UVT, catalizator al mișcării academice timișorene, își urmează calea spre cunoașterea aprofundată și trecerea către tehnologiile viitorului și ale noilor generațiiUniversitatea de Vest din Timișoara este astăzi cea mai dinamică instituție de învățământ superior din România, o universitate care se...
INCDTIM Cluj-Napoca avansează promițător pe frontul tehnologiilor împotriva microorganismelor patologice
Pe fondul declanșării pandemiei cu virusul SARS-CoV-2, deși nu a fost imediat vizibil pentru publicul larg, echipele de cercetători și ingineri de la INCDTIM Cluj-Napoca au dezvoltat și validat foarte repede o serie de tehnologii care sprijină lupta împotriva efectelor microorganismelor patologice. Acest răspuns rapid este firesc pentru un institut specializat pe dezvoltare tehnologică, care dispune de instalații la nivel de model demonstrator de laborator, care pot fi foarte ușor aduse la stadiul de prototip pentru fabricație de serie.
Vom descrie în următoarele rânduri câteva dintre realizările concrete ale laboratorului de plasmă din INCDTIM Cluj-Napoca în domeniul inactivării microoganismelor.
Ministerul Cercetării, Inovării și Digitalizării a finanțat prompt cercetarea noastră prin intermediul proiectului „Tinere Echipe”, PN-III-P1-1.1-TE-2021-0661.
Instalațiile dezvoltate în cadrul proiectului sunt următoarele:
1) O instalație automată pentru dezinfectarea mâinilor (palmelor) cu plasmă rece.
2) O instalație portabilă pentru dezinfectarea cu plasmă rece a mânerelor și barelor din mijloacele de transport în comun.
3) O instalație mobilă pentru dezinfectarea cu plasmă rece a podelelor și pereților.
Toate aceste instalații se bazează pe utilizarea unui nou tip de aplicator de plasmă rece, dezvoltat la INCDTIM Cluj-Napoca în anii precedenți (brevet RO133593), aplicator care generează o peliculă omogenă de plasmă (eng. plasma brush), cu o lungime ce poate ajunge până la ordinul miilor de milimetri.
Instalația automată pentru dezinfectarea mâinilor (palmelor) cu plasmă rece
Motivația principală și importanța construirii instalației automate pentru dezinfectarea mâinilor (palmelor) provine din două aspecte:
i) oferirea unei soluții concrete care să ajute în lupta împotriva efectelor microorganismelor virale/patologice, de ex. situația pandemică din anii imediat precedenți.
ii) limitările tehnice ale echipamentelor de dezinfectare cu plasmă rece, existente în momentul actual. În marea majoritate din cazuri, în tehnica actuală se lucrează fie cu descărcări electrice de tip jet de plasma (eng. plasma jet) sau în unele cazuri se folosesc descărcări generate la presiune subatmosferică (în vid).
Jeturile de plasmă nu pot fi utilizate pentru tratarea suprafețelor mari, datorită faptului că suprafața acoperită de jetul de plasmă este de ordinul milimetrilor (5...10 mm2). Baleierea unei suprafețe mari cu un jet de plasmă ar implica utilizarea unor mecanisme de translație X-Y, ceea ce ar presupune complexitate, timp și cost suplimentar.
Descărcările electrice generate la presiuni scăzute necesită utilizarea unor incinte speciale de vid și, desigur, a unei pompe de vid. Implicit, aceste sisteme sunt nepractice pentru „baleierea” suprafețelor și pentru tratarea probelor biologice.
Instalația automată pentru dezinfectarea palmelor cu plasmă rece are la bază un circuit generator de înaltă tensiune ce furnizează semnalul care amorsează descărcarea electrică (plasma) în aplicator. Sursa de înaltă tensiune este un generator de RF cu frecvența de ieșire în domeniul MHz-ilor. S-a ales acest domeniu de frecvență din rațiuni de electroprotecție: la frecvențe din domeniul radio apare efectul pelicular (eng. skin effect), astfel curenții de înaltă frecvență se scurg pe conturul exterior al suprafeței expuse la plasmă - palma utilizatorului în cazul de față.
Funcționarea întregii instalații de dezinfectare cu plasmă rece este controlată de un modul central de comandă bazat pe un microcontroler. Tot din rațiuni de electroprotecție, întreaga instalație este deconectată automat de la rețeaua de 220V pe durata curățării cu plasmă a palmelor (care dureaza câteva secunde). Alimentarea instalației este asigurată atunci de un banc de acumulatori și un invertor.
Figura 1 prezintă instalația realizată la INCDTIM Cluj-Napoca, aflată în teste.
Verificarea efectului de dezinfectare a instalației
Peste 80% dintre agenții infecțioși sunt transmiși prin contactul palmelor/mâinilor cu suprafețele contaminate, conform ultimelor studii publicate de Centrul pentru Controlul și Prevenirea bolilor, SUA.
Palmele noastre sunt una dintre principalele „interfațe de schimb” la nivel microbiologic dintre corpul nostru și mediul înconjurător. Suprafața palmelor intră în contact în mod frecvent cu un număr foarte mare de agenți patogeni, iar printre cei mai cunoscuți se numără Staphylococcus aureus rezistent la meticilină (MRSA) și E-Coli.
Pentru un studiu rapid care să ne indice efectul descărcării (plasmei) reci asupra coloniilor de bacterii obținute de pe suprafețele palmelor, echipa proiectului nostru a realizat un test format din pașii de mai jos:
1) prima dată s-a efectuat dezinfectarea palmelor cu alcool izopropilic.
2) pentru preluarea bacteriilor am atins cu palmele următoarele obiecte vizitate în mod uzual:
a) suprafața unui telefon mobil
b) mânerul unui cărucior dintr-un magazin alimentar
c) coperta și filele unui meniu laminat
dintr-un restaurant
d) burete pentru spălat vase.
3) palmele astfel contaminate la punctul 2) au fost atinse plan paralel pe medii de cultură de agar (vase Petri).
Mediile de cultură au fost obținute urmând procedurile standard de laborator (temperatură, umiditate, pH, controlate).
Figura 2 prezintă aspectul culturilor de bacterii izolate.
Testul de dezinfectare cu plasmă rece a constat în expunerea suprafețelor culturilor la efectul descărcării electrice, pentru o putere de ieșire de 50W și diferiți timpi de expunere, de la 5 până la 15 secunde. Sub efectul bombardamentului ionic generat în volumul descărcării electrice, bacteriile sunt distruse printr-un efect de „explozie” a membranei celulare. În Figura 3 putem observa efectul descărcării electrice asupra coloniilor de bacterii, în funcție de durata tratamentului. Astfel, pentru o durată a tratamentului în plasmă de 15…20 secunde, obținem distrugerea completă a coloniilor de bacterii/fungi.
Instalația portabilă pentru dezinfectarea cu plasmă rece a mânerelor și barelor din mijloacele de transport în comun
Daca ne referim la metoda de dezinfectare utilizată de către transportatorii publici, putem afirma că aproape în exclusivitate se utilizează metoda de stropire cu un pulverizator ce conține o soluție pe bază de alcool sau, mai rar, conținut de clor. Bazându-ne pe experiența noastră din trecut și pe testele de inactivare a microorganismelor utilizând descărcări electrice reci (plasmă non-termică, temperatura < 45oC), am dezvoltat o instalație portabilă de dezinfectare a barelor și mânerelor mijloacelor de transport în comun (și nu numai...), instalație care, credem noi, va schimba radical în bine modul în care este abordată tehnica dezinfectării, și va contribui la bunăstarea generală a populației (în sens sanitar).
În urma testelor inițiale de laborator am observat că pentru inactivarea unor microorganisme este nevoie de un timp de expunere în descărcarea electrică de ordinul secundelor. Această informație confirmă pe deplin validitatea construirii instalației de dezinfectare menționată anterior.
Pe durata derulării proiectului, design-ul inițial a suferit câteva modificări în sens pozitiv, astfel încât la momentul de față am ajuns la forma prezentată pe Figura 4.
Parametri tehnici: Puterea de ieșire: 50 W, Tensiunea de alimentare: 230V ~ / 50Hz, Tipul de plasmă: descărcare cu bariera dielectrică în impulsuri, Gazul plasmogen: He, Ar + gaz de proces
(aer sintetic, N2, etc.), Debitul minim de gaz: < 2 L/min., Temperatura descărcării: max. 45°C la 50 W, Densitatea de curent în plasma: 12 mA/cm2, Concentrația electronilor: 190*106 e-/cm3 (pentru puterea de intrare de 50W)., Greutatea: 1.6 kg
Diferența esențială față de instalațiile comerciale și implicit elementul de nouate al instalației prezentate mai sus constau în faptul că aceasta prezintă o construcție de tip „monobloc”: corpul principal (1) conține sursa de înaltă tensiune împreună cu electronica de control, și aplicatorul (ajutajul) de plasmă rece, montat pe partea frontală. Pe mânerul (2) există montat un variator de putere, pentru controlul precis al tratamentului cu plasmă rece.
Secvența de cadre (A...D) din Figura 5 prezintă aspectul descărcării electrice „open air” din ajutajul de ieșire al instalației, în timpul unui exemplu de tratament pe o suprafață.
Instalație mobilă pentru dezinfectarea cu plasmă rece a podelelor și pereților
Instalația mobilă pentru dezinfectarea cu plasmă rece a podelelor și pereților a fost dezvoltată cu scopul final de a fi utilizată în cadrul spitalelor și/sau instituțiilor unde contaminarea microbiologică trebuie minimizată.
Partea de aplicator de plasmă (capul care generează descărcarea electrică) a instalației a fost concepută pentru a fi un instrument interschimbabil, care poate fi montat ulterior și pe un robot mobil de dezinfecție, pentru funcționare în conjuncție cu alte metode de dezinfectare. Obiectivul final este ca robotul să utilizeze diferitele instrumente de dezinfectare și să gestioneze procesul în mod autonom, transformându-l astfel, în viitorul apropiat, într-o parte integrantă a operațiunilor standard de dezinfectare.
Considerând o secvență standard de curățare/dezinfectare într-un spital, utilizarea tehnologiei cu plasmă rece pentru dezinfecție ar trebui să fie întotdeauna ultimul pas în procesul de dezinfectare. Plasma rece devine un „instrument” suplimentar, pentru că materia organică și murdăria trebuie îndepărtate înainte de aplicarea acestei tehnologii. Cu toate acestea, suprafețele unde nu există contaminare vizibilă pot fi dezinfectate perfect în acest fel.
În urma unei căutări pe Internet, https://www.google.com/search?q=Hospital+disinfection+robot+cold+plasma putem observa foarte ușor faptul că, în exclusivitate, toate instalațiile de dezinfectare automată utilizate în spitale sunt bazate pe utilizarea unor lămpi UV (UVC) pentru a inactiva microorganismele.
Există doar câteva studii care utilizează jeturi de plasmă generată în condiții de presiune atmosferică. Neajunsurile utilizării jeturilor de plasmă au fost discutate în paragraful de introducere.
Având la îndemână noul model de aplicator de plasmă rece dezvoltat de noi (brevet RO133593), aplicator care ne permite să generăm o peliculă de plasmă cu lungime de ordinul zecilor de centimetri (utilizabilă perfect pentru dezinfectarea suprafețelor mari, cum ar fi podelele sau zidurile), am propus dezvoltarea unei instalații experimentale la nivel de laborator, care pe viitor va ajunge într-o formă robotizată/automatizată.
Figura 6 prezintă o vedere din ansamblu a instalației dezvoltate în cadrul proiectului. Utilizarea acesteia nu necesită nici o explicație, procedura fiind similară cu folosirea unei mașini electrice pentru spălat pardoseala, diferența aici fiind aplicatorul de plasmă din partea frontală care realizează dezinfectarea suprafețelor.
Notațiile se referă la: (1) - șasiul instalației de dezinfectare a podelelor cu plasmă rece, (2) - sursa de înaltă tensiune, (3) - butelia de gaz inert (Argon), (4) - ansamblul aplicatoarelor de plasmă rece. (P) - aspectul descărcării electrice (cu lățimea de 300 mm) la ajutajul de ieșire al aplicatorului (4).
Puterea de ieșire a acestei instalații este de 200W, debitul de gaz plasmogen fiind în intervalul 5...7 L/min. Temperatura descărcării generate este sub 45oC. 
Tags: Cercetare, inovare, INCDTIM Cluj Napoca
Parerea ta conteaza: 
Asemanator
Un parteneriat de succes răsplătit cu premiul AGIR: INCD Turbomotoare - COMOTI și RESITA REDUCTOARE și REGENERABILE SA- European Hydrogen Week 2024 redesenează harta energetică internațională
- CEM 2024 - Workshop Stiințific Internațional de Compatibilitate Electromagnetică
- Documentarea interdisciplinară a bisericilor din lemn
- Cercetători talentați consolidează poziția INCDFM în știința materialelor avansate
- Sistemele HPC PRO SYS susțin proiectarea mașinilor electrice și turbinelor eoliene de ultima generație
