Tác dụng diệt khuẩn của tia plasma lạnh hồ quang trượt

Một thí nghiệm do các nhà khoa học của ARIPT thực hiện  trên môi trường nuôi cấy được thực hiện tại trường Đại học Quốc gia Hà Nội đã cho thấy hiệu quả tiêu diệt vi khuẩn của tia plasma lạnh được phát triển dựa trên nguyên lý hồ quang trượt. Đồng thời, kết quả thí nghiệm cũng khẳng định được mức độ an toàn về mặt nhiệt độ và bức xạ tia UV của tia plasma lạnh đối với môi trường “trong ống nghiệm” (in vivo). Kết quả của nghiên cứu này được đăng trên Tạp chí Communication in Physics  vào năm 2014.

Nhóm các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị chiếu tia plasma lạnh mới, được gọi là máy chiếu tia plasma lạnh hồ quang trượt (GA-CAP Jet). Cấu trúc của thiết bị GA-CAP Jet bao gồm hai lưỡi thép không gỉ đóng vai trò là hai điện cực được đặt bên trong một phễu điện môi. Plasma xuất hiện từ khoảng cách ngắn nhất (2mm) giữa 2 điện cực và bắt đầu chu kỳ hồ quang trượt. Dòng khí thổi vào từ phía trên đẩy cột plasma ra ngoài với vận tốc khoảng 10m/s. Độ dài của hồ quang tăng theo hiệu điện thế. Khi chiều dài của cung trượt vượt quá giá trị giới hạn của nó, giai đoạn không cân bằng bắt đầu, plasma nhanh chóng nguội xuống nhiệt độ phòng trong khi độ dẫn điện vẫn được duy trì bởi nhiệt độ cao của các hạt electron. Sau đó một chu kì mới lặp lại ở khoảng cách ngắn nhất giữa hai điện cực.

Qua nhiều thử nghiệm, chúng tôi thấy rằng đây là thiết kế cho tia plasma lạnh ở nhiệt độ thấp nhất có thể với cùng một cấu trúc giống như lưỡi dao của các điện cực và buồng plasma phễu rất quan trọng đối với việc kích hoạt và ổn định dòng điện. Để giảm thiểu các sản phẩm độc hại trong quá trình vận hành, chỉ có khí Ar (độ tinh khiết 99,99%) là được sử dụng để tạo plasma trong thiết bị này.

Trực khuẩn mủ xanh (Pseudomonas aeruginosa với hàm lượng lượng 106  vi khuẩn trên 1 ml được cấy trải trên  đĩa thạch với số  xử lý bằng cách chiếu tia plasma lạnh  trong 10 giây, 30 giây, 1 phút, 2 phút, 3 phút với 6 thí nghiệm độc lập. Tác dụng diệt khuẩn của plasma lạnh được định lượng bằng đường kính của vùng ức chế vi khuẩn. Quan sát trên hình ảnh bên dưới cho thấy phần màu xanh là vi khuẩn, những vòng tròn tối màu ở giữa là phần vi khuẩn bị tiêu diệt.

Tại hình ảnh cuối cùng, chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy hiệu quả diệt khuẩn vượt trội của plasma lạnh. Khi chiếu tia plasma lạnh lần lượt trong vòng 1 phút, 2 phút và 3 phút với khoảng cách 8mm, toàn bộ vi khuẩn trong các vòng tròn có đường kính tương ứng là 16mm, 20mm và 23mm đã bị tiêu diệt. Ranh giới giữa các vùng ức chế vi khuẩn với xung quanh khá rõ ràng, diện tích của các vùng này lớn hơn nhiều so với diện tích đầu chiếu của tia plasma lạnh.

Mức độ an toàn của plasma lạnh trong điều kiện “in vitro” được xác định thông qua hai yếu tố là nhiệt độ và bức xạ tia cực tím (UV). Khảo sát về nhiệt độ khí đo theo trục dọc của tia plasma với các khoảng cách tính từ điểm hẹp nhất giữa hai điện cực cho thấy nhiệt độ tối đa đạt 39°C ở khoảng cách 12mm. Bắt đầu từ vị trí này, nhiệt độ khí giảm dần khi thoát ra bên ngoài. Tuy nhiên ở bất kỳ vị trí nào, nhiệt độ luôn dưới mức 40°C, đủ thấp  cho vật thể trong ống nghiệm . Tại vị trí có khoảng cách 8mm, công suất UV đo được là 50µW/cm2 thấp hơn nhiều so với mức Ủy ban Quốc tế về Hướng dẫn bảo vệ bức xạ không ion hóa (ICNIRP) quy định về ngưỡng an toàn khi tiếp xúc với tia cực tím. Điều này có nghĩa rằng bức xạ UV của thiết bị chiếu tia plasma lạnh trong  thí nghiệm an toàn cho ứng dụng ‘trong ống nghiệm ‘.

Đây là nghiên cứu bước đầu cho thấy hiệu quả diệt khuẩn của thiết bị chiếu tia plasma lạnh hồ quang trượt do Aript phát triển và là tiền đề để chúng tôi tiến hành những thử nghiệm sâu hơn trước khi đưa sản phẩm ra thị trường vào năm 2016.