Ci sono due cose che la gente pensa quando sente la parola “plasma.”Il primo è il plasma sanguigno, la parte liquida del sangue che contiene le cellule del sangue in sospensione. Il secondo, se ami la fisica, è un gas ionizzato (se ami la geologia, penserai a una pietra di calcedonio verde brillante), di solito a temperature piuttosto elevate. Il sole spara archi di plasma, per esempio. Li si possono trovare in schermi TV al plasma, è possibile utilizzarli per creare antenne, e gli appassionati di fantascienza probabilmente fantasticare di sparare loro armi da fuoco come un’arma ad alta tecnologia. (Il fulmine è una forma di plasma.)
Ci sono anche i cosiddetti ” plasmi freddi.”Ho scritto su questo argomento, nel 2007, sia nella Fisica di Oggi e Cocktail Party Fisica, concentrandosi sul loro potenziale per uccidere i batteri, rimuovere la placca dentale, allentare le connessioni tra le cellule che compongono il tessuto biologico, aiutare la coagulazione del sangue e ridurre il sanguinamento a seguito di una ferita, o durante l’intervento chirurgico, e forse anche di rimuovere i tumori cancerosi. E un articolo di ottobre nel Journal of Physics D: Applied Physics descrive un nuovo dispositivo al plasma freddo potenzialmente rivoluzionario, simile a una fiamma ossidrica, per il trattamento della leucemia del cancro del sangue.
“Abbiamo un dispositivo davvero sorprendente”, ha detto l’autore principale Mounir Laroussi (Old Dominion University) ai ragazzi di Physics Buzz. “Siamo in grado di generare un fascio di plasma che è intorno alla temperatura ambiente. Non brucia nulla; non distrugge o fa buchi. Puoi toccarlo con la mano.”I risultati di Laroussi sono piuttosto sorprendenti: dopo soli 10 minuti di esposizione al plasma freddo, oltre il 90% delle cellule leucemiche nello studio sono state distrutte.
Il termine “freddo” può essere un po ‘ fuorviante. (Ad esempio, “superconduttività ad alta temperatura” avviene a temperature comuni all’azoto liquido.) Molti plasmi freddi sono” freddi ” rispetto, ad esempio, al sole, ma ancora piuttosto caldi: nell’ordine di 70-100 gradi Celsius. Applicalo al tessuto umano vivente e brucera’. Male.
Tuttavia, sono utili per cose come la sterilizzazione dell’acqua potabile e la decontaminazione delle superfici industriali. Questo perché uccidono (“inattivano”) i batteri distruggendo la membrana cellulare batterica tramite una combinazione letale di particelle cariche, radicali liberi e radiazioni UV. Funzionano anche in fretta: l’Air Force ha un programma di ricerca sul plasma freddo attivo, che li utilizza per abbattere le sostanze chimiche presenti nelle tossine come l’antrace in pochi minuti, rispetto a diverse ore per altri metodi.
A volte alla fine degli anni 1990, i ricercatori hanno capito come creare plasmi freddi veramente a temperatura ambiente in laboratorio, quindi per la prima volta potrebbero essere testati su tessuti biologici. E questo è il fulcro della ricerca di Laroussi. Per Buzz fisica:
Gli scienziati creano plasma freddo inviando elettroni super-veloci attraverso gas come elio e aria. Questi elettroni colpiscono gli atomi e le molecole con tanta energia che tirano fuori gli elettroni più esterni degli atomi e delle molecole nel gas, creando una miscela soupy di elettroni liberi e ioni liberi. Il gas rimane a temperatura ambiente intorno, Laroussi spiegato, perché l’energia necessaria per separare gli elettroni dai loro atomi dissipa rapidamente, lasciando gli ioni gas fresco.
C’è stato un intrigante effetto ritardato con la fiamma ossidrica al plasma. Mentre le cellule leucemiche sembravano a posto subito dopo essere state fatte saltare con il pennacchio di plasma freddo per dieci minuti, entro quattro-otto ore hanno iniziato a morire. Laroussi ipotizza che il pennacchio di plasma potrebbe innescare una reazione biochimica di sorta, inducendo la morte cellulare nelle cellule leucemiche lasciando intatte le cellule normali.
Secondo Michael Keidar della George Washington University, tra le molecole in un plasma freddo c’è l’ozono, che è particolarmente reattivo hence da qui l’efficacia dei plasmi freddi nel trattamento delle infezioni batteriche. Keidar studia i trattamenti al plasma per il cancro e pensa che poiché le cellule cancerose hanno metabolismi più elevati rispetto alle cellule sane, hanno più ozono. Quindi l’aggiunta di ancora più molecole di ozono attraverso il pennacchio di plasma freddo mette le cellule tumorali oltre la soglia e innesca la morte cellulare, mentre le cellule sane possono sopportare l’esplosione bene.
In precedenza, Laroussi ha sviluppato una matita al plasma piena di elio in grado di creare un lungo pennacchio di plasma da 2 a 3 pollici, che può uccidere i batteri sulla delicata superficie della pelle umana senza danneggiare il tessuto circostante. Laroussi lo ha usato sui batteri e coli. Altri gruppi che lavorano con “pistole a getto” a plasma freddo hanno dimostrato la distruzione della salmonella e persino di alcuni virus.
Quelle proprietà di decontaminazione sono incredibilmente utili per aiutare ad accelerare la guarigione delle ferite, che ha circa tre fasi. C’è una fase infiammatoria, in cui tutto è rosso e/o gonfio e doloroso, in cui potrebbe sembrare che si stia effettivamente verificando una piccola guarigione in in realtà, è facile confondersi con l’infezione reale.
Ma ci sono tutti i tipi di cose in corso per spingere il corpo nel secondo stadio: produzione di collagene per rafforzare la ferita. Questo può richiedere diverse settimane, a seconda della gravità della lesione, e possono svilupparsi cicatrici spesse.
Lo stadio finale è chiamato la fase di rimodellamento, in cui il corpo si libera del tessuto cicatriziale in eccesso. A volte rimane ancora una cicatrice pesante sollevata (cheloide), se la ferita era particolarmente profonda e brutta. Essere in grado di uccidere i batteri riduce la possibilità di infezione, ed essere in grado di rimuovere le cellule morte e sostituirle con quelle sane può accelerare significativamente questo processo di settimane.
Nel 2010, i ricercatori dell’Istituto di Epidemiologia e Microbiologia Gamaleya di Mosca hanno utilizzato una torcia al plasma a freddo su due batteri comuni, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus, entrambi ceppi resistenti agli antibiotici (grazie a un biofilm) che sono comuni nelle infezioni delle ferite. Per Discovery News: “Dopo cinque minuti, la torcia al plasma ha ucciso il 99 per cento dei batteri cresciuti in una capsula di Petri, e dopo dieci minuti, ha ucciso il 90 per cento dei batteri presenti nelle ferite di un ratto. E poiché la torcia può essere diretta a una specifica, piccola area di infezione, il tessuto circostante viene lasciato illeso.”
Eva Stoffels-Adamowicz della Eindhoven University of Technology nei Paesi Bassi ha sviluppato un pratico piccolo dispositivo chiamato ago al plasma basically fondamentalmente un sottile filo di tungsteno lungo circa 50 millimetri, all’interno di un tubo di quarzo pieno di gas that che le consente di rimuovere o manipolare con precisione le cellule biologiche. Lei lo chiama ” chirurgia senza taglio.”Basta guidare una tensione attraverso l’ago e voilà! Una piccola scintilla al plasma viene generata sulla punta.
Né l’ago al plasma né la matita al plasma utilizzano un plasma freddo per eseguire il taglio effettivo. Ma una società chiamata Peak Surgical ha un dispositivo prototipo chiamato Plasma Blade che in realtà utilizza plasmi freddi per tagliare il tessuto biologico. I bisturi chirurgici ci hanno servito bene per molto tempo, ma mentre tagliano in modo molto preciso, non riescono a controllare l’emorragia. Ci sono dispositivi elettrochirurgici alternativi che possono fare entrambe le cose, ma di solito c’è qualche danno termico di accompagnamento al tessuto circostante.
La lama al plasma taglia, cauterizza e non brucia il tessuto circostante, in più hai quegli attributi di decontaminazione incorporati per combattere le infezioni e ridurre l’infiammazione, accelerando così il processo di guarigione. Peak ha testato la loro lama al plasma sia sul tessuto retinico che sulla pelle di maiale.
Plasmi freddi uccidono i batteri e salvare vite umane, che li rende piuttosto fresco.
Ermolaeva, Svetlana A. et al. (2011) “Battericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilm and in the animal model of infected wounds,” Journal of Medical Microbiology 60 (1): 75-83.
Laroussi, M. et al. (2006)” Inattivazione dei batteri dalla matita al plasma”, Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.