La pandémie de COVID-19 a jeté une lumière crue sur le besoin urgent de techniques rapides et faciles pour assainir et désinfecter les objets quotidiens à contact élevé tels que les poignées de porte, des stylos, des crayons, et des équipements de protection individuelle portés pour empêcher les infections de se propager. Aujourd'hui, des scientifiques du laboratoire de physique du plasma de Princeton du Département de l'énergie des États-Unis (DOE) et du New Jersey Institute of Technology (NJIT) ont démontré le premier flexible, à main, dispositif basé sur le plasma à basse température - un gaz qui se compose d'atomes, molécules, et les électrons et ions flottant librement, que les consommateurs peuvent utiliser rapidement et facilement pour désinfecter les surfaces sans formation particulière.

Des expériences récentes montrent que le prototype, qui fonctionne à température ambiante sous pression atmosphérique normale, peut éliminer 99,99 pour cent des bactéries sur les surfaces, y compris les textiles et les métaux en seulement 90 secondes. L'appareil a montré une efficacité encore plus élevée de 99,9999% lorsqu'il est utilisé avec le peroxyde d'hydrogène antiseptique. Les scientifiques pensent qu'il sera tout aussi efficace contre les virus. "Nous le testons en ce moment avec des virus humains, " a déclaré Sophia Gershman, physicienne du PPPL, premier auteur d'un article en Rapports scientifiques qui décrit l'appareil et la recherche qui le sous-tend.

Des résultats positifs bien accueillis

Les résultats positifs ont été les bienvenus chez PPPL, qui élargit ses portefeuilles de recherche sur la fusion et de science des plasmas. « Nous sommes très heureux de voir les plasmas utilisés pour un plus large éventail d'applications qui pourraient potentiellement améliorer la santé humaine, " dit Jon Ménard, directeur adjoint de la recherche au PPPL.

L'appareil portable flexible, appelée décharge à barrière diélectrique (DBD), est construit comme un sandwich, dit Gershman. "C'est une tranche de pain à haute tension sur du fromage qui est un isolant et un morceau de pain moulu avec des trous dedans, " elle a dit.

La tranche haute tension de "pain" est une électrode en ruban de cuivre. L'autre tranche est une électrode mise à la terre comportant des trous pour laisser passer le plasma. Entre ces tranches se trouve le "fromage" du ruban isolant. "En gros, c'est du ruban adhésif souple comme du scotch ou du ruban adhésif en toile, " Gershman a déclaré. "L'électrode de terre fait face aux utilisateurs et rend l'appareil sûr à utiliser."

Le plasma à température ambiante interagit avec l'air pour produire ce qu'on appelle des espèces réactives d'oxygène et d'azote - molécules et atomes des deux éléments - ainsi qu'un mélange d'électrons, courants, et les champs électriques. Les électrons et les champs s'associent pour permettre aux espèces réactives de pénétrer et de détruire les parois cellulaires des bactéries et de tuer les cellules.

Plasmas à température ambiante, qui se comparent aux études PPPL des plasmas de fusion qui sont beaucoup plus chauds que le cœur du soleil, sont produits en envoyant de courtes impulsions d'électrons à grande vitesse à travers des gaz comme l'air, créant le plasma et ne lui laissant pas le temps de chauffer. De tels plasmas sont également beaucoup plus froids que les plasmas à mille degrés que le laboratoire étudie pour synthétiser des nanoparticules et mener d'autres recherches.

Une particularité de l'appareil est sa capacité à améliorer l'action du peroxyde d'hydrogène, un nettoyant antiseptique commun. « Nous démontrons une désinfection plus rapide que le plasma ou le peroxyde d'hydrogène seul en fonctionnement stable à faible puissance, " écrivent les auteurs. " Par conséquent, activation plasma d'une solution de peroxyde d'hydrogène à faible concentration, l'utilisation d'un appareil DBD flexible à main permet d'améliorer considérablement la désinfection. »

Nouvelle collaboration

L'obtention de ces résultats a été une nouvelle collaboration qui a réuni l'expertise en physique des plasmas de PPPL et le savoir-faire biologique d'un laboratoire du NJIT. « Alors que nous sommes généralement un laboratoire de neurobiologie qui étudie la locomotion, nous étions impatients de collaborer avec PPPL sur un projet lié au COVID-19, " dit Gal Haspel, professeur de sciences biologiques au NJIT et co-auteur de l'article.

La co-auteur Maria Benem Harreguy a effectué les tests de désinfection du plasma, un étudiant diplômé en sciences biologiques à NJIT, avec l'aide de Gershman. "Elle a fait toutes les expériences et sans elle, nous n'aurions pas cette étude, " a déclaré Gershman.

L'idée de cette recherche a commencé "dès que nous sommes entrés dans le verrouillage COVID en mars dernier, " a déclaré le physicien et co-auteur du PPPL Yevgeny Raitses, qui dirige le Princeton Collaborative Temperature Plasma Research Facility (PCRF) - une coentreprise de PPPL et de l'Université de Princeton soutenue par le DOE Office of Science (FES) qui a fourni des ressources pour ce travail par le biais d'un projet utilisateur. "Au PCRF, nous réfléchissions à la manière d'aider à lutter contre le COVID grâce à nos recherches sur le plasma à basse température, et c'est excitant pour nous de poursuivre cette collaboration, " il a dit.

Raitses a guidé le côté PPPL du projet, qui comprenait la mise en place du DBD basé sur une conception de surface imprimée et la caractérisation de la décharge plasma dans cet appareil, et supervisé la collaboration continue avec le NJIT. Aller de l'avant, il a dit, « nous travaillons pour avoir accès à une installation dans laquelle nous pourrons appliquer le DBD et d'autres dispositifs pertinents contre le virus du SRAS CoV-2 » qui cause le COVID-19. "Des recherches sont également en cours avec des immunologistes et des virologues à l'Université de Princeton et à l'Université Rutgers pour étendre l'applicabilité des dispositifs à plasma développés à un plus large éventail de virus."