Desinfektion mit Plasma

Plasmen reduzieren die Konzentration von Krankheitserregern bei Kontakt mit kontaminierten Oberflächen. Es zerstört Bakterien, Viren, Pilze sowie Prionen und entfernt Toxine und weitere organische Verunreinigungen. Selbst eine vollständige Sterilisation ist bei längerem Kontakt mit Plasma möglich. Vor allem die Piezoelektrische Direktentladung (PDD) und die dielektrische Barriereentladung (DBD) können eine sehr gute Desinfektion erreichen. Die Plasmadesinfektion erfordert keine teuren Vakuumanlagen oder giftige Chemikalien, was das Verfahren kostengünstig und umweltfreundlich macht. Kalt atmosphärische Druckplasmen der PDD-Entladung und DBD-Entladung sind im Vergleich zu den üblichen Desinfektionsverfahren mit Heißluft, Heißwasserdampf oder toxischen Substanzen sehr schonend. Es wird nur eine sehr dünne Oberflächenschicht behandelt. Dadurch können Plasmen eine Vielzahl empfindlicher Oberflächen desinfizieren, darunter auch lebendes Gewebe und sogar offene Wunden.

Plasma-Desinfektionsmechanismen

Das chemisch aktive, kalt atmosphärische Plasma löst eine Vielzahl von physikalischen und chemischen Prozessen aus. Die Zersetzung organischer Moleküle lebender Mikroorganismen erfolgt einerseits durch den Beschuss mit Elektronen, Ionen und kurzlebigen neutralen chemischen Spezies und andererseits durch die oxidierende Wirkung der hoch-reaktiven chemischen Spezies im Plasma. Zusätzlich bricht der Ionenbeschuss die Wasserstoffbrücken von organischen Molekülen auf. Dies führt zur Reduktion von ultrafeinen organischen Verunreinigungen und Keimen bis hin zur vollständigen Sterilisation der behandelten Oberflächen. Folgende Reaktionsmittel und Verfahren tragen zur Desinfektion bei:

• Ionen und Elektronen bombardieren die Oberfläche in direktem Kontakt mit dem ionisierten Plasmavolumen. Mit ihren hohen Energien sind sie die mit Abstand stärksten Desinfektionsmittel, da sie Wasserstoffbrücken von organischen Molekülen, aufbrechen.
• Reaktive Sauerstoffspezies sind Sauerstoffatome und chemisch aktive Moleküle, die Sauerstoff im Grund- oder angeregten Zustand enthalten, sowie deren Ionen. Sie greifen alle organischen Moleküle lebender Organismen an. Vor allem aber zerstören sie Bakterienkapseln und Zellwände. Wasserstoffperoxid (H₂O₂) ist ebenfalls sehr reaktiv. Ozon (O₃) ist ein stabiles, langlebiges Molekül, das als starkes Oxidationsmittel bekannt ist. Es zerstört ebenfalls die Zellwände.
• Reaktive Stickstoffspezies sind eine Familie antimikrobieller Moleküle wie Stickstoffoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂), Peroxynitritanion (ONOO-), salpetrige Säure (HNO₂). Sie sind im Vergleich zu den Sauerstoffspezies weniger reaktiv, aber ihre Lebensdauer reicht aus, um in tiefere Gewebeschichten einzudringen.

Vorteile der Plasmadesinfektion mit atmosphärischem Kaltluftplasma

Atmosphärische Druckplasmen, insbesondere das Plasma der piezoelektrischen Direktentladung, haben eine starke Desinfektionsfähigkeit. Im Vergleich zu den üblichen Desinfektions- und Sterilisationsverfahren mit Heißluft von 170°C, Heißwasserdampf von 120°C, Nasschemie oder Niederdruckplasmen bieten die kalten Atmosphärendruckplasmen folgende Vorteile:

• Die Behandlung bei Atmosphärendruck ermöglicht die Desinfektion von Gegenständen, die im Vakuum oder durch Überdruck beschädigt werden können
• Keine teuren Vakuum- oder Druckkammern und Pumpen notwendig
• Keine Nasschemie
• Feinstreinigung, keine Rückstände
• Niedrige Betriebstemperatur
• Schonende Behandlung empfindlicher Oberflächen, auch von lebendem Gewebe und offenen Wunden
• Druckluft oder billige ungiftige Arbeitsgase
• Umweltfreundlichkeit

Anwendungsbeispiele

Testbericht VLB Berlin

MediPlas RONS Generator erreicht die Reduktion von Lendzellanzahlen über 6-log-Stufen bei unterschiedlichen Bakterien.

Bewertung der Auswirkungen von kaltem atmosphärischem Plasma auf die natürliche Mikrobiota und die Qualität von Schweinefleisch während der Lagerung

Die Studie untersuchte die Auswirkungen von kaltem atmosphärischem Plasma (CAP) auf die Haltbarkeit von Schweinefleisch. Verschiedene Behandlungszeiten wurden für die Schweinefleischproben getestet, um ihre Auswirkungen auf die natürliche Mikrobiota und die Qualität des Fleisches zu bewerten.

Plasma in der Medizinbranche

Relyon plasma präsentiert innerhalb der Webinar-Reihe „Plasma in der Medizinbranche“ die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Atmosphärendruckplasma. Angefangen bei der Herstellung von Medizinprodukten über die Dentalbranche bis hin zum direkten Einsatz in der Medizin und Hautbehandlung.

Case Study: DeBogy Molecular Inc.

DeBogy ist spezialisiert darauf selbststerile Oberflächen durch kovalentes Grafting zu erzeugen, hierfür die Oberfläche zuvor plasmabehandelt

VDI.TECHNIK.TALK.ONLINE

Dr. Stefan Nettesheim hält bei VDI.TECHNIK.TALK.ONLINE einem Vortrag zum Thema Kaltes Plasma in der Desinfektionstechnik.