Wśród wielu wyzwań, przed którymi stoimy w związku z rozprzestrzenianiem się COVID-19, jest zdolność koronawirusa do przetrwania na powierzchniach przez długi czas.
Chociaż możemy skutecznie wytrzeć przedmioty lub wysterylizować je alkoholem, co z delikatniejszymi powierzchniami, takimi jak karton?
Nawet w atmosferze SARS-CoV-2 może przetrwać nawet kilka godzin; na tekturze może trwać do 24 godzin, a żywe cząsteczki znajdują się na plastiku w ciągu trzech dni po zanieczyszczeniu.
Naukowcy z wielu dyscyplin inwestują ogromne środki w walkę z pandemią. Teraz zespół kierowany przez inżyniera Jitong Chen z UCLA mógł znaleźć rozwiązanie. Właśnie zademonstrowali zdolność zimnej plazmy do zabijania wirusa na wielu różnych powierzchniach bez uszkadzania materiału.
„Wszystko, czego używamy, pochodzi z powietrza” – wyjaśnia inżynier lotniczy, Richard Wirtz. „Powietrze i elektryczność: to bardzo zdrowa procedura bez skutków ubocznych”.
Plazma, najsłabiej zbadany z czterech podstawowych stanów skupienia materii (pozostałe trzy są stałe, ciekłe i gazowe), naturalnie powstaje w górnej atmosferze. Tworzy się, gdy elektrony odrywają się od swoich atomów (co powoduje, że atomy są naładowane dodatnio) i razem tworzą zupę naładowanych cząstek, które są niestabilne, a zatem bardziej reaktywne niż w równoważnym stanie gazowym.
Wykazano już, że zimna plazma działa przeciwko opornym na leki bakteriom. Niszczy strukturę ich powierzchni i DNA bez uszkadzania ludzkich tkanek. Działa nawet na komórki rakowe.
Chen, Wirtz i współpracownicy opracowali i wydrukowali w 3D atmosferyczny strumień plazmowy wykorzystujący argon, obojętny i stabilny pierwiastek, który jest jednym z najczęściej występujących gazów w naszym powietrzu. Urządzenie wysyła przyspieszające elektrony przez gaz, oddzielając atomy gazu od zewnętrznych elektronów, gdy zderzają się; wymaga tylko 12 watów mocy ciągłej do działania.
(Chen i in., Physics of Fluids, 2020).
Zespół skierował strumień reaktywnych cząstek o temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej na zanieczyszczone powierzchnie, wystawiając je na działanie prądu elektrycznego, naładowanych atomów i cząsteczek (jonów) oraz promieniowania UV.
Przetestowali wpływ plazmy na sześć powierzchni, w tym karton, skórę, plastik i metal, i odkryli, że na każdej z nich większość cząsteczek wirusa była dezaktywowana już po 30 sekundach. Trzy minuty kontaktu z osoczem całkowicie zniszczyły wirusa.
Naukowcy uważają, że reaktywne jony tlenu i azotu, powstałe w wyniku interakcji plazmy z powietrzem, niszczą cząsteczki wirusa; kiedy testowali plazmę zasilaną helem, która produkuje mniej tego typu atomów, okazała się nieskuteczna nawet po pięciu minutach użytkowania.
Kiedy naładowane cząstki gromadzą się na powierzchni wirionu, mogą uszkodzić jego skorupę z powodu sił elektrostatycznych prowadzących do jego pęknięcia. Jony mogą również przerywać wiązania ważne strukturalnie, takie jak wiązania między dwoma atomami węgla, węglem i tlenem oraz atomami węgla i azotu.
Eksperymenty nad wpływem osocza na bakterie i wirusy wykazały, że uszkodzenie zewnętrznej powłoki wirusa może obejmować białka ważne dla wiązania się z komórkami.
„Wyniki sugerują również, że zimną plazmę należy przetestować pod kątem inaktywacji SARS-CoV-2 przenoszonego przez aerozol” – napisali Wirtz i współpracownicy w swoim artykule.
„To dopiero początek” – powiedział Wirtz. „Jesteśmy pewni siebie i wiążemy duże nadzieje z plazmą w przyszłości”.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Physics of Fluids.
Źródła: Zdjęcie: (Kovalova Z. et al.).
