Плазма как самый эффективный барьер против микробов

Медицинское сообщество добилось огромных успехов в понимании тех механизмов, с помощью которых различные патогены вызывают болезни. Оно разработало эффективные методы борьбы с инфекцией. Однако обнаружение микробов «воздушного базирования» и предотвращение их попадания в людские организмы до сих пор остаются задачами огромной сложности. Они практически невыполнимы, потому что способов обезвредить тот воздух, которым мы дышим ежесекундно, очень мало. Но, возможно, уже в самое ближайшее время нам может прийти на помощь четвёртое состояние вещества — плазма. В конце весны этого года инженерами была продемонстрирована работа плазменного реактора, который за долю секунды обезвредил 99,9% вирусов в тестовом объёме воздуха.

Плазма давно известна своими мощными дезинфицирующими свойствами. Она используется во многих отраслях промышленности для химической очистки воздуха, однако применение именно против микробов — это нечто совершенно новое. Вирусы — это одни из самых распространенных биологических организмов на Земле, и некоторые из них, в том числе вызывающие корь и простуду, передаются по воздуху. Обычный чих может забросить микробы на расстояние до 8 метров. Многие из них способны висеть в воздухе в течение нескольких часов. Согласно одной из гипотез, вирусы способны прикрепляться к частичкам пыли и грунта, и вместе с ними переноситься по всему миру высотными воздушными течениями.

Тем временем, если верить экспертным оценкам, объём продаж очистителей воздуха к 2023 году составит примерно 6.2 миллиарда долларов, и это наглядно демонстрирует, насколько велик потенциал для развития новых технологий в этой сфере. Если вы уже успели приобрести подобный прибор, то он, скорее всего, отлавливает микробы либо посредством фильтра, либо обезвреживает их с помощью химических реакций. У обоих этих принципов есть существенные недостатки.

Электронные воздушные фильтры, вроде электростатических осадителей, эффективно удаляют загрязняющие частицы, но бессильны против газов и запахов, к тому же часто генерируют вредные побочные продукты. Механические системы, например, HEPA-фильтры, не вычищают все загрязняющие агенты, попадающие в помещение. Кроме того, они не особенно эффективны против микроорганизмов. Генераторы озона, ещё один тип приборов подобного рода, призваны обезвреживать и разрушать поллютанты. Однако фактически они просто выделяют неорганические молекулы, уже давно признанные опасными для человеческого организма.

Так что же делает плазму такой перспективной в этом плане? Почему она должна справиться лучше всех существующих методов? Небольшая историческая и физическая справка. Первые наблюдения плазмы произвёл в 1879 году британский химик Уильям Крукс. Это четвертое состояние материи — после твёрдого, жидкого и газообразного. Плазма состоит из свободных ионов и многих других заряженных частиц, однако её облако не имеет общего заряда. Несмотря на то, что она образуется при очень высокой температуре составляющих её частиц, она может появиться даже в комнатных условиях, если молекулы подвергаются воздействию сильного электрического поля.

Это холодная или, как её ещё называют, нетермическая плазма. Для уничтожения микробов в небольших масштабах, естественно, годится только она. Инженеры, представляющие Мичиганский университет, создали мини-реактор, который, как уже было сказано выше, с помощью этого состояния вещества смог мгновенно обезвредить почти 100% вирусов, находившихся внутри прогоняемого сквозь него потока воздуха. Принцип его работы следующий: одновременно с вирусом в камеру реактора подаётся сильное напряжение, создающее электрический разряд (искру). Прослойка диэлектрических шариков, зажатая между электродами, поддерживает внутри себя плазму, нестабильные атомы которой окисляют вирус, прогоняемый по внутренней камере.

Всё, в принципе, не очень сложно, но микробам от этого не легче. После подобной обработки вирус становится бледной тенью себя прежнего — он теряет способность к заражению кого бы то ни было. Что происходит на биологическом уровне, пока не совсем понятно. Возможно, электрическое поле расширяет и разрывает оболочки микробов. Также вероятно, что фрагменты молекул воздуха воздействуют на них химически. Как бы то ни было, технология работает. Сейчас учёные, разработавшие данный метод, проверяют эффективность прибора на животноводческих фермах, где традиционно высок риск заражения воздушно-капельными инфекциями.

Продемонстрированная концепция выглядит крайне перспективно. Она сочетает очистку воздуха и обезвреживание находящихся в нём патогенов, что делает её эффективнее тех фильтров, которые используются в настоящее время. Хочется надеяться, что учёным удастся довести своё творение до ума и вывести его на потребительский рынок. Человек в день прогоняет сквозь лёгкие до 7000 литров воздуха, и было бы неплохо, если бы он был свободен от заразы.