Струя-убийца: супербактерии уничтожат заряженным газом
Гнойные раны и сепсисы, вызванные устойчивыми к антибиотикам бактериями, научились лечить без препаратов. С помощью низкотемпературной плазменной струи врачи могут уничтожать до 90% резистентных инфекций на поверхности тела человека. Инновационную установку для получения такой холодной плазмы на основе гелия разработали в Балтийском университете имени Канта. Прибор обещает быть более безопасным и безболезненным для пациентов, чем все существующие на рынке плазменные установки. Правда, пока он применим только для кожных инфекций.
Температура плазмы
Ежегодно в мире регистрируют всё большее количество супербактерий, вызывающих многие болезни, в том числе смертельные. Поэтому растет потребность в новых методах борьбы с ними, в том числе без лекарственных средств. Одним из таких методов стало использование низкотемпературной плазмы.
Здание научно-технологического парка «Фабрика» Балтийского федерального университета им. И. Канта
Для применения в медицинских целях особое значение имеет температура плазмы: она не должна быть выше 42 °С (температура свертывания белков крови). Исследователи лаборатории оптических излучений Балтийского федерального университета им. И. Канта (БФУ) в Калининграде сконструировали устройство для создания такой плазменной струи при атмосферном давлении и комнатной температуре. Из газов выбрали гелий — один из самых легких и безопасных.
Зарядить гелий
Созданный в БФУ приборный комплекс состоит из нескольких частей: корпус, высоковольтный источник питания, электродная система и система подачи гелия.
Установка работает следующим образом. Гелий из баллона поступает в электродную систему с высоким напряжением. Газ ионизируется и потоком гелия вытесняется наружу в виде струи нетермальной плазмы. Как пояснили разработчики, холодная газоразрядная плазма давно и успешно применяется в традиционной медицине (плазменные коагулятор, скальпель, вапоризатор и т.д.). Однако ученым удалось создать не имеющий аналогов прибор, обладающий улучшенными свойствами. Как сообщил «Известиям» один из авторов работы, заведующий лабораторией оптических излучений НТП «Фабрика» БФУ Дмитрий Шитц, для ионизации гелия были использованы короткие импульсы высокого напряжения, чтобы проходящий ток не успевал разогреть газ до высоких температур.
Заведующий лабораторией оптических излучений научно-технологического парка «Фабрика» БФУ Дмитрий Шитц
— Использование коротких импульсов высокого напряжения позволяет снизить температуру газа плазменной струи. Мы получили относительно низкую, комфортную для человека температуру струи при низкой скорости потока гелия, которую можно применять в медицине — в частности, для лечения гнойно-септических ран, — отметил Дмитрий Шитц. — Нам удалось разработать прибор с площадью покрытия струей плазмы до 2 кв. см при рекордно низком расходе гелия. Расширение площади покрытия обеспечивает быструю обработку поверхности, что экономит время врача и пациента, а также снижает расход гелия. Температура струи составила 32 °С, что гарантирует отсутствие болевых ощущений при обработке раны.
Альтернатива антибиотикам
Инженер лаборатории «Биомедицинские наноматериалы «НИТУ «МИСиС» (вуз — участник проекта «5-100») Алексей Никитин считает, что использование холодной плазмы для борьбы с опасными инфекциями — очень актуальное направление.
— Такой метод лечения — отличная альтернатива антибиотикам при различных видах инфекций. Ранее проведенные работы показали эффективность воздействия холодной плазмы на синегнойную палочку и золотистый стафилококк, а они бывают мультирезистентными, то есть способными противостоять действию различных антибиотиков, — пояснил он. — Холодная плазма способна уничтожить до 90% бактерий за счет повреждения их молекул ДНК. При этом здоровые ткани остаются нетронутыми. Кроме того, метод лечения с использованием холодной плазмы неинвазивный, что важно для пациентов.
Струя плазмы гелия при коротком импульсном возбуждении
Разработанная установка перспективна, но пока может быть применима только для кожных инфекций, уверен сотрудник Института биологии ТюмГУ Сергей Артеменко.
— Если мы говорим о бактериальной инфекции внутри тела человека, то это пока фантастика. Если же на поверхности есть резистентные микробы, то они, конечно, погибнут, — полагает ученый.
Созданный источник струи холодной плазмы разрабатывается как отдельный медицинский прибор для применения в хирургических кабинетах. Также есть перспективы его использования в дерматологии и косметологии.
Плазма — это ионизированный газ, содержащий свободные электроны, а также положительные и отрицательные ионы. В природе газ переходит в это состояние, например, при ударе молнии, когда через воздух проходит сильный электрический разряд. В искусственных условиях получить плазму можно, также пропуская через газ электрический ток. Для этого к источнику электроэнергии с высоким напряжением подключаются два электрода. При их соприкосновении электрическая цепь замыкается. При удалении электродов друг от друга ток начинает течь по воздуху, создавая электрический разряд в газе. Газ ионизируется и превращается в плазму.
