Вірусні агенти SARS-CoV-2 можуть виживати до декількох годин, навіть перебуваючи в атмосфері; на картоні вони можуть зберігатися до 24 годин, а на пластиці життєздатні виявляються протягом трьох днів після його забруднення.
Команда, очолювана інженером Чжітонг Ченом з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, можливо, знайшла вирішення цієї проблеми. Учені продемонстрували здатність холодної плазми знищувати вірус на широкому спектрі поверхонь, не пошкоджуючи при цьому сам матеріал.
«Все, що ми використовуємо, надходить буквально з повітря», — пояснює інженер аерокосмічної промисловості Річард Вірц. «Повітря і електрику: це дуже хороша методика без побічних ефектів».
Плазма, найменш відоме з чотирьох основних станів речовини (три інших — тверде, рідке і газоподібне), природним чином виникає у верхніх шарах атмосфери. Вона утворюється, коли електрони відокремлюються від своїх атомів (роблячи атоми позитивно зарядженими), і разом створюють «суп» з заряджених частинок. Вони є нестабільними і, отже, більш реактивними, ніж в їх еквівалентному газовому стані.
Вже було доведено, що холодна плазма працює проти бактерій, стійких до ліків. Вона порушує структуру їх поверхні і ДНК, не пошкоджуючи тканини людини. Тому плазма ефективна навіть проти ракових клітин.
Чен, Вірц і їх колеги розробили і надрукували на 3D-принтері пристрій, що працює на газі аргоні — інертному і стабільному елементі, який є одним з найбільш поширених газів повітря. Пристрій направляє прискорюючі електрони через газ, відокремлюючи атоми газу від зовнішніх електронів, коли ті стикаються; в результаті виходить випромінювач струменів плазми, для работи которого потрібно всього 12 Вт безперервної потужності.
Команда направила потік реактивних частинок з температурою, близькою до кімнатної, на забруднені поверхні, піддаючи їх дії електричного струму, заряджених атомів і іонів, а також УФ-випромінювання.
Вчені протестували дію плазми на шести поверхнях, включаючи картон, футбольну шкіру, пластик і метал, і виявили, що на кожній з них більша частина вірусних частинок була інактивована всього через 30 секунд. Три хвилини контакту з плазмою знищили всі вірусні агенти до єдиного.
Команда вважає, що запорука ефективності — реактивні іони кисню та азоту, які утворюються при взаємодії плазми з повітрям, які руйнують вірусні частинки. Коли дослідники тестували плазму, що живиться гелієм, яка виробляє менше цих видів атомів, та засвідчила свою неефективність навіть після п’яти хвилин застосування.
Справа в тому, що коли заряджені частинки збираються на поверхні віріона, вони можуть пошкодити його оболонку за рахунок електростатичних сил, що ведуть до її розриву. Іони можуть також розривати структурно важливі зв’язки, наприклад зв’язки між двома атомами вуглецю, вуглецем і киснем, а також атомами вуглецю і азоту.
Експерименти по впливу плазми на бактерії і віруси показали, що пошкодження зовнішньої оболонки вірусу може вражати білки, важливі для зв’язування з клітинами-господарями. До речі, в минулому році інша команда створила плазмовий фільтр, здатний стерилізувати повітря від 99% вірусів. У цьому пристрої повітря проходить через зазори в шарі кульок з боросилікатного скла і окисляє нестабільні атоми, що утворюють плазму. Це пошкоджує вірусні частинки, в результаті чого їх здатність інфікувати нас значно знижується.
