A pandemia COVID-19 lançou uma luz dura sobre a necessidade urgente de técnicas rápidas e fáceis para higienizar e desinfetar objetos cotidianos de alto toque, como maçanetas, canetas, lápis, e equipamento de proteção pessoal usado para evitar a propagação de infecções. Agora, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey (NJIT) demonstraram o primeiro flexível, portátil, dispositivo baseado em plasma de baixa temperatura - um gás que consiste em átomos, moléculas, e elétrons e íons de flutuação livre - que os consumidores podem usar com rapidez e facilidade para desinfetar superfícies sem treinamento especial.

Experimentos recentes mostram que o protótipo, que opera à temperatura ambiente sob pressão atmosférica normal, pode eliminar 99,99 por cento das bactérias nas superfícies, incluindo têxteis e metais em apenas 90 segundos. O dispositivo mostrou uma eficácia ainda maior de 99,9999 por cento quando usado com o peróxido de hidrogênio anti-séptico. Os cientistas acham que será igualmente eficaz contra os vírus. "Estamos testando agora com vírus humanos, "disse a física do PPPL Sophia Gershman, primeiro autor de um artigo em Relatórios Científicos que descreve o dispositivo e a pesquisa por trás dele.

Resultados positivos bem-vindos

Os resultados positivos foram bem-vindos no PPPL, que está ampliando seus portfólios de pesquisa de fusão e ciência de plasma. "Estamos muito entusiasmados em ver os plasmas usados ​​para uma ampla gama de aplicações que podem melhorar a saúde humana, "disse Jon Menard, vice-diretor de pesquisa do PPPL.

O dispositivo portátil flexível, chamada de descarga de barreira dielétrica (DBD), é construído como um sanduíche, Gershman disse. "É uma fatia de pão de alta voltagem com queijo que é um isolante e um pedaço de pão aterrado com furos, " ela disse.

A fatia de alta voltagem do "pão" é um eletrodo feito de fita de cobre. A outra fatia é um eletrodo aterrado padronizado com orifícios para permitir que o plasma flua. Entre essas fatias está o "queijo" da fita isolante. "Basicamente, é tudo fita flexível, como fita adesiva ou fita adesiva, "O eletrodo de aterramento fica voltado para os usuários e torna o dispositivo seguro para uso", disse Gershman.

O plasma em temperatura ambiente interage com o ar para produzir o que é chamado de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio - moléculas e átomos dos dois elementos - junto com uma mistura de elétrons, correntes, e campos elétricos. Os elétrons e os campos se unem para permitir que as espécies reativas penetrem e destruam as paredes celulares das bactérias e matem as células.

Plasmas à temperatura ambiente, que se comparam com os estudos de PPPL de plasmas de fusão que são muitas vezes mais quentes do que o centro do sol, são produzidos enviando pulsos curtos de elétrons de alta velocidade através de gases como o ar, criando o plasma e não deixando tempo para ele se aquecer. Esses plasmas também são muito mais frios do que os plasmas de mil graus que o laboratório estuda para sintetizar nanopartículas e conduzir outras pesquisas.

Uma característica especial do dispositivo é sua capacidade de melhorar a ação do peróxido de hidrogênio, um limpador anti-séptico comum. "Demonstramos uma desinfecção mais rápida do que plasma ou peróxido de hidrogênio sozinho em operação estável de baixa energia, "escrevem os autores." Portanto, ativação de plasma de uma solução de peróxido de hidrogênio de baixa concentração, o uso de um dispositivo DBD flexível portátil resulta em uma melhora dramática na desinfecção. "

Nova colaboração

Alcançar esses resultados foi uma nova colaboração que reuniu a experiência em física de plasma do PPPL e o know-how biológico de um laboratório do NJIT. "Embora geralmente sejamos um laboratório de neurobiologia que estuda locomoção, estávamos ansiosos para colaborar com o PPPL em um projeto relacionado ao COVID-19, "disse Gal Haspel, professor de ciências biológicas no NJIT e co-autor do artigo.

Realizando os testes de desinfecção de plasma foi a coautora Maria Benem Harreguy, um estudante de pós-graduação em ciências biológicas no NJIT, com a ajuda de Gershman. "Ela fez todos os experimentos e sem ela não teríamos este estudo, "Gershman disse.

A ideia para esta pesquisa começou "assim que entramos no bloqueio COVID em março passado, "disse o físico e co-autor do PPPL Yevgeny Raitses, que dirige o Princeton Collaborative Temperature Plasma Research Facility (PCRF) —uma joint venture entre PPPL e Princeton University apoiada pelo DOE Office of Science (FES) que forneceu recursos para este trabalho por meio de um projeto de usuário. "Nós da PCRF estávamos pensando em como ajudar na luta contra a COVID por meio de nossa pesquisa de plasma de baixa temperatura, e tem sido empolgante para nós continuar esta colaboração, " ele disse.

Raitses guiou o lado PPPL do projeto, que incluiu a configuração do DBD com base em um design de superfície impressa e caracterizando a descarga de plasma neste dispositivo, e supervisionou a colaboração contínua com a NJIT. Daqui para frente, ele disse, "estamos trabalhando para obter acesso a uma instalação na qual seremos capazes de aplicar o DBD e outros dispositivos relevantes contra o vírus SARS CoV-2" que causa o COVID-19. "Também estão em andamento pesquisas com imunologistas e virologistas da Universidade de Princeton e da Universidade Rutgers para expandir a aplicabilidade dos dispositivos de plasma desenvolvidos para uma gama mais ampla de vírus."