Новый прибор быстро уничтожает коронавирус струями холодной плазмы
Ученые создали излучатель, который за несколько минут полностью уничтожает вирусы, не повреждая при этом кожу и одежду
Вирусные агенты SARS-CoV-2 могут выживать до нескольких часов, даже находясь в атмосфере; на картоне они могут сохраняться до 24 часов, а на пластике жизнеспособные вирионы обнаруживаются в течение трех дней после его загрязнения.
Команда, возглавляемая инженером Чжитонг Ченом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, возможно, нашла решение этой проблемы. Ученые продемонстрировали способность холодной плазмы уничтожать вирус на широком спектре поверхностей, не повреждая при этом сам материал.
«Все, что мы используем, поступает буквально из воздуха», — объясняет инженер аэрокосмической промышленности Ричард Вирц. «Воздух и электричество: это очень хорошая методика без побочных эффектов».
Плазма, наименее известное из четырех основных состояний вещества (три других — твердое, жидкое и газообразное), естественным образом возникает в верхних слоях атмосферы. Она образуется, когда электроны отделяются от своих атомов (делая атомы положительно заряженными), и вместе создают «суп» из заряженных частиц. Они являются нестабильными и, следовательно, более реактивными, чем в их эквивалентном газовом состоянии.
Уже было доказано, что холодная плазма работает против бактерий, устойчивых к лекарствам. Она нарушает структуру их поверхности и ДНК, не повреждая ткани человека. Поэтому плазма эффективна даже против раковых клеток.
Чен, Вирц и их коллеги разработали и напечатали на 3D-принтере устройство, работающее на газе аргоне — инертном и стабильном элементе, который является одним из самых распространенных газов воздуха. Устройство направляет ускоряющиеся электроны через газ, отделяя атомы газа от внешних электронов, когда те сталкиваются; в результате получается излучатель струй плазмы, для работыкоторого требуется всего 12 Вт непрерывной мощности.
Команда направила поток реактивных частиц с температурой, близкой к комнатной, на загрязненные поверхности, подвергая их воздействию электрического тока, заряженных атомов и ионов, а также УФ-излучения.
Ученые протестировали действие плазмы на шести поверхностях, включая картон, футбольную кожу, пластик и металл, и обнаружили, что на каждой из них большая часть вирусных частиц была инактивирована всего через 30 секунд. Три минуты контакта с плазмой уничтожили все вирусные агенты до единого.
Команда считает, что залог эффективности — реактивные ионы кислорода и азота, образующиеся при взаимодействии плазмы с воздухом, которые разрушают вирусные частицы. Когда исследователи тестировали плазму, питаемую гелием, которая производит меньше этих видов атомов, та оказалась неэффективной даже после пяти минут применения.
Дело в том, что когда заряженные частицы собираются на поверхности вириона, они могут повредить его оболочку за счет электростатических сил, ведущих к ее разрыву. Ионы могут также разрывать структурно важные связи, например связи между двумя атомами углерода, углеродом и кислородом, а также атомами углерода и азота.
Эксперименты по воздействию плазмы на бактерии и вирусы показали, что повреждение внешней оболочки вируса может поражать белки, важные для связывания с клетками-хозяевами. Кстати, в прошлом году другая команда создала плазменный фильтр, способный стерилизовать воздух от 99% вирусов. В этом устройстве воздух проходит через зазоры в слое шариков из боросиликатного стекла и окисляет нестабильные атомы, образующие плазму. Это повреждает вирусные частицы, в результате чего их способность инфицировать нас значительно снижается.
