ludzie myślą o dwóch rzeczach, gdy słyszą słowo ” Plazma.”Pierwszy to osocze krwi, płynna część krwi, która utrzymuje komórki krwi w zawiesinie. Drugi, jeśli kochasz fizykę, jest zjonizowanym gazem (jeśli kochasz geologię, pomyślisz o jasnozielonym kamieniu chalcedonowym), zwykle w dość wysokich temperaturach. Na przykład słońce wystrzeliwuje łuki plazmowe. Można je znaleźć w ekranach telewizorów plazmowych, można ich używać do tworzenia anten, a fani science fiction prawdopodobnie fantazjują o strzelaniu do nich z broni palnej jako broni high-tech. (Błyskawica jest formą plazmy.)
są też tzw. ” zimne plazmy.”Pisałem o tym w 2007 roku, zarówno w Physics Today, jak i na Cocktail Party Physics, koncentrując się na ich potencjale zabijania bakterii, usuwania płytki nazębnej, rozluźniania połączeń między komórkami, które tworzą tkankę biologiczną, pomagania w koagulacji krwi i zmniejszaniu krwawienia po ranie lub podczas operacji, a może nawet usuwania guzów nowotworowych. Październikowy artykuł w Journal of Physics D: Applied Physics opisuje potencjalnie rewolucyjne nowe urządzenie do zimnej plazmy, podobne do palnika, do leczenia białaczki nowotworowej krwi.
„mamy naprawdę niesamowite urządzenie”, główny autor Mounir Laroussi (Old Dominion University) powiedział ludziom z Physics Buzz. „Możemy wygenerować wiązkę plazmy o temperaturze około pokojowej. Nie pali niczego, nie niszczy ani nie szturcha dziur. Możesz dotknąć ręką.”Wyniki Laroussi są dość zaskakujące: po zaledwie 10 minutach ekspozycji na zimne osocze, ponad 90% komórek białaczkowych w badaniu zostało zniszczonych.
określenie „zimno” może być nieco mylące. (Np. „nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe” ma miejsce w temperaturach wspólnych dla ciekłego azotu.) Wiele zimnych plazm jest „zimnych” w porównaniu do, powiedzmy, słońca, ale nadal dość gorących: na zamówienie od 70 do 100 stopni Celsjusza. Przyłóż to do żywej ludzkiej tkanki, a ona się spali. Źle.
mimo to są przydatne do sterylizacji wody pitnej i odkażania powierzchni przemysłowych. To dlatego, że zabijają („inaktywują”) bakterie, niszcząc błonę komórkową bakterii poprzez śmiertelną kombinację naładowanych cząstek, wolnych rodników i promieniowania UV. Działają też szybko: Siły Powietrzne mają aktywny program badań nad zimną plazmą, wykorzystując je do rozbicia substancji chemicznych znajdujących się w toksynach, takich jak wąglik, w ciągu zaledwie kilku minut, w porównaniu do kilku godzin w przypadku innych metod.
gdzieś pod koniec lat 90. naukowcy odkryli, jak stworzyć prawdziwie zimne plazmy o temperaturze pokojowej w laboratorium, więc po raz pierwszy można je przetestować na tkance biologicznej. I na tym właśnie skupiają się badania Laroussi. Według fizyki:
naukowcy tworzą zimną plazmę, wysyłając superszybkie elektrony przez gazy, takie jak hel i powietrze. Te elektrony uderzają w atomy i cząsteczki z taką ilością energii, że odciągają najbardziej zewnętrzne elektrony atomów i cząsteczek w gazie, tworząc zupy mieszaninę wolnych elektronów i wolnych jonów. Laroussi wyjaśnił, że gaz pozostaje w temperaturze pokojowej, ponieważ energia potrzebna do oddzielenia elektronów od ich atomów szybko się rozprasza, pozostawiając jony gazu w chłodzie.
z palnikiem plazmowym pojawił się intrygujący efekt opóźniony. Podczas gdy komórki białaczkowe wydawały się w porządku natychmiast po wysadzeniu pióropuszem zimnego osocza przez dziesięć minut, w ciągu czterech do ośmiu godzin zaczęły umierać. Laroussi stawia hipotezę, że pióropusz osocza może wywołać rodzaj reakcji biochemicznej, indukując śmierć komórek w komórkach białaczkowych, pozostawiając normalne komórki nienaruszone.
według Michaela Keidara z Uniwersytetu George ’ a Washingtona, wśród cząsteczek zimnej plazmy znajduje się ozon, który jest szczególnie reaktywny-stąd skuteczność zimnych plazm w leczeniu infekcji bakteryjnych. Keidar bada plazmatyczne metody leczenia raka i uważa, że ponieważ komórki nowotworowe mają wyższy metabolizm niż zdrowe komórki, mają więcej ozonu. Tak więc dodanie jeszcze większej ilości cząsteczek ozonu przez zimny pióropusz osocza powoduje przekroczenie progu komórkowego i powoduje śmierć komórek, podczas gdy zdrowe komórki mogą dobrze wytrzymać wybuch.
wcześniej Laroussi opracował ołówek plazmowy wypełniony helem, zdolny do tworzenia długich pióropuszy plazmowych od 2 do 3 cali, które mogą zabijać bakterie na delikatnej powierzchni ludzkiej skóry bez uszkadzania otaczającej tkanki. Laroussi użył go na bakteriach e coli. Inne grupy pracujące z zimną plazmą” jet guns ” wykazały zniszczenie salmonelli, a nawet kilku wirusów.
te właściwości odkażające są niezwykle przydatne w przyspieszaniu gojenia się ran, które ma z grubsza trzy etapy. Jest stan zapalny, w którym wszystko jest czerwone i / lub opuchnięte i bolesne, w którym może się wydawać, że niewiele się Goji. łatwo pomylić to z infekcją.
ale dzieje się wiele rzeczy, które doprowadzają ciało do drugiego etapu: wytwarzanie kolagenu w celu wzmocnienia rany. Może to potrwać kilka tygodni, w zależności od ciężkości urazu, i grube blizny mogą się rozwijać.
ostatni etap nazywa się fazą przebudowy, w której organizm pozbywa się nadmiaru tkanki bliznowatej. Czasami ciężka podniesiona (keloid) blizna nadal pozostaje, jeśli rana była szczególnie głęboka i paskudna. Możliwość zabijania bakterii zmniejsza ryzyko infekcji, a możliwość usunięcia martwych komórek i zastąpienia ich zdrowymi może znacznie przyspieszyć ten tygodniowy proces.
w 2010 roku naukowcy z Instytutu Epidemiologii i Mikrobiologii Gamaleya w Moskwie użyli zimnego palnika plazmowego na dwóch typowych bakteriach, Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus, oba szczepy odporne na antybiotyki (dzięki biofilmowi), które są powszechne w infekcjach ran. Według Discovery News: „po pięciu minutach palnik plazmowy zabił 99 procent bakterii hodowanych w szalce Petriego, a po dziesięciu minutach zabił 90 procent bakterii obecnych w ranach szczura. A ponieważ Pochodnia może być skierowana na określony, mały obszar infekcji, otaczająca tkanka pozostaje nienaruszona.”
Eva Stoffels-Adamowicz z Politechniki w Eindhoven w Holandii opracowała poręczne małe urządzenie o nazwie igła plazmowa-w zasadzie cienki drut wolframowy o długości około 50 milimetrów, wewnątrz wypełnionej gazem rurki kwarcowej-który umożliwia jej precyzyjne usuwanie lub manipulowanie komórkami biologicznymi. Nazywa to ” operacją bez cięcia.”Po prostu przeprowadź napięcie przez igłę i voila! Na końcówce generowana jest mała iskra plazmowa.
ani igła plazmowa, ani ołówek plazmowy nie używają zimnej plazmy do rzeczywistego cięcia. Ale firma o nazwie Peak Surgical ma prototypowe urządzenie zwane ostrzem plazmowym, które używa zimnych plazm do cięcia tkanek biologicznych. Chirurgiczne skalpele służyły nam dobrze od bardzo dawna, ale podczas gdy tną bardzo precyzyjnie, nie mogą kontrolować krwawienia. Istnieją alternatywne urządzenia elektrochirurgiczne, które mogą zrobić oba, ale zwykle towarzyszy im uszkodzenie termiczne otaczającej tkanki.
ostrze plazmowe tnie, kauteryzuje i nie spala otaczających tkanek, a ponadto masz wbudowane atrybuty dekontaminacji, aby zwalczać infekcje i zmniejszać stan zapalny, przyspieszając w ten sposób proces gojenia. Peak przetestował ich ostrze plazmowe zarówno na tkance siatkówki, jak i na skórze świni.
zimne plazmy zabijają bakterie i ratują życie, co czyni je całkiem fajnymi.
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.