การใช้พลาสมาเย็นความดันบรรยากาศปรกติ (cold atmospheric plasma) ไปทำลายไวรัสโคโรนาบนพื้นผิวชนิดต่างๆ

          ณ ปัจจุบันปลายเดือนพฤศจิกายน จำนวนผู้ติดเชื้อโรคติดเชื้อไวรัสโคโรนา 2019 (SARS-CoV-2) ทั่วโลกมากกว่า 60 ล้านคน และมีผู้เสียชีวิตแล้วกว่า 1.4 ล้านคน สิ่งสำคัญในการป้องกันการแพร่ระบาดคือ การสวมหน้ากากอนามัย ล้างมือให้สะอาดอย่างสม่ำเสมอ และการรักษาระยะห่างทางสังคม ไวรัสโคโรนาอาจจะติดอยู่ตามที่ต่างๆ เช่น บริเวณที่เป็นโลหะ บริเวณที่เป็นหนัง (leather) หรือพลาสติก ดังนั้นการสามารถทำลายไวรัสโคโรนาที่ติดอยู่ตามที่ต่างๆนี้จะช่วยลดการแพร่ระบาดได้ดี ซึ่งมีเทคโนโลยีที่น่าสนใจคือการใช้พลาสมาเย็นความดันบรรยากาศปรกติ (cold atmospheric plasma) ไปทำลายไวรัสโคโรนาที่ติดตามพื้นผิวชนิดต่างๆ จากการวิจัยพบว่าเป็นเทคโนโลยีที่น่าจับตามองในการต่อสู้กับมหันภัยนี้เพราะสามารถทำลายไวรัสโคโรนาได้ในเวลาอันสั้นและมีประสิทธิภาพ


          S. Ioppolo และคณะได้ตีพิมพ์บทความวิจัยเรื่อง “Cold atmospheric plasma for SARS-CoV-2 inactivation” ลงในวารสาร Physics of Fluids เมื่อวันที่ 10 พฤศจิกายน ค.ศ. 2020 ก่อนจะอธิบายถึงงานวิจัยนี้ เราต้องมาทำความรู้จักกับพลาสมา (plasma) ก่อน เราอาจจะพอจำได้ว่าตอนที่เราเรียนวิชาวิทยาศาสตร์ สถานะของสสารมีของแข็ง ของเหลว แก๊สแท้จริงแล้วยังมีอีกหนึ่งสถานะคือพลาสมา คำจำกัดความคร่าวๆหมายถึงสารที่อยู่ในสภาวะแก๊สได้รับพลังงานมากขึ้น อะตอมของแก๊สก็จะกลายไปเป็นไอออน(สารที่มีประจุ)ได้ เนื่องจากพลังงานที่มีค่าสูงเหล่านั้นได้ทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมาจากอะตอมกลายเป็นไอออน ซึ่งตามปรกติแล้วสถานะพลาสมานั้นจะมีอุณหภูมิสูงมาก 
            แต่พลาสมาเย็น (cold plasma) นั้นต่างออกไป โดยปรกติสถานะพลาสมาจะมีอุณหภูมิสูงมาก แต่ในปัจจุบันมีการสร้างพลาสมาอีกวิธีหนึ่งโดยการทำให้แก๊สแตกตัวเป็นสถานะพลาสมาจากการที่เราให้ความต่างศักย์ระหว่างขั้วแคโทดและแอโนดมีค่าสูง ซึ่งวิธีนี้จะทำให้เกิดพลาสมาในความดันบรรยากาศปรกติได้ อีกทั้งอุณหภูมิของพลาสมานี้ไม่สูงเราจึงเรียกว่าพลาสมาเย็น ข้อดีคือพลาสมาที่พุ่งออกมาเป็นสายนี้เมื่อกระทบกับพื้นผิวใดๆจะไม่ไปทำลายพื้นผิวนั้นเพราะพลาสมาเย็นนี้มีอุณหภูมิไม่สูงมาก


          งานวิจัยพบว่าไวรัสโคโรนา 2019 เกิดการแพร่ระบาดผ่านทางอากาศและไวรัสโคโรนา 2019 สามารถติดอยู่กับพื้นผิวของสิ่งต่างๆเช่นโลหะ พลาสติก หรือกระดาษแข็งได้นานหลายชั่วโมง เมื่อผู้มีสุขภาพดีมาสัมผัสกับพื้นผิวเหล่านี้ก็มีโอกาสที่จะได้รับเชื้อเข้าไปในร่างกายทางระบบทางเดินหายใจ ฉะนั้นการสามารถนำพลาสมาเย็นความดันบรรยากาศปรกติไปทำลายไวรัสโคโรนาบนพื้นผิวชนิดต่างๆ จะเป็นการหยุดยั้งวัฏจักรการแพร่ระบาดที่มีประสิทธิภาพ S. Ioppolo และคณะได้ทดลองโดยใช้แก๊สโดยใช้อาร์กอน (ภาษาอังกฤษคือ Argon หมายถึงธาตุในหมู่ VIII ของตารางธาตุ มีเลขอะตอม 18 สัญลักษณ์ Ar เป็นแก๊สเฉื่อยไม่มีสีและกลิ่น มีปนอยู่ในอากาศร้อยละ 0.94) พบว่ามีประสิทธิภาพดีกว่าการใช้แก๊สฮีเลียม ระบบที่ใช้คือระบบพลาสมาเจ็ท (APPJ) โดยระบบใช้กำลังประมาณ 12 W มีอัตราการไหลของแก๊สอาร์กอนและแก๊สฮีเลียมอยู่ที่ 6.4 ลิตรต่อนาทีและ 16.5 ลิตรต่อนาทีตามลำดับ นำตัวอย่างของพื้นผิวชนิดต่างๆที่มีเชื้อไวรัสโคโรนา โดยมีตัวอย่างที่ไม่ใช้พลาสมาเย็นความดันบรรยากาศปรกติไปทำลายไวรัสโคโรนาเป็นตัวแปรควบคุม            จากการทดลองพบว่าเมื่อเปรียบเทียบค่าไตเตอร์ (กล่าวโดยย่อคือค่าที่ใช้ดูความเข้มข้นของไวรัสที่ติดอยู่กับพื้นผิวต่างๆ) เทียบกับระยะเวลาเมื่อใช้พลาสมาเย็นความดันบรรยากาศปรกติไปทำลายไวรัสโคโรนาบนพื้นผิวชนิดต่างๆ คือพลาสติก โลหะ กระดาษแข็ง ลูกฟุตบอล ลูกบาสเกตบอล และลูกเบสบอล พบว่าสามารถทำลายเชื้อได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบดูค่าไตเตอร์ที่เวลา 0, 30, 60, 180 วินาทีตามลำดับ โดยพบว่าสามารถทำลายเชื้อบนพื้นผิวทั้งหกตัวอย่างได้ภายในเวลา 180 วินาที โดยเฉพาะพื้นผิวโลหะสามารถทำลายเชื้อได้ใน 30 วินาที การทดลองพบว่าลักษณะพื้นผิวมีผลในการทดลอง พื้นผิวราบเรียบจะมีประสิทธิภาพดีกว่าพื้นผิวที่ค่อนข้างขรุขระ เช่นผิวของลูกบาสเกตบอลจะลดประสิทธิภาพในการทำลายไวรัสโคโรนา และยังพบว่าพื้นผิวที่มีคุณสมบัติการดูดซึมได้ดีจะช่วยป้องกันไวรัสโคโรนาและลดประสิทธิภาพการทำลายลง 


          จากการอ่านงานวิจัยพบว่างานวิจัยชิ้นนี้เป็นงานวิจัยชิ้นแรกที่ศึกษาเรื่องนี้ ระบบพลาสมาเจ็ท (APPJ)โดยใช้แก๊สอาร์กอนในการสร้างพลาสมาเย็นความดันบรรยากาศปรกติในการทำลายไวรัสโคโรนาบนพื้นผิวชนิดต่างๆมีประสิทธิภาพมาก ใช้เวลาสั้นและยังปลอดภัยไม่ทำลายพื้นผิวต่างๆอีกด้วย ซึ่งอาจจะมีความน่าสนใจในการใช้แทนหรือร่วมกับการทำความสะอาดพื้นผิวโดยใช้รังสียูวีหรือแอลกอฮอล์ที่เราใช้อยู่ในปัจจุบัน
 

อ้างอิง

• Chen, Z., Garcia Jr, G., Arumugaswami, V., & Wirz, R. E. (2020). Cold atmospheric plasma for SARS-CoV-2 inactivation. Physics of Fluids, 32(11), 111702.
• https://phys.org/news/2020-11-plasma-treatments-quickly-coronavirus-surfaces.html
• American Institute of Physics. (2020, November 10). Plasma treatments quickly kill coronavirus on surfaces: Using cold atmospheric plasma promises a breakthrough in stopping the spread of COVID-19. ScienceDaily. Retrieved November 17, 2020 from www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201110112520.htm
• http://digital_collect.lib.buu.ac.th/dcms/files/53990181/chapter1.pdf