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Pandemien mit Plasma bekämpfen - den häufigsten Aggregatzustand der Materie im Universum nutzbar machen

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Wissenschaftler machen sich den häufigsten Aggregatzustand der Materie im Universum zunutze, um den Mangel an persönlicher Schutzausrüstung zu beheben.

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Die meisten Arten von persönlicher Schutzausrüstung, wie N95-Masken, -Kittel und -Handschuhe, sind für den einmaligen Gebrauch bestimmt, was während der COVID-19-Pandemie zu Knappheit und Verschwendung geführt hat. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass diese lebenswichtigen Vorräte sicher desinfiziert und wiederverwendet werden können.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass ionisierte Gase, Plasma genannt, die aus geladenen Molekülen bestehen, krankheitserregende Bakterien, Viren und einige Pilze abtöten können.

"Was man nicht wusste, war, ob die PSA danach funktionieren würde oder nicht", sagte der Physiker David Staack. "Würde ein N95 noch funktionieren, nachdem es mit Plasma behandelt wurde?"

Staack und seine Kollegen von der Texas A&M University machten sich daran, diese Frage zu beantworten, indem sie in einem 20 Fuß langen Schiffscontainer ein Plasma mit Raumtemperatur erzeugten.

"Die Idee wäre, die PSA in diesen Anhänger zu laden, die Tür zu schließen und den Zyklus zu fahren", sagte Staack. "So ähnlich wie ein Geschirrspüler." Am Ende filtert ein Auspuffsystem die dabei entstehenden reaktiven Sauerstoffspezies heraus, bevor die Menschen die Ausrüstung betreten und zurückholen können.

Nach vorläufigen Daten, die diese Woche auf der Konferenz der American Physical Society's Gaseous Electronics Conference vorgestellt wurden, kann ein 90-Minuten-Zyklus in der Dekontaminationskammer 99,9% der Mikroben töten, darunter auch Coronaviren ähnlich SARS-CoV-2. Die Forscher testeten drei verschiedene Typen von N95-Masken und stellten fest, dass zwei von ihnen auch nach einer Sterilisationsdosis des Niedertemperaturplasmas noch verwendbar waren.

Diese vielversprechenden Ergebnisse wurden kürzlich von den Centers for Disease Control and Prevention verifiziert, was das Forschungsteam in seiner Zuversicht bestärkt, dass Plasma N95-Masken nicht nur sterilisieren, sondern auch sicher für die Wiederverwendung aufbewahren kann. Staack sagte, sie hätten die Ergebnisse der Food and Drug Administration für die Genehmigung zur Verwendung in Notfällen mitgeteilt, die erforderlich sei, bevor die Technologie in Krankenhäusern und anderen Gesundheitseinrichtungen eingesetzt werden könne.

Staacks Gruppe ging auch auf die Fortschritte bei der Sterilisation von Masken, Kitteln und anderen Arten von PSA mit verschiedenen Strahlendosen von Elektronenstrahlen ein, die seit langem zur Abtötung von Mikroben auf medizinischen Geräten verwendet werden. Während die Behandlung Keime wirksam beseitigt, zeigten die Experimente, dass die hohen Dosen, die für die Sterilisation erforderlich sind, auch die Masken und Kittel degradieren - was bedeutet, dass sie nicht wieder getragen werden können.

Eine andere Forschergruppe unter der Leitung von Lorenzo Mangolini von der University of California, Riverside, stellte einen experimentellen, kostengünstigen Ansatz zur Sterilisation von PSA vor. Die Wissenschaftler setzten eine Plasmakugel - ein kostengünstiges Spielzeug, das in einer kleinen Glaskugel Blitze zu erzeugen scheint - zur Erzeugung von Ozon ein, das von einem Druckluftstrahl durch ein Gesichts-Atemgerät getragen wird. In "Proof-of-Concept"-Experimenten tötete dieser Ansatz erfolgreich pathogene Escherichia coli, die aufgrund ihrer robusten Zellwände möglicherweise schwieriger auszurotten sind als Viruspartikel wie die von SAR-CoV-2.

"Wir haben gezeigt, dass Sterilisation sehr kosteneffektiv durchgeführt werden kann", sagte Mangolini. "Damit das funktioniert, braucht man nur eine Druckluftleitung und eine Hochspannungsstromversorgung von einem Spielzeug"

Joseph Schwan, ein Doktorand in Mangolinis Labor, schätzte, dass die weggeworfene Einweg-PSA während der Pandemie wahrscheinlich Tausende von Tonnen Abfall pro Tag erzeugt. Er stellte fest, dass Plasma-basierte Ansätze zur Sterilisation und zum Recycling diese Zahl reduzieren könnten.