Er zijn twee dingen waar mensen aan denken als ze het woord “plasma” horen.”De eerste is bloedplasma, het vloeibare deel van het bloed dat bloedcellen in suspensie houdt. De tweede, als je van natuurkunde houdt, is een geïoniseerd gas (als je van geologie houdt, denk je aan een heldergroene chalcedoon steen), meestal bij vrij hoge temperaturen. De zon schiet plasmabogen uit, bijvoorbeeld. Je kunt ze vinden in plasma tv-schermen, je kunt ze gebruiken om antennes te maken, en fans van science fiction waarschijnlijk fantaseren over het schieten van hen vuurwapens als een high-tech wapen. (Bliksem is een vorm van plasma.)
Er zijn ook zogenaamde “koude plasma’ s.”Ik schreef over dit onderwerp terug in 2007, zowel in de natuurkunde van vandaag en op cocktailparty fysica, gericht op hun potentieel om bacteriën te doden, tandplak te verwijderen, los de verbindingen tussen cellen die deel uitmaken van biologisch weefsel, helpen stollen bloed en het verminderen van bloeden na een wond, of tijdens de operatie, en misschien zelfs verwijderen kanker tumoren. En een Oktober paper in het Journal of Physics D: Applied Physics beschrijft een potentieel revolutionaire nieuwe Koude plasma-apparaat, vergelijkbaar met een brander, voor de behandeling van bloedkanker leukemie.
” We have a really amazing device”, vertelde hoofdauteur Mounir Laroussi (Old Dominion University) aan de mensen van Physics Buzz. “We kunnen een plasmastraal genereren die rond kamertemperatuur ligt. Het verbrandt niets, het vernietigt of prikt geen gaten. Je kunt het aanraken met je hand.”Laroussi’ s resultaten zijn behoorlijk opzienbarend: na slechts 10 minuten blootstelling aan het koude plasma, werd meer dan 90% van de leukemiecellen in de studie vernietigd.
De term “koud” kan een beetje misleidend zijn. (Bijvoorbeeld, “hoge temperatuur supergeleiding” vindt plaats bij temperaturen die gemeenschappelijk zijn voor vloeibare stikstof.) Veel koude plasma ‘ s zijn “koud” in vergelijking met, Laten we zeggen, de zon, maar nog steeds behoorlijk heet: in de Orde van 70 tot 100 graden Celsius. Breng dat aan op levend menselijk weefsel, en het gaat branden. Slecht.
toch zijn ze nuttig voor zaken als het steriliseren van drinkwater en het ontsmetten van industriële oppervlakken. Dat komt omdat ze bacteriën doden (“inactiveren”) door het bacteriële celmembraan te vernietigen via een dodelijke combinatie van geladen deeltjes, vrije radicalen en UV-straling. Ze werken ook snel.: de luchtmacht heeft een actief koud plasma onderzoeksprogramma, met behulp van hen af te breken de chemicaliën gevonden in toxines zoals miltvuur in slechts enkele minuten, in vergelijking met enkele uren voor andere methoden.aan het eind van de jaren negentig ontdekten onderzoekers hoe ze echte koude plasmas op kamertemperatuur konden maken in het laboratorium, zodat ze voor het eerst konden worden getest op biologisch weefsel. En dat is de focus van Laroussi ‘ s onderzoek. Per Physics Buzz:
wetenschappers creëren koud plasma door supersnelle elektronen door gassen zoals helium en lucht te sturen. Deze elektronen raken de atomen en moleculen met zoveel energie dat ze de buitenste elektronen van de atomen en moleculen in het gas verwijderen, waardoor een soupy mengsel van vrije elektronen en vrije ionen ontstaat. Het gas blijft rond kamertemperatuur, Laroussi uitgelegd, omdat de energie die nodig is om de elektronen te scheiden van hun atomen snel verdwijnt, waardoor de gasionen koel.
Er was een intrigerend vertraagd effect met de plasmastraal. Terwijl de leukemiecellen onmiddellijk na het worden gestraald met de koude-plasma pluim voor tien minuten prima leken, binnen vier tot acht uur begonnen ze te sterven. Laroussi veronderstelt dat de plasmapuim een soort biochemische reactie kan veroorzaken, die celdood in de leukemiecellen veroorzaakt terwijl normale cellen intact worden gelaten.volgens Michael Keidar van de George Washington University is Ozon een van de moleculen in een koud plasma, wat vooral reactief is-vandaar de effectiviteit van koude plasma ‘ s bij de behandeling van bacteriële infecties. Keidar bestudeert plasmabehandelingen voor kanker en denkt dat kankercellen, omdat ze hogere metabolismes hebben dan gezonde cellen, meer ozon hebben. Dus de toevoeging van nog meer ozonmoleculen via de koude plasmapuim zet de kankercellen over de drempel en triggert celdood, terwijl gezonde cellen de explosie prima kunnen weerstaan.eerder ontwikkelde Laroussi een met helium gevuld plasmapotlood dat een lange plasmapuim van 2 tot 3 inch kan creëren, die bacteriën op het gevoelige oppervlak van de menselijke huid kan doden zonder het omliggende weefsel te beschadigen. Laroussi heeft het gebruikt op e coli bacteriën. Andere groepen die werken met koude plasma “jet guns” hebben de vernietiging van salmonella en zelfs een paar virussen aangetoond.
deze decontaminatie-eigenschappen zijn ongelooflijk nuttig bij het helpen versnellen wondgenezing, die ongeveer drie stadia. Er is een ontstekingsfase, waar alles rood en/of gezwollen en pijnlijk is, waarin het lijkt alsof er weinig genezing plaatsvindt — in feite is het gemakkelijk te verwarren met een echte infectie.
maar er zijn allerlei dingen gaande om het lichaam in de tweede fase te prompt: het produceren van collageen om de wond te versterken. Dit kan enkele weken duren, afhankelijk van de ernst van de verwonding, en dikke littekens kunnen ontwikkelen.
de laatste fase wordt de remodelleringsfase genoemd, waarin het lichaam het overtollige littekenweefsel kwijtraakt. Soms blijft er nog een zwaar verhoogd (keloid) litteken over, als de wond bijzonder diep en smerig was. In staat zijn om bacteriën te doden vermindert de kans op infectie, en in staat zijn om dode cellen te verwijderen en te vervangen door gezonde kan dit wekenlange proces aanzienlijk versnellen.
in 2010 gebruikten onderzoekers van het Gamaleya Institute of Epidemiology and Microbiology in Moskou een koude plasmatoorts op twee veel voorkomende bacteriën, Pseudomonas aeruginosa en Staphylococcus aureus, beide antibioticaresistente stammen (dankzij een biofilm) die vaak voorkomen bij wondinfecties. Per Discovery News: “na vijf minuten doodde de plasmatoorts 99 procent van de bacteriën die in een petrischaal groeien, en na tien minuten doodde hij 90 procent van de bacteriën die aanwezig zijn in de wonden van een rat. En omdat de fakkel kan worden gericht op een specifiek, klein gebied van infectie, wordt het omliggende weefsel ongedeerd gelaten.”
Eva Stoffels-Adamowicz van de Technische Universiteit Eindhoven in Nederland ontwikkelde een handig apparaatje genaamd een plasmanaald — in feite een dunne wolfraamdraad van ongeveer 50 millimeter lang, in een met gas gevulde kwartsbuis — waarmee ze biologische cellen precies kan verwijderen of manipuleren. Ze noemt het “chirurgie zonder snijden.”Gewoon rijden een spanning door de naald en voila! Aan de punt wordt een kleine plasmavonk gegenereerd.
noch de plasma naald, noch het plasma potlood gebruiken een koud plasma om daadwerkelijk te snijden. Maar een bedrijf genaamd Peak Surgical heeft een prototype apparaat genaamd Het Plasmamesje dat koude plasma ‘ s gebruikt om biologisch weefsel te snijden. Chirurgische scalpels hebben ons goed gediend voor een zeer lange tijd, maar terwijl ze heel precies snijden, kunnen ze bloeden niet onder controle. Er zijn alternatieve elektrochirurgische apparaten die beide kunnen doen, maar er is meestal wat bijbehorende thermische schade aan het omliggende weefsel.
Het Plasmamesje snijdt, cauteriseert en verbrandt het omliggende weefsel niet, plus je hebt die ingebouwde ontsmettingseigenschappen om infecties te bestrijden en ontstekingen te verminderen, waardoor het genezingsproces wordt versneld. Peak heeft hun Plasmamesje getest op zowel retinale weefsel als op varkenshuid.
koude plasma ‘ s doden bacteriën en redden levens, wat ze vrij cool maakt.
Ermolaeva, Svetlana A. et al. (2011) “Bactericidal effects of non-thermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds,” Journal of Medical Microbiology 60 (1): 75-83.
Laroussi, M. et al. (2006) “Inactivation of bacteria by the plasma pencil,” Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.