Na czym polega sterylizacja z wykorzystaniem plazmy?

Plazma jest uznawana za czwarty stan materii. Powstaje w wyniku podgrzania gazu do bardzo wysokich temperatur, np. z wykorzystaniem łuku elektrycznego. W efekcie znaczna część cząsteczek jest naładowana elektrycznie i posiada bardzo dużą gęstość cieplną, którą można ukierunkować. Wyróżnia się trzy typy plazmy: gorącą (wysokotemperaturową, termiczną), wyładowania pierścieniowego oraz zimną (niskotemperaturową, nietermiczną). W procesie sterylizacji plazmowej często wykorzystuje się biobójcze właściwości nadtlenku wodoru. Plazma sterylizuje w procesie zwanym utlenianiem, gdzie wszystkie mikroorganizmy są dezaktywowane. Wysoka temperatura przekształca cząsteczki nadtlenku wodoru w wysoce niestabilne wolne rodniki, które niszczą mikroorganizmy, uszkadzając ich struktury. W porównaniu z innymi metodami sterylizacja plazmowa charakteryzuje się wyjątkową skutecznością. Zwykle proces przeprowadzany jest w temperaturze 40-60°C i trwa 45-75 minut. Co ważne, nie powstają toksyczne produkty uboczne, czyniąc tę metodę bezpieczną dla środowiska naturalnego. Mimo iż sterylizacja plazmowa doskonale sprawdza się w stosunku do materiałów oraz urządzeń wrażliwych na wysoką temperaturę, należy pamiętać, aby unikać jej w przypadku sprzętu o długich i wąskich kanałach, a także opakowań zawierających w składzie celulozę.

Sterylizacja plazmowa – najważniejsze obszary zastosowania

Sterylizacja sprzętu medycznego

Technologia plazmowa to obiecująca metoda umożliwiająca szybką sterylizację w niskich temperaturach, niepozostawiająca toksycznych produktów ubocznych. Stanowi ważny aspekt działań związanych z kontrolą zakażeń szpitalnych, gdzie nieprawidłowo zdezynfekowany lub wysterylizowany sprzęt medyczny i urządzenia chirurgiczne są dużym zagrożeniem. Plazma skutecznie oddziałuje przeciwko szerokiemu spektrum patogenów, w tym zarodnikom bakterii i prionom, które wykazują wysoki poziom odporności na obróbkę chemiczną i fizyczną. Potencjał technologii plazmowej w zastosowaniach medycznych i stomatologicznych jest niezwykle szeroki. Oprócz dezynfekcji/sterylizacji urządzeń medycznych oraz stomatologicznych technologia ta może być wykorzystywana do czyszczenia łóżek, biurek i podłóg. Należy jednak pamiętać, że ze względu na słabą przenikalność niskotemperaturowa plazma nie może osiągnąć niezawodnego efektu w przypadku skomplikowanych instrumentów, zwłaszcza tych o wąskim świetle i ślepo zakończonych.

Dezynfekcja skóry

Środki antyseptyczne dedykowane skórze mają istotne znaczenie dla zdrowia publicznego i medycyny. Antyseptyki skórne to środki chemiczne wykorzystywane jako produkty do mycia rąk i są niezbędnymi preparatami w przypadku zabiegów medycznych czy przygotowania skóry przed zabiegiem chirurgicznym. Woda poddana działaniu plazmy wykazuje działanie sterylizujące oraz regenerujące tkanki. Wysoka aktywność przeciwdrobnoustrojowa to efekt m.in. znacznej różnorodności reaktywnych form tlenu i azotu. Wykazano, że reaktywne formy chemiczne generowane w plazmie typu ciepłego (np. działanie plazmą na wodę) wykazuje efektywniejszą penetrację skóry oraz działanie antyseptyczne w porównaniu z plazmą typu gazowego. Aktywność biochemiczna wody poddanej działaniu plazmy opiera się przede wszystkim na zmianach właściwości fizykochemicznych, takich jak pH czy potencjał redoks. Woda aktywowana plazmą okazuje się wysoce skuteczna w strategii hamowania zakażeń bakteryjnych, jednak stosunkowo krótki czas życia reaktywnych form tlenu i azotu ogranicza niektóre zastosowania. Rozwiązaniem w takich sytuacjach jest hydrożel aktywowany plazmą, który stanowi swoisty nośnik reaktywnych form, a także umożliwia kontrolowane i powolne ich uwalnianie.

Rolnictwo i sektor spożywczy

Technologia plazmowa może być stosowana do dezynfekcji żywności, materiałów opakowaniowych, a także nasion. Produkty rolnicze, takie jak owoce i warzywa, są podatne na zanieczyszczenia z różnych źródeł rolniczych, w tym nawozów, wody czy gleby. Ponadto mają kontakt z kurzem, owadami, odchodami zwierząt, pracownikami terenowymi oraz sprzętem podczas zbiorów, transportu, pakowania i przetwarzania, w łańcuchu dostaw. Zastosowanie innowacyjnych technik dezynfekcji, w tym technologii plazmowej, jest jednym z rozwiązań pomagających zmniejszyć potencjalne ryzyko. Plazma inaktywuje mikroorganizmy w niskich temperaturach, w warunkach ciśnienia atmosferycznego. Może zostać wykorzystana do stosunkowo szerokiej gamy wyrobów, rozpoczynając od opakowań mających bezpośredni kontakt z żywnością, przez produkty o niskiej zawartości wilgoci (przyprawy, zboża, nasiona), aż po artykuły płynne, np. soki owocowe. Technologia plazmowa pozwala usunąć mikroorganizmy, jednocześnie zachowując świeżość i właściwości organoleptyczne. Zastosowanie może być rozszerzone także o usuwanie pozostałości agrochemikaliów.

Oczyszczanie i remediacja wody

Jedną z nowych technologii, która potencjalnie mogłaby rozwiązać problem usuwania mikrozanieczyszczeń, zarówno w wodzie pitnej, jak i ściekach przeznaczonych do ponownego wykorzystania, jest oczyszczanie przy użyciu plazmy. Procesy plazmowe są odpowiednie do niszczenia mikroorganizmów, jak również usuwania śladowych ilości substancji organicznych (pozostałości farmaceutyków, pestycydów, herbicydów). Dzięki temu mogą być skonfigurowane do zastosowań w uzdatnianiu wody pitnej, wody procesowej czy wód opadowych. Wymienione zanieczyszczenia zwykle są trudno dostępne w biologicznych procesach oczyszczania ścieków. Wykorzystanie procesów plazmowych jest przyjazną dla środowiska i opłacalną alternatywą. Przeprowadzane eksperymenty, w odniesieniu do małej skali, wyraźnie pokazują obiecującą przyszłość tej technologii. Skalowanie przypuszczalnie może okazać się największym wyzwaniem, dlatego głębsze zrozumienie procesów fizycznych zachodzących na styku faz oraz skutecznych sposobów ich kontrolowania jest kluczowe dla dalszych postępów tego obszaru zastosowań.