Els plasmes redueixen les concentracions de patògens a l’entrar en contacte amb les superfícies contaminades. El plasma destrueix bacteris, virus, fongs i prions. També elimina les toxines i altres contaminants orgànics. Fins i tot una esterilització completa és possible amb una exposició perllongada a l’plasma. Més important encara, una desinfecció forta pot aconseguir-se amb els plasmes d’aire de pressió atmosfèrica, produïts per una descàrrega directa piezoelèctrica (PDD). Per tant, la desinfecció per plasma no requereix costosos equips de buit ni productes químics tòxics, fent el procés barat i respectuós amb el medi ambient. Els plasmes de pressió atmosfèrica de la descàrrega de l’PDD són freds, fent que la desinfecció de l’plasma sigui molt suau comparant-la amb els procediments estàndard de desinfecció usant aire calent pressuritzat, vapor d’aigua calenta pressuritzat o substàncies tòxiques. Afecta només a una capa superficial molt prima. A causa d’això, els plasmes poden desinfectar una varietat de superfícies sensibles, incloent teixits vius i fins i tot ferides obertes.
Plasmes atmosfèrics freds
El plasma és un gas parcialment ionitzat. Els arcs elèctrics, la barrera dielèctrica, la corona i les descàrregues directes piezoelèctriques ionitzen els gasos a pressions atmosfèriques creant plasmes. Les partícules carregades – els electrons i els ions – acceleren dins dels camps elèctrics de descàrrega a altes energies. Només una petita fracció de les molècules de gas es converteix en electrons i ions energètics. La resta de el gas roman neutral i fred. En el cas de la descàrrega directa piezoelèctrica, la seva temperatura arriba només 30-50ºC. Aquestes temperatures no danyen ni superfícies sensibles. Mentre el plasma roman fred, els electrons i ions molt enèrgics xoquen amb les molècules de gas que produeixen grans quantitats d’espècies químiques de curta vida, com les espècies atòmiques H, N i O, els radicals OH i ON, els àcids ozó, nitrós i nítric, així com diverses altres molècules en estats excitats metastables. Això fa que aquest plasma sigui químicament molt actiu.
Mecanismes de desinfecció per plasma
A l’entrar en contacte amb la superfície tractada, el plasma atmosfèric fred químicament actiu inicia una multitud de processos físics i químics. El principal procés d’esterilització és la descomposició de molècules orgàniques d’organismes vius per bombardeig amb electrons, ions i espècies químiques neutres de curta vida. El bombardeig d’ions trenca els enllaços d’hidrogen de les molècules orgàniques. A més, les espècies químiques reactives de curta durada s’oxiden les molècules orgàniques. Aquests processos produeixen molècules orgàniques més lleugeres i volàtils, que s’evaporen de la superfície, deixant-no només desinfectada, sinó també en estat de neteja ultrafina. Els següents agents i processos de reacció contribueixen a la desinfecció:
- Ions i electrons bombardegen la superfície en contacte directe amb el volum de plasma ionitzat. Amb altes energies, són de llarg els agents més forts de la desinfecció, ja que trenquen enllaços d’hidrogen de molècules orgàniques, com les que formen les membranes cel·lulars. Tot i que la densitat de les partícules carregades és molt més gran que la densitat de les espècies neutres reactives, les partícules carregades contribueixen significativament a la desinfecció, o fins i tot la dominen. Entre les partícules carregades, els electrons tenen els fluxos més alts i la profunditat de penetració més alta. Això els fa actius sota la capa d’aigua o altres líquids biològics que cobreixen les superfícies dels teixits vius. Allà reaccionen amb aigua i molècules d’oxigen dissolt per produir espècies reactives d’oxigen. Aquests últims maten els microorganismes, que d’altra manera estarien protegits per una capa de biopel·lícula. Els ions també es dissolen en l’aigua, provocant reaccions químiques que fan que l’aigua sigui àcida.
- Les espècies d’oxigen reactiu són àtoms d’oxigen i molècules químicament actives que contenen oxigen en estats de terra o excitats, així com els seus ions. Els radicals hidroxil (OH) reaccionen molt ràpidament amb molècules orgàniques eliminant àtoms d’hidrogen i produint radicals alquil, que s’oxiden ràpidament en l’aire. Amb aquest mecanisme, ataquen indiscriminadament totes les molècules orgàniques d’organismes vius. El més important és que destrueixen càpsules de bacteris i parets cel·lulars. Quan la taxa de dany de la paret cel·lular és més gran que la taxa de la seva pròpia reparació, la cèl·lula mor. El peròxid d’hidrogen (H2O2) també és molt reactiu, encara que menys radicals OH.Per tant, té una major probabilitat de penetrar en el nucli de la cèl·lula bacteriana, on pot danyar les molècules d’ADN que maten la cèl·lula. Això fa que sigui un desinfectant fort. L’ozó (O3) és una molècula estable de llarga vida coneguda com un potent oxidant. Similar als radicals hidroxil, aquest destrueix les parets cel·lulars.
- Les espècies de nitrogen reactiu són una família de molècules antimicrobianes, incloent òxid nítric (NO), diòxid de nitrogen (NO2), anió peroxinitrit (ONOO- ), àcid nitrós (HNO2). Són menys reactius en comparació amb les espècies d’oxigen, però les seves vides són suficients per penetrar en capes més profundes dels teixits. Encara que les espècies de nitrogen reactiu han demostrat la seva eficàcia de desinfecció, només els arcs elèctrics els produeixen en quantitats suficients, i en descàrregues de corona, DBD i PDD, les seves concentracions són significativament inferiors a les de les espècies reactives d’oxigen.
- Mecanismes addicionals a El nivell d’acidesa a la capa superficial d’aigua augmenta a causa de la dissolució dels ions i les espècies d’oxigen reactiu. Els àcids corroeixen les parets cel·lulars bacterianes causant la seva mortalitat. A La radiació ultraviolada és un bé conegut desinfectant fort danyant les molècules d’ADN i inhibint la replicació bacteriana. La part d’alta energia de la radiació UV, produïda per plasmes de pressió atmosfèrica, és més potent. No obstant això, la seva intensitat és usualment insuficient per a un tractament eficaç.
La calor produïda pels plasmes atmosfèrics, com els de descàrrega directa piezoelèctrica, és generalment baix, aconseguint temperatures de només 30-50ºC. No obstant això, els punts microscòpics, on el filament de descàrrega entra en contacte amb la superfície, són molt localment reescalfats i esterilitzats. No obstant això, cobreixen una superfície insignificant produint una desinfecció insignificant.
Avantatges de la desinfecció amb plasmes d’aire fred de pressió atmosfèrica
Les propietats excepcionals de desinfecció dels plasmes són ben conegudes i documentades. Els plasmes de pressió atmosfèrica, i especialment el plasma de la descàrrega directa piezoelèctrica, han demostrat una forta capacitat de desinfecció. En comparació amb els mètodes estàndard de desinfecció i esterilització que utilitzen aire calent a pressió de 170 ° C, vapor d’aigua calenta pressuritzat de 120 ° C, química humida o plasmes de baixa pressió, els plasmes d’aire de pressió atmosfèrica freda ofereixen les següents avantatges:
- El tractament a pressió atmosfèrica permet la desinfecció d’objectes que poden danyar-se per buit o sobrepressió
- No hi ha costoses càmeres de buit o pressuritzades i bombes
- No hi ha química humida
- Neteja ultrafina, sense residus
- Baixa temperatura de funcionament
- Tractament suau de superfícies sensibles, incloent teixits vius i ferides obertes
- Aire o gasos de treball no tòxics barats
- Amistat mediambiental