Przejdź do treści

Uniwersytet Śląski w Katowicach

Dr hab. inż. Lucjan Kozielski | Plazma i jej przeciwdrobnoustrojowe właściwości

28.04.2020 - 12:44 aktualizacja 28.04.2020 - 12:59
Redakcja: MK, Sekcja Prasowa

|dr hab. inż. Lucjan Kozielski|

Chociaż plazma jest najpowszechniej występującym we Wszechświecie stanem skupienia materii, nieczęsto mamy okazję ją widywać na Ziemi. Przykładem zjawiska, w którym można zaobserwować powstawanie plazmy, jest zorza polarna. Ze względu na swoje przeciwdrobnoustrojowe właściwości, plazma coraz częściej znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, przede wszystkim medycynie, stomatologii i przetwórstwie żywności.

Zorza polarna
Zorza polarna jest przykładem zjawiska, w którym można zaobserwować powstawanie plazmy

Pojęcie plazmy wprowadził w 1928 roku amerykański fizykochemik Irving Langmuir, noblista z 1932 roku. Plazma, zwana czwartym i najpowszechniej występującym we Wszechświecie stanem skupienia materii, to zjonizowany gaz mogący przewodzić ładunki elektryczne.

Wyróżniamy plazmę:

  • wysokotemperaturową – „gorącą”, będącą składnikiem gwiazd i powstającą podczas wybuchu bomby wodorowej
  • oraz niskotemperaturową – „zimną” (ang. non-thermal plasma lub cold plasma) – powstającą w znacznie niższych temperaturach, np. w temperaturze pokojowej.

Plazma niskotemperaturowa może składać się z mieszaniny zarówno zjonizowanych, jak i niezjonizowanych cząsteczek, atomów w stanie podstawowym i wzbudzonych, wolnych rodników, w tym tlenu (ang. reactive oxygen species, ROS) i azotu (ang. reactive nitrogen species, RNS), ozonu oraz elektronów i promieniowania UV.

Kilka słów o wirusach

Wirusy wywołały wiele epidemii w całej historii ludzkości. Koronawirus COVID-19 jest tylko najnowszym przykładem. Nowa epidemia wirusowa może być nieprzewidywalna, a opracowanie specjalnych narzędzi obrony i środków zaradczych przeciwko nowemu wirusowi jest czasochłonne nawet w erze współczesnej nauki i technologii medycznej.

Jest to szczególnie ważne w przypadkach, gdy pojawiający się nowy wirus jest równie zakaźny, jak SARS-CoV-19. Ludzkie wirusy mogą pozostać zakaźne na powierzchniach metalowych w temperaturze pokojowej nawet do 9 dni. W temperaturze 30°C lub więcej czas ten jest krótszy. Okazuje się, że koronawirusy weterynaryjne mogą przetrwać na tych powierzchniach dłużej, nawet do 28 dni.

Dla całej populacji w tej chwili nie ma szczepionki przeciw COVID-19. Najlepszym sposobem zapobiegania jest unikanie narażenia na wirusa. Akceptowane jest regularne mycie rąk mydłem lub dezynfekcja środkiem dezynfekującym zawierającym co najmniej 60% alkoholu oraz ostateczne powstrzymanie się od dotykania oczu, nosa i ust niemytymi rękami.

Zastosowanie zimnej plazmy

Ciekawym rozwiązaniem może być też zastosowanie „zimnej plazmy”. Jej bezpośrednie lub pośrednie oddziaływanie jest nowatorską techniką odkażania powierzchni, która może znaleźć zastosowanie np. w odniesieniu do personelu medycznego szpitali. Termin „plazma” oznacza masę gazu zasadniczo neutralnego, wytworzonego przez wyładowanie elektryczne. Gaz zawiera elektrony i dużą liczbę różnych jonów, wolnych rodników, stabilnych cząsteczek i innych molekuł, o czym pisałem już wcześniej. Niektóre związki chemiczne w plazmie (szczególnie ozon) są aktywnymi środkami przeciwdrobnoustrojowymi, ich aktywności przypisuje się działanie odkażające.

Zgodnie z naszą obecną wiedzą i wstępnymi eksperymentami, przy pomocy zimnej plazmy możemy dezaktywować wszystkie typy wirusów. Środki dezynfekujące (w fazie gazowej) są porównywane przez ich wartości CT, czyli stężenie (mierzone w mg / l) pomnożone przez czas kontaktu (mierzony w minutach). Z tabel CT wynika, że zimna plazma jest ogólnie wskazana jako skuteczny środek przeciw wszystkim wirusom, w tym przeciw nowemu koronawirusowi.

Zimna plazma stosowana jest m.in. w klimatyzacjach. Konwencjonalna dezynfekcja klimatyzatorów w instalacjach domowych, biurowych i samochodowych grzybobójczym środkami chemicznymi przynosi wymierne szkody zarówno dla użytkownika, serwisu klimatyzatorów jak też środowiska. W świetle ich toksycznego i alergizującego działania w gospodarstwie domowym środki tradycyjne powodują więcej szkód dla zdrowia niż korzyści wynikających z ich ochronnego działania. W efekcie takie substancje zanieczyszczają ścieki, szkodzą roślinom, są niebezpieczne dla organizmów wodnych, takich jak: skorupiaki i ryby, nawet jeżeli używamy ich w niskich stężeniach. Co więcej, substancje te niszczą bakterie, również pożyteczne – i tych jest większość – dla człowieka, w życiu codziennym.

Alternatywne chemiczne metody odkażania tych urządzeń są niezwykle kosztowne w odniesieniu do środowiska ze względu na zaawansowane techniki wytwarzania środków grzybobójczych. Dodatkowym mankamentem jest fakt, że nie ma idealnego środka chemicznego działającego na wszystkie grupy szkodliwych dla człowieka bakterii i wirusów, w związku z tym należy bardzo wnikliwie przemyśleć dobór środków dezynfekcyjnych w zależności od zastosowania i pożądanych skutków. Alternatywą może być sterylizacja plazmowa. Ocenia się, że, oprócz wysokiej skuteczności, jest ona również nieszkodliwa dla środowiska.

Wobec braku skutecznego i specyficznego leczenia lub szczepienia przeciw COVID-19 pożądane byłoby posiadanie poręcznego urządzenia, przyczyniające się do walki z wirusami, szczególnie w dobie pandemii. Ostatnie badania wykazały, że zimna plazma może skutecznie dezaktywować patogeny drobnoustrojowe, takie jak bakterie, grzyby  czy właśnie wirusy. Ponadto technologia ta skutecznie dezaktywuje patogeny na powierzchni urządzeń medycznych i dentystycznych, a także produktów rolnych.

Co ciekawe, podczas wojny w Zatoce Perskiej w 1991 roku Pentagon obawiał się, że zdesperowany Saddam Husajn użyje broni biologicznej wobec amerykańskich żołnierzy. Mimo, że broń biologiczna nie została użyta, armia USA zdecydowała po wojnie, że konwencjonalna metoda odkażania czołgów i karabinów przez oblewanie wodą i środkami chemicznymi jest niewystarczająca. Odkażanie zainfekowanych żołnierzy byłoby jeszcze bardziej problematyczne, w związku z czym zainwestowane określone środki finansowe na zakup do tych celów zasilanych bateryjnie generatorów zimnej plazmy. Takie rozwiązanie dostępne jest więc już w armii amerykańskiej, niestety wciąż jeszcze brakuje tego typu urządzeń na rynku cywilnym.

Dwóch mężczyzn przy stoisku Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach
Dr hab. inż. Lucjan Kozielski z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach (na zdjęciu z Marcinem Witoszkiem z firmy DAGO z Mysłowic) | fot. archiwum dr. hab. inż. Lucjana Kozielskiego

return to top