existují dvě věci, o kterých si lidé myslí, když slyší slovo “ plazma.“První je krevní plazma, tekutá část krve, která drží krevní buňky v suspenzi. Druhý, pokud máte rádi fyziku, je ionizovaný plyn (pokud máte rádi geologii, budete myslet na jasně zelený chalcedonový kámen), obvykle při poměrně vysokých teplotách. Slunce například vystřelí plazmové oblouky. Najdete je v plazmových televizních displejích, můžete je použít k vytvoření antén, a fanoušci sci-fi pravděpodobně fantazírují o tom, že je střílí střelné zbraně jako high-tech zbraň. (Blesk je forma plazmy.)
existují také tzv.“Napsal jsem o tomto tématu již v roce 2007, a to jak ve Fyzice Dnes a na Koktejl Party Fyziky, se zaměřením na jejich potenciál zabít bakterie, odstranit zubní plak, uvolnit spojení mezi buňkami, které tvoří biologické tkáně, pomáhají srážet krev a snížení krvácení po zranění, nebo v průběhu chirurgického zákroku, a možná dokonce odstranit rakovinné nádory. A říjnový článek v časopise Journal of Physics D: Applied Physics popisuje potenciálně revoluční nové zařízení studené plazmy, podobné letlampu, pro léčbu leukémie rakoviny krve.
„máme opravdu úžasné zařízení,“ řekl hlavní autor Mounir Laroussi (Old Dominion University) lidem z Physics Buzz. „Můžeme generovat paprsek plazmy, který je kolem pokojové teploty. Nic nehoří; nezničí ani nevystrkuje díry. Můžete se ho dotknout rukou.“Laroussiho výsledky jsou docela překvapivé: po pouhých 10 minutách expozice studené plazmě bylo ve studii zničeno více než 90% leukemických buněk.
termín „studený“ může být trochu zavádějící. „Vysokoteplotní supravodivost“ probíhá při teplotách společných pro kapalný dusík.) Mnoho studených plazmat je „studené“ ve srovnání s, řekněme, sluncem, ale stále docela horké: řádově 70 až 100 stupňů Celsia. Použij to na živou lidskou tkáň a bude to shořet. Špatně.
přesto jsou užitečné pro věci, jako je sterilizace pitné vody a dekontaminace průmyslových povrchů. Je to proto, že zabíjejí („inaktivují“) bakterie ničením bakteriální buněčné membrány smrtící kombinací nabitých částic, volných radikálů a UV záření. Pracují rychle, také: letectvo má aktivní výzkumný program studené plazmy, pomocí nich rozložte chemikálie nalezené v toxinech, jako je antrax, za pouhé minuty, ve srovnání s několika hodinami u jiných metod.
někdy na konci 90. let vědci přišli na to, jak v laboratoři vytvořit skutečně chladné plazmy s pokojovou teplotou, takže poprvé mohli být testováni na biologické tkáni. A to je zaměření Laroussiho výzkumu. Per Physics Buzz:
vědci vytvářejí studenou plazmu zasláním superrychlých elektronů plyny, jako je helium a vzduch. Tyto elektrony zasáhly atomy a molekuly tolik energie, že stahují nejvzdálenější elektrony atomů a molekul v plynu a vytvářejí polévkovou směs volných elektronů a volných iontů. Plyn zůstává při pokojové teplotě, vysvětlil Laroussi, protože energie potřebná k oddělení elektronů od jejich atomů se rychle rozptýlí a ionty plynu zůstanou chladné.
došlo k zajímavému zpožděnému účinku s plazmovým hořákem. Zatímco leukemických buněk se zdálo v pořádku, okamžitě poté, co se odstřelil s cold-plasma plume na deset minut, během čtyř až osmi hodin začali umírat. Laroussi hypotézu, že plasma plume může vyvolat biochemické reakce druhů, navozující buněčnou smrt u leukemických buněk, přičemž normální buňky neporušené.
Podle George Washington University Michael Keidar, mezi molekuly ve studené plazma je ozon, což je obzvlášť reaktivní-tedy účinnost studeného plazmatu při léčbě bakteriálních infekcí. Keidar studuje plazmatickou léčbu rakoviny a myslí si, že protože rakovinné buňky mají vyšší metabolismus než zdravé buňky, mají více ozonu. Takže přidání ještě více molekul ozonu přes studený plazmový oblak staví rakovinné buňky nad práh a spouští buněčnou smrt, zatímco zdravé buňky vydrží výbuch v pohodě.
Dříve, Laroussi vyvinul helium-naplněné plazmová tužka schopen vytvořit dlouhé plasma plume 2 až 3 palce, který může zabít bakterie na jemné povrchu lidské kůže, bez poškození okolní tkáně. Laroussi ji použil na bakterie e coli. Jiné skupiny pracující s studené plazma „jet zbraně“ prokázaly zničení salmonely a dokonce i několik virů.
tyto dekontaminační vlastnosti jsou neuvěřitelně užitečné při urychlení hojení ran, které má zhruba tři fáze. Tam je zánětlivé fázi, kde je všechno červené a/nebo oteklé a bolestivé, v němž by se mohlo zdát jako malé léčení je ve skutečnosti probíhá-ve skutečnosti, je to snadno zaměnit se skutečnou infekci.
ale děje se všechno možné, aby se tělo dostalo do druhé fáze: produkce kolagenu pro posílení rány. To může trvat několik týdnů, v závislosti na závažnosti poranění, a mohou se vyvinout silné jizvy.
konečná fáze se nazývá remodelační fáze, ve které se tělo zbaví přebytečné tkáně jizvy. Někdy zůstává těžká vyvýšená (keloidní) jizva, pokud byla rána obzvláště hluboká a ošklivá. Schopnost zabíjet bakterie snižuje pravděpodobnost infekce a schopnost odstranit mrtvé buňky a nahradit je zdravými může tento týdenní proces výrazně urychlit.
Zpět v roce 2010, vědci na Gamaleya Ústavu Epidemiologie a Mikrobiologie v Moskvě použita studená plasma torch na dva běžné bakterie, Pseudomonas aeruginosa a Staphylococcus aureus, jak rezistentních kmenů (díky biofilmu), které jsou běžné v ráně infekce. Na Discovery News: „Po pěti minutách, plazmový hořák zabít 99 procent bakterie pěstované v Petriho misce, a po deseti minutách to zabít 90% bakterií v ranách na krysy. A protože pochodeň může být zaměřena na konkrétní, malou oblast infekce, okolní tkáň zůstane nepoškozená.“
Eva Stoffels-Adamowicz z Eindhoven University of Technology v Nizozemsku vyvinula šikovné malé zařízení, které se nazývá plazma jehly-v podstatě tenkou wolframu drát, asi 50 mm dlouhé, uvnitř plněné plynem křemenné trubice-to umožňuje jí, aby přesně odstranit nebo manipulovat biologické buňky. Říká tomu “ operace bez řezání.“Jen řídit napětí přes jehlu a voila! Na špičce se vytvoří malá plazmová jiskra.
plazmová jehla ani plazmová tužka nepoužívají ke skutečnému řezání studenou plazmu. Ale společnost s názvem Peak Surgical má prototyp zařízení s názvem Plasma Blade, které ve skutečnosti používá studené plazmy k řezání biologické tkáně. Chirurgické skalpely nám velmi dlouho dobře sloužily, ale zatímco řezaly velmi přesně, nemohou kontrolovat krvácení. Existují alternativní elektrochirurgických zařízení, které mohou dělat obojí, ale tam je obvykle nějaké doprovodné tepelné poškození okolní tkáně.
plazmová čepel řeže, kauterizuje a nespaluje okolní tkáň, a navíc máte vestavěné dekontaminační atributy, které bojují s infekcí a snižují zánět, čímž urychlují proces hojení. Peak testoval jejich plazmatickou čepel jak na sítnicové tkáni, tak na prasečí kůži.
studené plazmy zabíjejí bakterie a zachraňují životy, což je činí docela chladnými.
Ermolaeva, Svetlana A. et al. (2011) „Baktericidní účinky netepelné argonové plazmě in vitro, v biofilmy a ve zvířecím modelu infikované rány,“ Journal of Medical Microbiology 60(1): 75-83.
Laroussi, M. et al. (2006) „inaktivace bakterií plazmovou tužkou“, Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.