Der er to ting, folk tænker på, når de hører ordet “plasma.”Den første er blodplasma, den flydende del af blodet, der holder blodceller i suspension. Den anden, hvis du elsker fysik, er en ioniseret gas (hvis du elsker geologi, vil du tænke på en lysegrøn chalcedonsten), normalt ved forholdsvis høje temperaturer. Solen skyder for eksempel plasmabuer ud. Du kan finde dem i plasma-tv-skærme, du kan bruge dem til at oprette antenner, og fans af science fiction fantaserer sandsynligvis om at skyde dem skydevåben som et højteknologisk våben. (Lyn er en form for plasma.)
der er også såkaldte “kolde plasmaer.”Jeg skrev om dette emne tilbage i 2007, både i fysik i dag og på Cocktail Party Physics, med fokus på deres potentiale til at dræbe bakterier, fjerne tandplak, løsne forbindelserne mellem celler, der udgør biologisk væv, hjælpe med at koagulere blod og reducere blødning efter et sår eller under operationen og måske endda fjerne kræfttumorer. Og et Oktober-papir i Journal of Physics D: Applied Physics beskriver en potentielt revolutionerende ny kold plasmaenhed, svarende til en blæselampe, til behandling af blodkræft leukæmi.
“Vi har en virkelig fantastisk enhed,” hovedforfatter Mounir Laroussi (Old Dominion University) fortalte folkene på Physics brummer. “Vi kan generere en stråle af plasma, der er omkring stuetemperatur. Det brænder ikke noget; det ødelægger ikke eller stikker huller. Du kan røre det med din hånd.”Laroussis resultater er temmelig overraskende: efter blot 10 minutters eksponering for det kolde plasma blev mere end 90% af leukæmicellerne i undersøgelsen ødelagt.
udtrykket” koldt ” kan være lidt vildledende. “Høj temperatur superledningsevne” finder sted ved temperaturer, der er fælles for flydende nitrogen.) Mange kolde plasmaer er “kolde” sammenlignet med for eksempel Solen, men stadig temmelig varme: i størrelsesordenen 70 til 100 grader Celsius. Anvend det på levende menneskevæv, og det vil brænde. Dårlig.
alligevel er de nyttige til ting som sterilisering af drikkevand og dekontaminering af industrielle overflader. Det skyldes, at de dræber (“inaktiverer”) bakterier ved at ødelægge bakteriecellemembranen via en dødelig kombination af ladede partikler, frie radikaler og UV-stråling. De arbejder hurtigt, også: luftvåbenet har et aktivt koldt plasmaforskningsprogram, der bruger dem til at nedbryde kemikalierne, der findes i toksiner som miltbrand på få minutter sammenlignet med flere timer for andre metoder.
engang i slutningen af 1990 ‘ erne fandt forskerne ud af, hvordan man skaber virkelig stuetemperatur kolde plasmaer i laboratoriet, så for første gang kunne de testes på biologisk væv. Og det er fokus for Laroussis forskning. Per fysik brummer:
forskere skaber koldt plasma ved at sende superhurtige elektroner gennem gasser som helium og luft. Disse elektroner rammer atomer og molekyler med så meget energi, at de trækker de yderste elektroner af atomer og molekyler i gassen, hvilket skaber en suppeblanding af frie elektroner og frie ioner. Gassen forbliver ved omkring stuetemperatur, forklarede Laroussi, fordi den energi, der kræves for at adskille elektronerne fra deres atomer, hurtigt forsvinder og efterlader gasionerne kølige.
Der var en spændende forsinket effekt med plasma blæselampe. Mens leukæmicellerne syntes fint umiddelbart efter at være sprængt med koldplasmaplumen i ti minutter, begyndte de inden for fire til otte timer at dø. Laroussi antager, at plasmaplume kan udløse en biokemisk reaktion af slags, inducerende celledød i leukæmicellerne, mens de normale celler efterlades intakte.ifølge Michael Keidar er molekylerne i et koldt plasma særligt reaktive-dermed effektiviteten af kolde plasmaer til behandling af bakterielle infektioner. Keidar studerer plasmabehandlinger for kræft og mener, at fordi kræftceller har højere stofskifte end raske celler, har de mere osomon. Så tilføjelsen af endnu flere molekyler via den kolde plasmaplume sætter kræftcellerne over tærsklen og udløser celledød, mens sunde celler kan modstå eksplosionen helt fint.
tidligere udviklede Laroussi en heliumfyldt plasmablyant, der var i stand til at skabe en lang plasmaplume på 2 til 3 tommer, som kan dræbe bakterier på den sarte overflade af menneskelig hud uden at skade det omgivende væv. Laroussi har brugt det på e coli bakterier. Andre grupper, der arbejder med kold plasma “jet pistoler” har vist ødelæggelsen af salmonella og endda nogle få vira.
disse dekontamineringsegenskaber er utroligt nyttige til at hjælpe med at fremskynde sårheling, som har omtrent tre faser. Der er et inflammatorisk stadium, hvor alt er rødt og/eller hævet og smertefuldt, hvor det kan virke som om lidt helbredelse faktisk finder sted-faktisk er det let at forveksle med faktisk infektion.
men der er alle mulige ting, der foregår for at bede kroppen ind i anden fase: producerer kollagen for at styrke såret. Dette kan tage flere uger afhængigt af alvorligheden af skaden, og tykke ar kan udvikle sig.
den sidste fase kaldes remodeling fase, hvor kroppen slipper af overskydende arvæv. Nogle gange er der stadig et tungt hævet (keloid) ar, hvis såret var særligt dybt og ubehageligt. At være i stand til at dræbe bakterier reducerer risikoen for infektion, og at være i stand til at fjerne døde celler og erstatte dem med sunde kan betydeligt fremskynde denne uges lange proces.
Tilbage i 2010 brugte forskere ved Gamaleya Institute of Epidemiology and Microbiology i Moskva en kold plasmabrænder på to almindelige bakterier, Pseudomonas aeruginosa og Staphylococcus aureus, begge antibiotikaresistente stammer (takket være en biofilm), der er almindelige i sårinfektioner. Per Discovery Nyheder: “efter fem minutter dræbte plasmabrænderen 99 procent af bakterier dyrket i en petriskål, og efter ti minutter dræbte den 90 procent af bakterier, der var til stede i sårene hos en rotter. Og fordi faklen kan rettes mod en bestemt, lille område af infektion, er omgivende væv efterladt uskadt.”Eva Stoffels fra Eindhoven University of Technology i Holland udviklede en praktisk lille enhed kaldet en plasmanål-dybest set en tynd tungstentråd omkring 50 millimeter lang inde i et gasfyldt kvartsrør-der gør det muligt for hende at fjerne eller manipulere biologiske celler præcist. Hun kalder det ” kirurgi uden at skære.”Bare kør en spænding gennem nålen og voila! En lille plasma gnist genereres ved spidsen.
hverken plasmanålen eller plasmablyanten bruger et koldt plasma til at udføre faktisk skæring. Men et firma kaldet Peak Surgical har en prototype enhed kaldet Plasmabladet, der faktisk bruger kolde plasmaer til at skære biologisk væv. Kirurgiske skalpeller har tjent os godt i meget lang tid, men mens de skærer meget præcist, kan de ikke kontrollere blødning. Der er alternative elektrokirurgiske enheder, der kan gøre begge dele, men der er normalt nogle ledsagende termiske skader på omgivende væv.Plasmabladet skærer, cauteriserer og brænder ikke omgivende væv, plus du har de indbyggede dekontamineringsegenskaber til at bekæmpe infektion og reducere inflammation og derved fremskynde helingsprocessen. Peak har testet deres Plasmablad på både retinalvæv og på svineskind.
kolde plasmaer dræber bakterier og redder liv, hvilket gør dem ret cool.
Ermolaeva, Svetlana A. et al. (2011)” bakteriedræbende virkninger af ikke-termisk argonplasma in vitro, i biofilm og i dyremodellen for inficerede sår, ” Journal of Medical Microbiology 60(1): 75-83.Laroussi, M. et al. (2006)” inaktivering af bakterier med plasmablyanten”, Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.