Zu den vielen Herausforderungen, denen wir bei der Verbreitung von COVID-19 gegenüberstehen, gehört die Fähigkeit des Coronavirus, über lange Zeiträume auf Oberflächen zu überleben.
Während wir Dinge effektiv abwischen oder mit Alkohol sterilisieren können, was ist mit empfindlicheren Oberflächen wie Pappe?
Selbst in der Atmosphäre kann SARS-CoV-2 bis zu mehreren Stunden überleben. Auf Karton kann es bis zu 24 Stunden dauern, und auf Kunststoff werden innerhalb von drei Tagen nach der Kontamination lebensfähige Partikel gefunden.
Wissenschaftler vieler Disziplinen investieren ihre enormen Ressourcen in den Kampf gegen die Pandemie. Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Ingenieur Jitong Chen von der UCLA möglicherweise eine Lösung gefunden. Sie haben gerade die Fähigkeit von kaltem Plasma demonstriert, das Virus auf einer Vielzahl von Oberflächen abzutöten, ohne das Material zu beschädigen.
„Alles, was wir verwenden, kommt aus der Luft“, erklärt der Luft- und Raumfahrtingenieur Richard Wirtz. “Luft und Strom: Dies ist ein sehr gesundes Verfahren ohne Nebenwirkungen.”
Plasma, der am wenigsten untersuchte der vier Grundzustände der Materie (die anderen drei sind fest, flüssig und gasförmig), entsteht natürlich in der oberen Atmosphäre. Es entsteht, wenn sich Elektronen von ihren Atomen lösen (wodurch die Atome positiv geladen werden) und zusammen eine Suppe geladener Teilchen bilden, die instabil und daher reaktiver sind als im äquivalenten Gaszustand.
Es wurde bereits gezeigt, dass kaltes Plasma gegen arzneimittelresistente Bakterien wirkt. Es stört die Struktur ihrer Oberfläche und DNA, ohne das menschliche Gewebe zu beschädigen. Es wirkt sogar gegen Krebszellen.
Chen, Wirtz und Kollegen haben ein atmosphärisches Plasmastrahlgerät entwickelt und in 3D gedruckt, das Argongas verwendet, ein inertes und stabiles Element, das eines der häufigsten Gase in unserer Luft ist. Das Gerät sendet beschleunigende Elektronen durch das Gas und trennt die Gasatome von den äußeren Elektronen, wenn sie kollidieren. Für den Betrieb sind nur 12 Watt Dauerleistung erforderlich.
(Chen et al., Physics of Fluids, 2020).
Das Team schickte einen Strom reaktiver Partikel nahe Raumtemperatur auf kontaminierte Oberflächen und setzte sie elektrischem Strom, geladenen Atomen und Molekülen (Ionen) sowie UV-Strahlung aus.
Sie testeten die Wirkung von Plasma auf sechs Oberflächen, darunter Pappe, Leder, Kunststoff und Metall, und stellten fest, dass auf jeder Oberfläche die meisten Viruspartikel nach nur 30 Sekunden inaktiviert waren. Drei Minuten Kontakt mit Plasma zerstörten das Virus vollständig.
Die Forscher glauben, dass die reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffionen, die durch die Wechselwirkung von Plasma mit Luft entstehen, virale Partikel zerstören. Als sie mit Helium betriebenes Plasma testeten, das weniger Atome dieser Art produziert, erwies es sich selbst nach fünf Minuten als unwirksam.
Wenn sich geladene Teilchen auf der Oberfläche des Virions ansammeln, können sie seine Schale durch elektrostatische Kräfte beschädigen, die zu seinem Bruch führen. Ionen können auch strukturell wichtige Bindungen aufbrechen, beispielsweise Bindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen, Kohlenstoff und Sauerstoff sowie Kohlenstoff- und Stickstoffatomen.
Experimente zu den Auswirkungen von Plasma auf Bakterien und Viren haben gezeigt, dass eine Schädigung der äußeren Hülle des Virus Proteine umfassen kann, die für die Bindung an Zellen wichtig sind.
“Die Ergebnisse legen auch nahe, dass kaltes Plasma auf Inaktivierung des durch Aerosole übertragenen SARS-CoV-2 getestet werden sollte”, schrieben Wirtz und Kollegen in ihrer Arbeit.
“Dies ist nur der Anfang”, sagte Wirtz. “Wir sind zuversichtlich und setzen große Hoffnungen auf Plasma in der Zukunft.”
Die Forschung ist in der Zeitschrift Physics of Fluids veröffentlicht.
Quellen: Foto: (Kovalova Z. et al.).
