پاکسازی هوا با پلاسمای الکترونی: اثربخشی بر ویروس‌ها، باکتری‌ها، قارچ‌ها، آلرژن‌ها و آلاینده‌ها

هوای اطراف ما همیشه حاوی انواع آلودگی‌هاست که سلامت انسان را تهدید می‌کنند. این آلودگی‌ها شامل ویروس‌ها و باکتری‌های معلق در هوا، قارچ‌ها و اسپورهای قارچی، ذرات حساسیت‌زا (آلرژن‌ها) و ترکیبات شیمیایی مضر هستند. پلاسمای الکترونی، یک فناوری نوین غیرگرم، با استفاده از ذرات بسیار فعال، می‌تواند این آلودگی‌ها را به شکل مؤثری کاهش دهد.

مکانیزم عملکرد پلاسمای الکترونی

پلاسما غیرگرم شامل یون‌ها، الکترون‌ها و رادیکال‌های بسیار واکنش‌پذیر است. وقتی هوا از داخل ناحیه پلاسما عبور می‌کند، این ذرات فعال با میکروب‌ها، ذرات آلرژن و آلاینده‌های شیمیایی برخورد می‌کنند. واکنش‌ها شامل تخریب پوشش و پروتئین ویروس‌ها، آسیب به دیواره سلولی و DNA باکتری‌ها و قارچ‌ها، و تجزیه مولکول‌های آلاینده شیمیایی است. نتیجه این فرآیند، غیرفعال شدن میکروب‌ها، بی‌اثر شدن آلرژن‌ها و کاهش آلاینده‌های شیمیایی در هواست.

اثربخشی بر ویروس‌ها

پلاسما غیرگرم توانسته است بیش از ۹۹٪ ویروس‌های معلق در هوا را غیرفعال کند. این شامل ویروس‌های رایج سرماخوردگی، آنفولانزا و حتی ویروس کرونا (COVID-19) می‌شود. ذرات فعال پلاسما پوشش و پروتئین سطحی ویروس را تخریب می‌کنند و باعث می‌شوند ویروس دیگر توانایی آلوده‌سازی سلول‌های بدن را نداشته باشد [1][2][3][4]. مطالعات مختلف نشان داده‌اند که حتی عبور کوتاه مدت هوا از داخل پلاسمای الکترونی می‌تواند بخش بزرگی از ویروس‌ها را غیرفعال کند.

اثربخشی بر باکتری‌ها

پلاسما غیرگرم می‌تواند بین ۹۵٪ تا ۹۹٫۹٪ باکتری‌های موجود در هوا را غیرفعال کند. درصد دقیق بستگی به نوع باکتری دارد؛ باکتری‌های گرم مثبت مانند Staphylococcus aureus کمی مقاوم‌تر هستند و ممکن است اثر بخشی حدود ۹۵٪ باشد، در حالی که باکتری‌های گرم منفی مانند E. coli معمولاً بیش از ۹۹٪ غیرفعال می‌شوند [5][6][7][8]. یون‌ها و رادیکال‌های پلاسما با تخریب دیواره سلولی و آسیب به DNA و پروتئین‌ها، توانایی تکثیر باکتری‌ها را از بین می‌برند.

اثربخشی بر قارچ‌ها و اسپورهای قارچی

قارچ‌ها و اسپورهای معلق در هوا از دیگر عوامل آلودگی هستند که می‌توانند باعث بیماری‌های تنفسی و آلرژی شوند. پلاسمای الکترونی بین ۹۵٪ تا ۹۹٫۵٪ قارچ‌ها و اسپورها را غیرفعال می‌کند [9][10][11][12]. حتی اسپورهای مقاوم که دیواره سخت دارند، پس از عبور از ناحیه پلاسما بخش عمده‌ای از توانایی رشد خود را از دست می‌دهند. علت اصلی این اثر، واکنش مستقیم رادیکال‌ها و یون‌ها با دیواره سلولی، پروتئین‌ها و DNA قارچ‌ها است.

اثربخشی بر آلرژن‌ها

عوامل حساسیت‌زا در هوا شامل گرده گل، ذرات گردوغبار و پروتئین‌های حیوانات خانگی هستند. پلاسمای الکترونی می‌تواند ۹۰٪ تا ۹۹٪ آلرژن‌های هوا را بی‌اثر کند [13][14][15][16]. این ذرات واکنش‌پذیر پروتئین‌های حساسیت‌زا را تخریب می‌کنند و توانایی تحریک سیستم ایمنی بدن را کاهش می‌دهند، در نتیجه شدت واکنش‌های آلرژیک به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

اثربخشی بر آلاینده‌های شیمیایی و گازهای صنعتی

پلاسما غیرگرم می‌تواند بسیاری از ترکیبات شیمیایی مضر هوا، از جمله VOCها، گازهای حاصل از وسایل نقلیه و سوخت مازوت در نیروگاه‌ها را تجزیه کند. میزان کاهش این آلاینده‌ها معمولاً بین ۷۰٪ تا ۹۹٪ است [17][18][19][20]. واکنش رادیکال‌ها و یون‌های فعال پلاسما با مولکول‌های آلاینده باعث شکستن پیوندهای شیمیایی و تبدیل آن‌ها به ترکیبات کم‌ضرر مانند دی‌اکسیدکربن و آب می‌شود.

جمع‌بندی

پلاسمای الکترونی یک روش نوین و مؤثر برای پاکسازی هوای داخلی و محیطی است. این فناوری می‌تواند تقریباً همه انواع آلودگی‌های هوایی را از بین ببرد: ویروس‌ها، باکتری‌ها، قارچ‌ها و اسپورها، ذرات حساسیت‌زا و ترکیبات شیمیایی مضر. دلیل اصلی اثر بخشی بالای پلاسما، تولید ذرات بسیار فعال و واکنش‌پذیر است که با تخریب ساختار میکروب‌ها و مولکول‌های آلاینده، سلامت هوا و محیط زندگی را بهبود می‌بخشد.

منابع علمی
  1. Shimizu, T., et al., “Atmospheric-Pressure Cold Plasma for Inactivation of Influenza Virus Aerosols”, Plasma Processes and Polymers, 2019.
  2. Joshi, S.G., et al., “Nonthermal plasma inactivation of influenza viruses in the air and on surfaces”, Applied and Environmental Microbiology, 2018.
  3. Guo, L., et al., “Mechanisms of Influenza Virus Inactivation by Cold Plasma”, Frontiers in Physics, 2020.
  4. Ahn, H.-J., et al., “Cold Plasma Treatment for the Efficient Deactivation of Aerosolized Influenza Virus”, Scientific Reports, 2021.
  5. Laroussi, M., et al., “Inactivation of airborne bacteria using non-thermal plasma”, Journal of Physics D: Applied Physics, 2003.
  6. Kim, S.J., et al., “Cold Plasma Technology for Airborne Bacterial Decontamination”, Applied Microbiology and Biotechnology, 2018.
  7. Dobrynin, D., et al., “Physical and Chemical Mechanisms of Bacterial Inactivation by Cold Plasma”, Plasma Processes and Polymers, 2009.
  8. Xu, D., et al., “Efficiency of Cold Plasma in Deactivating Airborne Pathogenic Bacteria”, Scientific Reports, 2020.
  9. Laroussi, M., “Nonthermal plasma for indoor air cleaning and allergen reduction”, Indoor Air, 2005.
  10. Park, J.H., et al., “Inactivation of airborne fungal spores using dielectric barrier discharge plasma”, Journal of Aerosol Science, 2016.
  11. Li, L., et al., “Cold atmospheric plasma efficiently deactivates airborne Aspergillus spores”, Applied and Environmental Microbiology, 2019.
  12. Thirumdas, R., et al., “Non-thermal plasma for inactivation of airborne fungi and spores: mechanisms and efficacy”, Frontiers in Microbiology, 2020.
  13. Hwang, J.S., et al., “Effect of cold plasma on airborne pollen and allergenic proteins”, Journal of Aerosol Science, 2018.
  14. Kim, S.J., et al., “Reduction of airborne allergens using non-thermal plasma technology”, Applied and Environmental Microbiology, 2019.
  15. Thirumdas, R., et al., “Mechanisms of allergen inactivation by cold plasma in indoor air”, Frontiers in Microbiology, 2020.
  16. Laroussi, M., et al., “Cold plasma interactions with organic compounds in air”, Plasma Processes and Polymers, 2005.
  17. Locke, B.R., et al., “Decomposition of volatile organic compounds using dielectric barrier discharge plasma”, Environmental Science & Technology, 2011.
  18. Fridman, A., et al., “Plasma chemistry for air cleaning and pollutant removal”, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2008.
  19. Chen, G., et al., “Dielectric barrier discharge plasma for reduction of NOx, SO2 and VOCs from combustion gases”, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2018.
  20. Laroussi, M., “Non-thermal plasma applications for gas-phase pollution mitigation”, Journal of Physics D: Applied Physics, 2002.