Дезинфекция

Плазменная дезинфекция и стерилизация

Атмосферной плазмой

При контакте с загрязненными поверхностями плазма сокращает концентрации патогенов. Плазма уничтожает бактерии, вирусы, грибки и прионы; также она уничтожает токсины и прочие органические загрязнения. При продолжительной обработке можно достичь полной стерилизации. Дезинфицирующий эффект достигается при атмосферном давлении при использовании плазмы непосредственного пьезоэлектрического разряда (PDD). Такая плазменная дезинфекция не нуждается в дорогостоящем вакуумном оборудовании, а также не использует токсичные вещества, что делает этот процесс дешевым и экологически чистым. Плазма атмосферного давления, созданная PDD разрядом, обладает низкой температурой, порядка 30-50 С. Поэтому она более бережно обходится с обрабатываемыми поверхностями, по сравнению со стандартными процедурами, использующими сжатый горячий пар (конклав) или токсичные вещества. Плазменная обработка затрагивает только тонкий внешний слой. Поэтому она может применяться для дезинфекции чувствительных поверхностей, включая живые ткани или даже открытые раны.

Холодная атмосферная плазма

Плазмой называется частично ионизированный газ. Электрические разряды, такие как дуговой, диэлектрический барьерный, коронный, а также прямой пьезоэлектрический разряд ионизируют газы при атмосферном давлении создавая плазму. Заряженные частицы – электроны и ионы – ускоряются в потенциале разряда до высоких энергий. Очень малая часть молекул газа ионизируется такими разрядами; большинство молекул остаются нейтральными и холодными. В частности, в случае прямого пьезоэлектрического разряда, температура газа не превышает 50 C. А в случае наиболее горячих дуговых разрядов, температура самой дуги может достигнуть 6.000 – 12.000 C. Но после того как газ покинет область дуги, он быстро остывает до 250—450 C. При высоких скоростях обработки такие температуры не перегревают и не повреждают поверхности. В то время как плазма остается холодной, высокоэнергичные электроны и ионы многократно сталкиваются с молекулами газа, производя короткоживущие атомы и химические соединения, такие как атомы H, N и O, радикалы OH, ON, озон, азотная и азотистая кислота, а также различные другие молекулы, находящиеся в метастабильных состояниях. Все эти короткоживущие соединения делают плазму химически очень активной.

Механизмы плазменной дезинфекции

При контакте с обрабатываемой поверхностью, химически активная холодная плазма вызывает большое количество физических и химических процессов. Главными реактивами этих процессов являются высокоактивные короткоживущие химические соединения, произведенные плазмой в больших количествах. Помимо этого, при прямом контакте электрического разряда с поверхностью, она также облучается ультрафиолетовым излучением и атакуется энергичными ионами и электронами. Несмотря на то что количество заряженных частиц несоизмеримо мало по сравнению с количеством частиц нейтральных, благодаря своей реактивной природе и высокой энергии, они значительно увеличивают эффективность плазменной очистки и дезинфекции. Следующие реактивные агенты и процессы вносят вклад в дезинфекцию и очистку поверхности:

  • Активные формы кислорода, такие как атомы кислорода и кислородо-содержащие молекулы, а также их ионы, быстро реагируют с органикой. Гидроксильная группы (OH) реагируют с органическими молекулами захватывая у них атомы водорода и производя алкильные радикалы, которые впоследствии быстро окисляются на воздухе. Этим механизмом они атакуют практически любые органические соединения живых организмов. Что наиболее важно, это механизм разрушает бактериальные капсулы и стенки клеток. Когда скорость разрушения клеточных стенок превышает скорость их восстановления, клетки погибают. Пероксид водорода (H2O2) также очень химически активен, хотя и не так сильно, как гидроксильная группа OH. Благодаря этому он легче проникает внутрь клеток и клеточных ядер, где он повреждает молекулы ДНК, что так же уничтожает клетки бактерий, делая его сильным дезинфицирующим агентом. Озон (O3), долгоживущая стабильная молекула кислорода, так же является сильным оксидирующим агентом. Аналогично гидроксильным группам, озон повреждает стенки бактерий.
  • Ионы и электроны бомбардируют поверхность при ее непосредственном контакте с объемом ионизированной плазмы. Имея высокие энергии, они являются наиболее сильными агентами дезинфекции. Ионы и электроны обладают достаточной энергией что бы разрушать химические водородные связи органических молекул, формирующих клеточные мембраны. Среди заряженных частиц, электроны создают наиболее интенсивные потоки и обладают наибольшей проникающей способностью. Благодаря этому они активны также и под поверхностным слоем воды или другой биологической жидкости. Там они реагируют с молекулами воды и растворенного в ней кислорода производя высоко-реактивные атомы кислорода и кислородо-содержащие молекулы. Эти атомы и молекулы уничтожают микроорганизмы, которые обычно защищены слоем воды или другой биожидкости. Ионы также проникают в воду, индуцируя химические реакции которые ее окисляют.
  • Активные формы азота это группа антибактериальных молекул включающая оксид азота(II) (NO), оксид азота(IV) (NO2), пероксинитрит (ONOO) и азотистую кислоту (HNO2). Химически они менее активны по сравнению с активными формами кислорода, но благодаря этому их время жизни в биологической среде достаточно для проникновения в глубокие слои тканей. Несмотря на то что активные формы азота демонстрируют свою дезинфицирующую эффективность, они производятся не всеми видами электрических разрядов в воздухе. Дуговые разряды генерируют их в достаточных количествах; тогда как коронный, диэлектрический барьерный и непосредственный пьезоэлектрический разряды создают малые концентрации активных форм азота.
  • Дополнительные механизмы Уровень кислотности поверхностного слоя биожидкости увеличивается при растворении в ней ионов и активных форм кислорода. Кислоты разъедают стенки бактерий вызывая их гибель. Ультрафиолетовое излучение обладает хорошо известными дезинфицирующими свойствами. Оно повреждает молекулы ДНК чем препятствует размножению бактерий. Высокоэнергичная часть излучения, производимая холодной атмосферной плазмой, наиболее эффективна. Несмотря на это, ее интенсивность обычно недостаточна для эффективной дезинфекции. Нагрев поверхности холодной атмосферной плазмой, обладающей температурой 30-50 С, обычно незначителен. Тем не менее, микроскопические точки соприкосновения электрического разряда с тканями локально перегреваются и стерилизуются. Но их общая площадь незначительна, что не приводит к эффективной дезинфекции.

Преимущества дезинфекции с использованием холодной плазмы атмосферного давления

Уникальные дезинфицирующие свойства плазмы хорошо известны и документированы в научно-технической литературе. Холодная плазма атмосферного давления, особенно плазма непосредственного пьезоэлектрического разряда (PDD), также продемонстрировала отличные дезинфицирующие результаты. По сравнению со стандартными методами дезинфекции использующими сжатый сухой воздух при температуре 170 С, сжатый водяной пар при температуре 120 С, токсичные вещества или плазму низкого давления, холодная атмосферная плазма предоставляет следующие преимущества:

  • Плазменная обработке при атмосферном давлении поддаются объекты, которые могут быть повреждены пониженным или повышенным внешним давлением
  • Отсутствие дорогостоящего вакуумного оборудования или оборудования повышенного давления
  • Отсутствие мокрой химии и токсичных веществ
  • Высокотонкая очистка, не оставляющая осадков
  • Низкие температуры обработки
  • Бережная обработка чувствительных поверхностей, включая живые ткани и открытые раны
  • Использование воздуха или дешевых нетоксичных газов
  • Экологическая чистота процесса
  • Безопасность процесса

Продукты для плазменной дезинфекции фирмы Relyon Plasma GmbH

Для широкого спектра применений в медицине и лабораторной работе, фирма Relyon Plasma GmbH разработала технологию непосредственного пьезоэлектрического разряда (PDD), которая позволяет разрабатывать особенно компактные и дешевые генераторы плазмы, хорошо подходящие для дезинфекции и стерилизации. Несмотря на то что эта технология очень новая, она уже нашла много применений. Мы постоянно открываем новые области ее применений и разрабатываем специализированные плазменные инструменты. Что бы опробовать эту технологию мы предлагаем следующий универсальный плазменный генератор:

      • Piezobrush® PZ2 является особенно компактным ручным генератором плазмы. Он предназначен для ручной плазменной обработки в лабораториях. Он создает коронные или диэлектрические барьерные разряды которые применяются для дезинфекции, высокотонкой плазменной очистки и химической функционализации поверхностей небольших компонентов.

onalization of small components.

Treatable materials

Plasma applications

контакт
close slider