پلاسمای سرد

پلاسمای سرد چیست و چه کاربردهایی دارد؟

پلاسمای غیرحرارتی یا پلاسمای سرد، پلاسمایی است که در تعادل ترمودینامیکی قرار ندارد، زیرا دمای الکترون بسیار گرم‌تر از دمای انواع سنگین مانند یون‌ها و نوترون‌ها است. در زیست پزشکی، از پلاسمای سرد برای درمان دندان‌درد، پوست و ضد عفونی دستگاه‌های پزشکی استفاده می‌شود. در علم مواد، پلاسمای سرد برای اصلاح و تغییر سطح مواد (تولید تراشه رایانه) به کار می‌رود.

در صنایع غذایی، پلاسمای سرد کاربردهایی در فرآیند بسته‌بندی و تولید مواد غذایی دارد. در علوم محیطی نیز از آن برای تصفیه آب و هوا استفاده می‌شود. ظرفیت حرارتی پایین پلاسمای سرد، تنوع کاربردهای آن و هزینه تولید آن، باعث افزایش علاقه دانشمندان به استفاده از این فناوری شده است؛ محققان همواره از کاربردهای جدید علم پلاسما شگفت‌زده می‎شوند.

پلاسما چیست؟

بیگ بنگ: حالت چهارم ماده پلاسما, شبیه گاز است و از اتمهایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترون های خود را از دست داده اند (یونیده شده اند) . بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت، اما پلاسمای سرد نیز وجود دارد.

مزایای پلاسما سرد

پلاسما یک روش سریع می باشد و به خاطر عدم نفوذ آن می توان برای استرلیزاسیون سطوح به کار برد. هزینه آن کم می باشد. توانایی غیرفعال سازی میکروارگانیسم ها را دارد. از نظر ایمنی دوست دار محیط زیست می باشد. فرآیند را در دما و فشار محیط انجام می دهد که اثرات مخرب حراراتی را کاهش می دهد.

کاربرد‌های پلاسما سرد

چاقوی پلاسما

تلویزیون پلاسما

تفنگ الکترونی

لامپ پلاسما(گوی پلاسما)

صنایع پزشکی

رآکتور‌های هسته‌ای

صنایع نظامی

اسپری پلاسما

ویژگی‌های پلاسما سرد:

پلاسما پر انرژی‌ترین شکلِ ماده محسوب می‌شود. ساختار پلاسما از ذرات متحرکِ مثبت، منفی و خنثی تشکیل شده. البته این حالت بسیار مشابه به حالت گازی است. مهم‌ترین تفاوت‌های میان این دو شکل از ماده به ترتیب زیر هستند.

پلاسما دارای هدایت الکتریکی بسیار بالایی است.

پلاسما به میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نسبت به میدان گرانشی حساس‌تر است.

حرکت ذرات باردار‌در پلاسما،‌منجر به تولید میدان مغناطیسی و الکتریکی می‌شود.

به دلیل بی‌نظمی شدید و سطح انرژی بالا در پلاسما،‌این حالت، تابش الکترومغناطیسی مختص به خود را ایجاد می‌کند.

به‌منظور نگه داشتن انرژی بالا در پلاسما، تزریق پیوسته انرژی به ماده بایستی برقرار باشد.

پلاسمای سرد چگونه ایجاد می‌شود؟

دانشمندان با ارسال الکترون‌های فوق سریع از طریق گازهایی مانند هلیوم و هوا، پلاسمای سرد ایجاد می‌کنند؛ این الکترون‎ها با انرژی زیادی به اتم‌ها و مولکول‌ها برخورد کرده و با از بین‌بردن بیرونی‎ترین الکترون‎های اتم‎ها و مولکول‌های موجود در گاز، ترکیبی غلیظ از الکترون‌های آزاد و یون‌های آزاد را ایجاد می‌کنند.

از بین بردن میکروب ها با پلاسمای سرد

پلاسمای سرد با آسیب‎رساندن به DNA میکروبی و ساختارهای سطحی و در عین‌حال، بدون آسیب به بافت‌های انسانی، میکروب‌ها را از بین می‌برد. موضوع مهم‌تر اینکه پلاسما قادر است میکروب‌های در حال رشد در بیوفیلم‌ها یا زیست‌لایه‌های موجود در زخم‎ها را از بین ببرد؛ اگرچه بیوفیلم‎های متراکم‌تر، مقاومت بیشتری را در برابر درمان نشان می‎دهد.

حذف آلودگی های مواد غذایی با پلاسما سرد

آلودگی های میکروبی غذاها یک موضوع مهم و اساسی برای صنایع غذایی می باشد. روش های مرسوم غیرفعال نمودن یا از بین بردن پاتوژن ها در غذاها حرارت دادن می باشد. حرارت دادن غذاها، اثرات جنبی ناخواسته در طعم و خواص اصلی آنها می گذارد.

افزایش تقاضا برای غذاهای تازه و کمتر فرآوری شده باعث گردیده تحقیقات زیادی در جهت گسترش روش های نوین
غیرحرارتی از قبیل فشار هیدرواستاتیک بالا، میدان الکتریکی ضربه ای PEF، میدان مغناطیسی ارتعاشی، ماوراء صوت
با توان بالا و … انجام پذیرد.

کاربرد پلاسمای فشار اتمسفری غیر حرارتی در زمینه های مختلف بیوپزشکی مثل ضدعفونی، انعقاد خون و ترمیم بافت
ها بسیار مورد توجه است. روشهای قدیمی برای مواد حساس به گرما مناسب نیستند و از طرف دیگر پس ماندهای گازی به جای می گذارند. اخیراً پلاسما به عنوان یک روش غیرفعال سازی غیرحرارتی در مقالات تحقیقاتی در فرآیندهای
صنایع غذایی معرفی شده است.

هنگامی که میکروارگانیسم ها در سطح یک محصول غذایی قرار دارند ، می توان از پلاسمای سرد برای غیرفعال کردن سلولهای رویشی و اسپورها استفاده کرد. از آنجا که این عمل در دمای پایین انجام می شود ، تأثیرات روی کیفیت مواد غذایی و ظاهر محصول حداقل است.

استرلیزاسیون توسط پلاسما:

اخیراً کاربرد استرلیزاسیون سطوح و وسایل پزشکی به کمک پلاسما سرد آرگونی مورد توجه قرار گرفته است. از Cylindrical Reactor همراه با لوله پیرکس به عنوان دی الکتریک استفاده می شود. پلاسما گاهی سبب آب دوستی سطوح می شود که به خاطر افزایش طرفیت جذب آب باعث رشد باکتری می شود.

مقداری H2O2 درحد هزاران ppb تولید می شود که باعث استرلیزاسیون می شود همچنین مقدار قابل توجهی H2و O2 هم تولید می شود. طبق آزمایشات انجام شده EColi طی مدت20 دقیقه غیرفعال می شود که به خاطر تخریب غشا و دیواره باکتری ها می شود.