det finns två saker som folk tänker på när de hör ordet ”plasma.”Den första är blodplasma, den flytande delen av blod som håller blodceller i suspension. Den andra, om du älskar fysik, är en joniserad gas (om du älskar Geologi, kommer du att tänka på en ljusgrön kalcedonsten), vanligtvis vid ganska höga temperaturer. Solen skjuter ut plasmabågar, till exempel. Du kan hitta dem i plasma-tv-skärmar, Du kan använda dem för att skapa antenner, och fans av science fiction fantaserar sannolikt om att skjuta dem skjutvapen som ett högteknologiskt vapen. (Blixt är en form av plasma.)
det finns också så kallade ” kalla plasma.”Jag skrev om detta ämne tillbaka 2007, både i fysik idag och på Cocktailpartyfysik, med fokus på deras potential att döda bakterier, ta bort tandplack, lossa förbindelserna mellan celler som utgör biologisk vävnad, hjälpa till att koagulera blod och minska blödning efter ett sår, eller under operation, och kanske till och med ta bort cancer tumörer. Och ett oktoberpapper i Journal of Physics D: Applied Physics beskriver en potentiellt revolutionerande ny kallplasmaanordning, som liknar en blåsbrännare, för behandling av blodcancer leukemi.
”Vi har en riktigt fantastisk enhet”, berättade huvudförfattaren Mounir Laroussi (Old Dominion University) folket på Physics Buzz. ”Vi kan generera en stråle av plasma som ligger runt rumstemperatur. Det bränner ingenting; det förstör inte eller pekar hål. Du kan röra den med handen.”Laroussis resultat är ganska häpnadsväckande: efter bara 10 minuters exponering för den kalla plasman förstördes mer än 90% av leukemicellerna i studien.
termen ”kall” kan vara lite vilseledande. (T.ex. ”hög temperatur superledning” sker vid temperaturer som är gemensamma för flytande kväve.) Många kalla plasma är” kalla ” jämfört med, säg solen, men fortfarande ganska heta: i storleksordningen 70 till 100 grader Celsius. Applicera det på levande mänsklig vävnad, och det kommer att brinna. Dålig.
ändå är de användbara för saker som sterilisering av dricksvatten och dekontaminering av industriella ytor. Det beror på att de dödar (”inaktiverar”) bakterier genom att förstöra bakteriecellmembranet via en dödlig kombination av laddade partiklar, fria radikaler och UV-strålning. De arbetar snabbt, för: flygvapnet har ett aktivt kallplasmaforskningsprogram som använder dem för att bryta ner kemikalierna som finns i toxiner som miltbrand på bara några minuter, jämfört med flera timmar för andra metoder.
någon gång i slutet av 1990-talet räknade forskare ut hur man skapar riktigt rumstemperatur kalla plasma i laboratoriet, så för första gången kunde de testas på biologisk vävnad. Och det är fokus för Laroussis forskning. Per fysik Buzz:
Forskare skapar kall plasma genom att skicka supersnabba elektroner genom gaser som helium och luft. Dessa elektroner träffar atomerna och molekylerna med så mycket energi att de drar av de yttersta elektronerna av atomerna och molekylerna i gasen, vilket skapar en soppig blandning av fria elektroner och fria joner. Gasen förblir vid rumstemperatur, förklarade Laroussi, eftersom den energi som krävs för att separera elektronerna från deras atomer snabbt försvinner och lämnar gasjonerna svala.
det var en spännande fördröjd effekt med plasmablåsbrännaren. Medan leukemicellerna verkade bra omedelbart efter att ha sprängts med kallplasmaplummen i tio minuter, började de inom fyra till åtta timmar att dö. Laroussi antar att plasmaplummen kan utlösa en biokemisk reaktion av olika slag, vilket inducerar celldöd i leukemicellerna medan de lämnar normala celler intakta.enligt George Washington University Michael Keidar är bland molekylerna i en kall plasma ozon, vilket är särskilt reaktivt-därmed effektiviteten av kalla plasma vid behandling av bakterieinfektioner. Keidar studerar plasmabehandlingar för cancer och tror att eftersom cancerceller har högre metabolism än friska celler, har de mer Ozon. Så tillsatsen av ännu fler ozonmolekyler via den kalla plasmaplummen sätter cancercellerna över tröskeln och utlöser celldöd, medan friska celler tål sprängningen bara bra.
tidigare utvecklade Laroussi en heliumfylld plasmapenna som kunde skapa en lång plasmaplum på 2 till 3 tum, vilket kan döda bakterier på den känsliga ytan av mänsklig hud utan att skada den omgivande vävnaden. Laroussi har använt det på E coli-bakterier. Andra grupper som arbetar med kalla plasma ”jetpistoler” har visat förstörelsen av salmonella och till och med några virus.
dessa dekontamineringsegenskaper är otroligt användbara för att hjälpa till att påskynda sårläkning, som har ungefär tre steg. Det finns ett inflammatoriskt stadium, där allt är rött och/eller svullet och smärtsamt, där det kan verka som att lite läkning faktiskt äger rum-det är faktiskt lätt att förväxla med verklig infektion.
men det finns alla möjliga saker som händer för att uppmana kroppen till det andra steget: producera kollagen för att stärka såret. Detta kan ta flera veckor, beroende på skadans allvar, och tjocka ärr kan utvecklas.
det sista steget kallas ombyggnadsfasen, där kroppen blir av med överflödig ärrvävnad. Ibland kvarstår en tung upphöjd (keloid) ärr, om såret var särskilt djupt och otäckt. Att kunna döda bakterier minskar risken för infektion, och att kunna ta bort döda celler och ersätta dem med friska kan påskynda denna veckolånga process avsevärt.
tillbaka 2010 använde forskare vid Gamaleya Institute of Epidemiology and Microbiology i Moskva en kall plasmabrännare på två vanliga bakterier, Pseudomonas aeruginosa och Staphylococcus aureus, båda antibiotikaresistenta stammar (tack vare en biofilm) som är vanliga vid sårinfektioner. Per Discovery News: ”efter fem minuter dödade plasmabrännaren 99 procent av bakterierna som odlades i en petriskål, och efter tio minuter dödade den 90 procent av bakterierna som finns i såren hos en råtta. Och eftersom facklan kan riktas mot ett specifikt, litet infektionsområde, lämnas omgivande vävnad oskadd.”Eva Stoffels-Adamowicz från Eindhoven University of Technology i Nederländerna utvecklade en praktisk liten enhet som kallas en plasmanål-i grunden en tunn volframtråd ca 50 millimeter lång, inuti ett gasfyllt kvartsrör-som gör det möjligt för henne att exakt ta bort eller manipulera biologiska celler. Hon kallar det ” kirurgi utan att skära.”Kör bara en spänning genom nålen och voila! En liten plasmagnista genereras vid spetsen.
varken plasmanålen eller plasmapennen använder en kall plasma för att göra verklig skärning. Men ett företag som heter Peak Surgical har en prototypanordning som heter Plasma Blade som faktiskt använder kalla plasma för att skära biologisk vävnad. Kirurgiska skalpeller har tjänat oss bra under mycket lång tid, men medan de skär mycket exakt kan de inte kontrollera blödningen. Det finns alternativa elektrokirurgiska enheter som kan göra båda, men det finns vanligtvis några medföljande termiska skador på omgivande vävnad.Plasmabladet skär, cauterizes och brinner inte omgivande vävnad, plus du har de inbyggda dekontamineringsattributen för att bekämpa infektion och minska inflammation och därigenom påskynda läkningsprocessen. Peak har testat sitt Plasmablad på både retinalvävnad och på grishud.
kalla plasma dödar bakterier och räddar liv, vilket gör dem ganska coola.
Ermolaeva, Svetlana A. et al. (2011)” bakteriedödande effekter av icke-termisk argonplasma in vitro, i biofilmer och i djurmodellen av infekterade sår, ” Journal of Medical Microbiology 60 (1): 75-83.
Laroussi, M. et al. (2006)” inaktivering av bakterier med plasmapenna”, Plasma Proc. Polym. 3: 470-473.