Zimna plazma czym jest i o jej zastosowaniu

 

Plazma jest to stan skupienia materii określona jako zjonizowany w większym lub mniejszym stopniu gaz. Pojecie plazmy wprowadził w 1928 roku amerykański fizykochemik Irving Langmuir.

Uważa się, że plazma stanowi 99% wszechświata. Plasma stanowi materię, która jest złożona z cząsteczek obojętnych, mieszaniny zjonizowanych i niezjonizowanych atomów w stanie podstawowym i wzbudzonych, wolnych rodników oraz elektronów.

 

Jonizacja polega na oderwaniu od atomu jednego lub kilku elektronów.Z jonizacją jest również związane zjawisko rozerwania wiązań ( dysocjacja)cząsteczek np: O2 czy związków chemicznych na tworzące ja atomy.W przypadku cząsteczki tlenu O 2 ,składającej się z dwóch atomów, jonizacja polega na rozerwaniu wiązania tworzącego cząsteczkę O 2 (dysocjacja) na dwa atomy O oderwaniu jednego lub więcej elektronów od atomów tlenu. Podobnie ma to miejsce w przypadku innych związków chemicznych.

Za granicę oddzielającą stan gazowy i plazmę uznaje się moment zmiany właściwości fizycznych gazu, wśród których pojawienie się przewodnictwa elektrycznego i utrata zdolności izolacyjnych zjonizowanego gazu są jednymi z najistotniejszych. Jest to stan skupienia o najszerszym paśmie energii cząstek oraz największym zróżnicowaniu stopnia jonizacji i składu chemicznego.

 

Szczególnie istotny jest fakt występowania w plazmie: cząstek elementarnych, emisji fotonów, tworzenie unikalnych cząsteczek (jak fulereny), bardzo reaktywnych rodników oraz występowanie szerokiego spektrum promieniowania elektromagnetycznego.

 

W literaturze często spotykane jest definiowanie plazmy jako „czwartego stanu skupienia materii”, została tak nazwana ze względu na fakt, że do czasu jej odkrycia znane były trzy stany skupienia materii.

Bardziej zgodne z rzeczywistością byłoby określenie plazmy jako ” stan rozproszenia materii” Plazma stanowią zjoniozowane atomy czyli formy o wyższym potencjale energetycznym z których to dopiero powstają cząsteczki i związki. Wszystkie trzy stany skupienia materii : gazowy, ciekły , stały charakteryzują się strukturą cząsteczkową materii w nich skupionych. 

Plazma jest zatem stanem ” pierwotnym ” – wyjściowym z którego powstaje ” gęsta ” materia pozostałych trzech stanów materii. Rozpatrując rozkład poziomów energiiw występującej materii, można zauważyć, że stan stały jest ostatnim i końcowym stanem materii, a każdy ze stanów o wyższych poziomach energetycznych jest wobec niego coraz rzadszy i o większej liczbie stopni swobody.Stąd określenie plazmy jako czwartego stopnia skupienia materii jest mylne i trafniejsze byłoby użycie okreslenia ” stan rozproszenia materii” lub ” materia w stanie potencjalnym, pierwotnym „.

 

1. Plazmę niskotemperaturową

2. Plazmę wyładowań elektrycznych,wysokotemperaturową, „gorącą”, wytwarzaną podczas syntezy termojądrowej (tzw. fuzji plazmowej).

3. Plasmę zimną – nietermiczną.

 

Plazma nietermiczna- zimna , generowana za pomocą wyładowań elektrycznych, jest coraz częściej stosowana w biotechnologiach jako medium umożliwiające prowadzenie procesów biochemicznych przy ciśnieniu atmosferycznym, w temperaturach otoczenia i bez szkodliwych dla środowiska odpadów.

 

Jako zjonizowany gaz cząsteczki plazmy łatwo wchodzą w reakcje z różnymi substancjami chemicznymi, co pozwala na rozkład związków toksycznych, modyfikacje struktur polimerowych, niszczenie bakterii i grzybów oraz wpływanie na ich struktury biologiczne i DNA, a także hamowanie rozwoju nowotworów.

 

Plazmoterapia w oddziaływaniu na żywe organizmy i tkanki,w bezpiecznych dawkach nie daje skutków ubocznych, jest bezbolesna, nie wywołuje reakcji alergicznych,a często eliminuje konieczność kuracji farmakologicznej.

 

a. wysokoenergetycznych elektronów nabywających energię w polu elektrycznym,

b. zjonizowanych atomów i cząsteczek, które ulegają jonizacji wskutek uderzeń wysokoenergetycznych elektronów,

c. działaniu wolnych rodników w tym tlenu, azotu , czy rodników hydroksylowych,

d. promieniowania UV,

e. nadtlenku wodoru,

f. ozonu

 

Skuteczność procesu zależy przede wszystkim od takich elementów jak: moc i budowa urządzenia, częstotliwość prądu, długość trwania pojedynczego impulsu wzbudzającego, czasu oddziaływania plazmy na komórki i tkanki oraz rodzaju użytego gazu.

 

Aktualnie, zastosowania biologiczne i medyczne obejmują:

– sterylizację żywych tkanek ludzkich i zwierzęcych i wspomaganie zabijanie mikroorganizmów, zwłaszcza trudno usuwalnych przetrwalników bakteryjnych, bioodkażanie, koagulację i sterylizację ran powierzchniowych, krwi, zastosowania w stomatologii, wspomaganie apoptozę komórek nowotworowych,

– sterylizację narzędzi medycznych,zwłaszcza elementów wykonanych z tworzyw sztucznych nieodpornych na wysoką temperaturę.

(W urządzeniach tego typu wstępnie wytwarza się próżnię po czym następuje wypełnienie sterylizatora gazowym nadtlenkiem wodoru. Następnym etapem jest generowanie plazmy wskutek czego powstaje wysoka koncentracja aktywnych rodników. Do głównych zalet tego procesu należy zaliczyć bardzo niskie koszty eksploatacji, bezpieczeństwo procesu sterylizacji oraz ograniczenie korozji i uszkodzeń sterylizowanych przedmiotów)

– pokrywanie implantów i soczewek warstwami biokompatybilnymi wytwarzanie i biologiczne zastosowania polimerów plazmowych w leczeniu i diagnostyce, poprawę właściwości i biokompatybilności cienkich warstw amorficznych na protezach dentystycznych, powierzchni tytanu, nanowarstw na soczewkach kontaktowych, osadzanie plazmowe kompozytowych, bioaktywnych powłok implantów wewnątrzkostnych

-inżynierię tkankową – plazma wspomaga wytwarzanie czynników bioaktywnych i leków, immobilizuje molekuły biologiczne, modyfikuje powierzchnie w celu regulowania zachowań komórki, poprawia adhezję krwi;

-diagnostykę medyczną – wytwarzanie biosensorów na bazie polimerów i cienkich warstw amorficznych do analiz medycznych.

 

Ponadto plazma jest stosowana w eko i bioinżynierii do między innymi: sterylizacji :wody, gleby, powietrza, opakowań. Do recyklingu i usuwania zanieczyszczeń ( rozkład i spalanie odpadów organicznych), a także wspomagania reakcji chemicznych.

 

Obecnie bardzo intensywnie prowadzone są prace nad zastosowaniem zimnej plazmy w medycynie w leczeniu chorób nowotworowych. Jej właściwości przeciwnowotworowe powodują, że badania nad plazmą są najbardziej promowane i mają największe znaczenie dla medycznych kierunków badawczych. Dowodem tego zainteresowania jest pojawienie się terminu „plazma oncology”.

 

Plazmoterapia daje możliwość selektywnego oddziaływania na nowotwór, wykorzystując różnice w metaboliźmie komórek zdrowych i nowotworowych, nie wpływając niekorzystnie na pozostałe zdrowe struktury komórkowe, tak jak w przypadku innych medod leczenia stosowanych obecnie np:chemioterapii.

 

Badania te skupiają się na określaniu bezpośredniego działania plazmy na stan fizjologiczny komórek prawidłowych i nowotworowych, hamowaniem rozwoju nowotworów.

W przypadku nowotworów plazmoterapia zmniejsza angiogenezę i metastazy oraz zwiększa apoptozę, cytotoksyczność i chemiowrażliwość komórek nowotworowych.

W przypadku komórek nienowotworowych wpływa na ich różnicowanie, tempo podziałów oraz produkcję cytokin.

Szczególnie ważną rolę przeciwnowotworową przypisuje się aktywnej formie tlenku azotu NO•, która ma hamować angiogenezę, metastazy, zwiększać apoptozę, cytotoksyczność i chemiowrażliwość.

Walk i wsp. badali wpływ zimnej plazmy na mysią neuroblastomę (nerwiak zarodkowy – złośliwy nowotwór współczulnego układu nerwowego). W warunkach in vitro zanotowali zmniejszenie metabolicznej aktywności komórek nowotworowych i wzrost apoptozy. 

In vivo zanotowano zmniejszenie wielkości rozwijającego się guza oraz ponad dwukrotne przedłużenie życia zwierząt.

Zachęcające wyniki uzyskali również Brulle i wsp. zajmujący się nowotworem trzustki. Plazmowanie powodowało zahamowanie namnażania komórek nowotworowych trzustki MIA PaCa2 in vitro zaś in vivo efekt był wzmacniany poprzez zastosowanie gemcita biny-antynowotworowego chemioterapeutyku.

Niszczące działanie zimnej plazmy w stosunku do drobnoustrojów, tłumaczone jest mechanizmami zachodzącymi w różnych obszarach komórki – uszkodzenie ściany komórkowej, błony cytoplazmatycznej, DNA i aparatu enzymatycznego.

Mai-Prochnow i wsp. podzielili działanie plazmy na komórki organizmów wyższych w zależności od mocy dawki. Przy niskich dawkach, dochodzi do zabicia bakterii lecz nie ma to wpływu na komórki ssaków. Przy średnich, zachodzi proces przyspieszeniagojenia ran, zwiększenia proliferacji komórek, zwiększenia wydzielania czynnika wzrostu oraz apoptozy komórek nowotworowych.

Helmke i wsp. sugerują, że wyższe napięcia generują bardziej energetyczne elektrony, które w efekcie dają więcej wysoko reaktywnych cząsteczek, i to właśnie im, najczęściej przypisuje się efekt działania na żywe komórki.

Na przykładzie mechanizmów zmian zachodzących w strukturze DNA Citrobacter freundii, Surowsky i wsp. ustalili, że związki generowane w plazmie takie jak np. H2O2 oraz rodniki wodorotlenowe również przyczyniają się do uszkadzania DNA, co może być jedną z przyczyn śmierci bakterii.

Działanie plazmy na rany oraz działanie dezynfekcujące.

Plazmoterapia wpływa na przyspieszenie procesu gojenia się ran. Dodatkowym elementem jest działanie plazmy na bakterie rozwijające się w zranionej tkance czyli ranie.

Interesujące wyniki badań in vitro oraz in vivo na zwierzętach zaowocowały próbami wprowadzenia technologii zimnej plazmy do kliniki. Obecnie największe zainteresowanie wykazują dermatolodzy, chirurdzy, kosmetolodzy oraz stomatolodzy. Próbuje się ją stosować do leczenia przewlekłych ran w tym odleżyn oraz dezynfekcji kanałów korzeni zębowych. Niewątpliwym zachęceniem wprowadzania techniki zimnej plazmy do klinik jest taka praca Ngo i wsp., którzy wykazali znaczne zwiększenie angiogenezy i odtwarzanie nabłonka w ranach oparzeniowych u myszy.W celu ograniczenia zakażeń wewnątrzszpitalnych, sugeruje się także zastosowanie technologii plazmy nietermicznej do mikrobiologicznej dekontaminacji

środowisk szpitalnych.

—

Piśmiennictwo:

1.Skuteczność wykorzystania niskoteperaturowej plazmy w mikobiologii i medycynie.M. Laskowska Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Katedra Mikrobiologii i Biotechnologii Stosowanej.

2. Zastosowanie plazmy niskotemperaturowej w technice spalania Przemysław KOBEL, Tadeusz MĄCZKA

—-

Zastrzeżenie:

Treści umieszczane na naszej stronie internetowej służą do celów informacyjnych, a nie do stawiania diagnozy, rozpoznawania czy sugerowania sposobów leczenia różnych chorób i nie mogą zastąpić opinii lekarza. Stan zdrowia i wszelkie jego zaburzenia powinny być w pierwszej kolejności konsultowane z właściwymi służbami medycznymi. Nie jest naszym celem udzielanie medycznych porad leczenia plazmą czy innymi metodami. Nie bierzemy odpowiedzialności za osoby, które decydują się spróbować terapii z wykorzystaniem tych technologii. Decyzję podejmują na własne ryzyko i własną odpowiedzialność.

Nie bierzemy odpowiedzialności za Twoje zdrowie. Naświetlamy Ci tylko problemy z różnych stron. Pokazujemy Ci alternatywne sposoby leczenia, ale nie diagnozujemy twoich chorób i nie leczymy Cię