熱門的界面水效應(yīng)的概念，納米氣泡大概算是一種最安全的界面水溶液制備方法。中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院張立娟等曾經(jīng)用同步輻射軟X射線對(duì)納米氣泡表面這種水結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，證明納米氣泡殼是一種非常特殊的水結(jié)構(gòu)。

5、納米氣泡檢測(cè)方法

盡管納米氣泡非常穩(wěn)定，但是氣泡大小分布、氣泡數(shù)量和平均大小都會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變。界面納米氣泡檢測(cè)常用原子力顯微鏡。體相納米氣泡常用光散射、冷凍電子顯微鏡和共振質(zhì)量測(cè)量，共振質(zhì)量測(cè)量是簡(jiǎn)單方便的區(qū)分固體顆粒的技術(shù)。納米氣泡溶液的特點(diǎn)會(huì)受到納米氣泡等效直徑、數(shù)量和大小分布的影響。不同方法可能會(huì)有不同的測(cè)定結(jié)果。

納米氣泡受到布朗運(yùn)動(dòng)的影響大，表面有硬殼，其行為接近固體納米顆粒，因此，納米氣泡可以用動(dòng)態(tài)光散射方法進(jìn)行測(cè)量，動(dòng)態(tài)光散射是利用通過(guò)樣品的反射波波形改變進(jìn)行分析。波形受顆粒布朗運(yùn)動(dòng)影響，大氣泡產(chǎn)生的散射作用強(qiáng)，但波動(dòng)比較慢。用斯托克斯一愛因斯坦公式計(jì)算擴(kuò)散常數(shù)確定顆粒半徑。這種方法最多能測(cè)量每毫升10億個(gè)納米氣泡。分析總體信號(hào)可以獲得氣泡數(shù)量和大小分布，但不能獲得每個(gè)氣泡的運(yùn)動(dòng)情況。納米氣泡運(yùn)動(dòng)需要用納米顆粒跟蹤分析方法。

納米顆粒跟蹤分析如NanoSight是相對(duì)分析方法，這種方法利用光散射跟蹤小體積(80皮升)中的每個(gè)氣泡，能確定特定時(shí)間納米氣泡在x或y軸上的運(yùn)動(dòng)。顆粒運(yùn)動(dòng)速度取決于顆粒大小，體積越大，速度越小。相對(duì)于動(dòng)態(tài)光散射每毫升至少109個(gè)納米氣泡，納米顆粒跟蹤分析能分析更低濃度的納米氣泡，可達(dá)到每毫升至少105個(gè)納米氣泡。

共振質(zhì)量測(cè)量是對(duì)流過(guò)一個(gè)共振跳板的納米氣泡進(jìn)行的測(cè)量，這是一種比較新的技術(shù)，能清楚區(qū)分固體和氣體納米顆粒。1微升納米氣泡溶液每分鐘通過(guò)共振器約12納升，理想狀況是每秒通過(guò)一個(gè)納米氣泡，改變有效質(zhì)量并被轉(zhuǎn)換為共振頻率。

庫(kù)爾特氏計(jì)數(shù)器是病毒和細(xì)菌等微生物的計(jì)數(shù)裝置，主要由兩個(gè)小室組成，中間以不導(dǎo)電的薄隔板隔開，隔板帶有大小與待計(jì)數(shù)的顆粒類似的單一小孔，每個(gè)小室都有電極。當(dāng)納米氣泡等顆粒進(jìn)入微管時(shí)，因?yàn)楣軆?nèi)液體被氣泡代替，電阻發(fā)生改變，其變化與顆粒體積有關(guān)，利用這個(gè)特征可對(duì)通過(guò)微管的納米氣泡進(jìn)行計(jì)數(shù)和體積計(jì)算。

直徑超過(guò)500納米的大納米氣泡能用高分辨光學(xué)顯微鏡進(jìn)行圖像分析，觀察時(shí)需要用亞甲藍(lán)進(jìn)行染色。也有利用氣泡內(nèi)氣體成分的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的方法，例如用紅外線探測(cè)二氧化碳納米氣泡。

電動(dòng)電位也經(jīng)常作為納米氣泡探測(cè)指標(biāo)，研究顯示，較大的電動(dòng)電位是納米氣泡穩(wěn)定性的原因，但是這種電位不能提供氣泡數(shù)量和體積的信息。電動(dòng)電位高峰是氣泡直徑在10~30微米時(shí)，分散粒子因表面帶有電荷而吸引周圍的離子，這些離子在兩相界面呈擴(kuò)散狀態(tài)分布而形成擴(kuò)散雙電層。測(cè)量電動(dòng)電位的方法主要有電泳法、電滲法、流動(dòng)電位法和超聲法，其中電泳法應(yīng)用最廣。測(cè)量納米氣泡電動(dòng)電位可使用電動(dòng)電位分析儀。