La pandemia de COVID-19 ha arrojado una luz dura sobre la necesidad urgente de técnicas rápidas y fáciles para desinfectar y desinfectar objetos cotidianos de alto contacto, como pomos de puertas, plumas, lapices y equipo de protección personal usado para evitar que las infecciones se propaguen. Ahora, los científicos del Laboratorio de Física del Plasma de Princeton del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey (NJIT) han demostrado el primer Mano, dispositivo basado en plasma de baja temperatura, un gas que consta de átomos, moléculas, y electrones e iones que flotan libremente, que los consumidores pueden utilizar rápida y fácilmente para desinfectar superficies sin una formación especial.

Experimentos recientes muestran que el prototipo, que opera a temperatura ambiente bajo presión atmosférica normal, puede eliminar el 99,99 por ciento de las bacterias en las superficies, incluyendo textiles y metales en solo 90 segundos. El dispositivo ha mostrado una efectividad aún mayor del 99,9999 por ciento cuando se usa con el peróxido de hidrógeno antiséptico. Los científicos creen que será igualmente eficaz contra los virus. "Lo estamos probando ahora mismo con virus humanos, "dijo la física de PPPL Sophia Gershman, primer autor de un artículo en Informes científicos que describe el dispositivo y la investigación detrás de él.

Los resultados positivos son bienvenidos

Los resultados positivos fueron bienvenidos en PPPL, que está ampliando sus carteras de investigación de fusión y ciencia del plasma. "Estamos muy emocionados de ver que los plasmas se utilizan para una gama más amplia de aplicaciones que potencialmente podrían mejorar la salud humana, "dijo Jon Menard, subdirector de investigación de PPPL.

El dispositivo de mano flexible, llamada descarga de barrera dieléctrica (DBD), está construido como un sándwich, Dijo Gershman. "Es una rebanada de pan de alto voltaje con queso que es un aislante y un pedazo de pan conectado a tierra con agujeros, " ella dijo.

La rebanada de "pan" de alto voltaje es un electrodo hecho de cinta de cobre. La otra rebanada es un electrodo conectado a tierra con un patrón de orificios para permitir que el plasma fluya a través de él. Entre estas lonchas se encuentra el "queso" de cinta aislante. "Básicamente, todo es cinta flexible como cinta adhesiva o cinta adhesiva, ", Dijo Gershman." El electrodo de tierra se enfrenta a los usuarios y hace que el dispositivo sea seguro de usar ".

El plasma a temperatura ambiente interactúa con el aire para producir lo que se llama especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (moléculas y átomos de los dos elementos) junto con una mezcla de electrones, corrientes, y campos eléctricos. Los electrones y los campos se unen para permitir que las especies reactivas penetren y destruyan las paredes celulares de las bacterias y las maten.

Plasmas a temperatura ambiente, que se comparan con los estudios de PPPL de plasma de fusión que son muchas veces más calientes que el núcleo del sol, se producen enviando pulsos cortos de electrones de alta velocidad a través de gases como el aire, creando el plasma y sin dejar tiempo para que se caliente. Estos plasmas también son mucho más fríos que los plasmas de mil grados que el laboratorio estudia para sintetizar nanopartículas y realizar otras investigaciones.

Una característica especial del dispositivo es su capacidad para mejorar la acción del peróxido de hidrógeno, un limpiador antiséptico común. "Demostramos una desinfección más rápida que el plasma o el peróxido de hidrógeno solo en una operación estable de baja potencia, "escriben los autores". activación por plasma de una solución de peróxido de hidrógeno de baja concentración, el uso de un dispositivo DBD flexible de mano da como resultado una mejora espectacular en la desinfección ".

Colaboración novedosa

El logro de estos resultados fue una colaboración novedosa que reunió la experiencia en física del plasma de PPPL y el conocimiento biológico de un laboratorio en NJIT. "Aunque normalmente somos un laboratorio de neurobiología que estudia la locomoción, estábamos ansiosos por colaborar con PPPL en un proyecto relacionado con COVID-19, "dijo Gal Haspel, profesor de ciencias biológicas en NJIT y coautor del artículo.

La realización de las pruebas de desinfección de plasma fue la coautora Maria Benem Harreguy, un estudiante de posgrado en ciencias biológicas en NJIT, con la ayuda de Gershman. "Hizo todos los experimentos y sin ella no tendríamos este estudio, "Dijo Gershman.

La idea de esta investigación comenzó "tan pronto como entramos en el bloqueo de COVID en marzo pasado, ", dijo el físico y coautor de PPPL, Yevgeny Raitses, quien dirige el Centro Colaborativo de Investigación de Plasma de Temperatura de Princeton (PCRF), una empresa conjunta de PPPL y la Universidad de Princeton respaldada por la Oficina de Ciencias del DOE (FES) que proporcionó recursos para este trabajo a través de un proyecto de usuario. "En PCRF estábamos pensando en cómo ayudar en la lucha contra el COVID a través de nuestra investigación con plasma de baja temperatura, y ha sido emocionante para nosotros continuar con esta colaboración, " él dijo.

Raitses guió el lado PPPL del proyecto, que incluyó configurar el DBD basado en un diseño de superficie impreso y caracterizar la descarga de plasma en este dispositivo, y supervisó la colaboración en curso con NJIT. Avanzando, él dijo, "Estamos trabajando para tener acceso a una instalación en la que podamos aplicar el DBD y otros dispositivos relevantes contra el virus CoV-2 del SARS" que causa el COVID-19. "También se están realizando investigaciones con inmunólogos y virólogos de la Universidad de Princeton y la Universidad de Rutgers para ampliar la aplicabilidad de los dispositivos de plasma desarrollados a una gama más amplia de virus".