1. Giới thiệu công nghệ plasma lạnh trong y tế
Từ lâu, tính năng diệt khuẩn của plasma đã được biết đến và sử dụng rộng rãi trong vệ sinh dịch tễ và y tế. Tuy nhiên, do các dòng plasma nhiệt thường có nhiệt độ rất cao hàng chục nghìn độ K, có thể gây ra các tác dụng nhiệt và điện từ trường không mong muốn, làm hại đến các mô và cấu trúc tế bào sống. Vì vậy các nguồn plasma nhiệt chỉ được dùng rất hạn chế trong lĩnh vực y sinh. Để giải quyết vấn đề này, những năm gần đây, các nước tiên tiến trên thế giới đã tập trung nhiều vào việc nghiên cứu và phát triển công nghệ plasma lạnh hay còn gọi là plasma không cân bằng nhiệt khi có sự chênh lệch rất cao về nhiệt độ của các hạt electron và nguyên tử, ion. Nhiều thử nghiệm lâm sàng đã được thực hiện để chứng minh hiệu quả và độ an toàn của công nghệ này.
Thực tế ứng dụng plasma lạnh trong y sinh những năm gần đây cho thấy những tác dụng rất tốt của các tia plasma lạnh trong tiệt trùng, diệt khuẩn, điều trị các vết thương hở, các vết thương cấp tính, mạn tính, điều trị các bệnh da liễu và ứng dụng trong y khoa thẩm mỹ. Tác dụng y khoa lớn nhất của tia plasma lạnh là làm liền nhanh chóng các vết thương. Quá trình liền tại các vết thương mạn tính, vết thương cấp tính thường bị ngăn cản do tình trạng viêm nhiễm. Bất cứ vết thương hở nào đều dễ bị nhiễm trùng khi cơ thể phản ứng đối với vi khuẩn xâm nhập, tình trạng này làm chậm việc liền vết thương và nếu không kiểm soát được nó có thể lây lan cục bộ và dẫn đến biến chứng nghiêm trọng cho cả hệ thống. Hiện nay có rất ít phương pháp có khả năng kiểm soát được vấn đề viêm nhiễm hiệu quả, chủ yếu là dùng kháng sinh. Gần đây vấn đề vi khuẩn kháng thuốc kháng sinh ngày càng gia tăng, đang là thách thức lớn cần phải được giải quyết. Đối với plasma lạnh, đây là công nghệ diệt khuẩn dựa hoàn toàn trên các tác nhân vật lý và có thể xem là một giải pháp thay thế kháng sinh hiệu quả trong tình hình hiện nay.
Các cơ chế chữa trị vết thương của plasma lạnh gồm có tiêu diệt, bất hoạt các vi sinh vật; tách các tế bào từ các mạng lưới cũng như từ các cụm tế bào; ảnh hưởng, kích thích sản sinh tế bào và sự hình thành mạch; làm thay đổi tính thấm của màng tế bào; tác động vào DNA; gây ảnh hưởng đến chức năng protein màng tế bào làm phá vỡ cấu trúc kết dính ở bề mặt tế bào; kích thích sự trao đổi chất của vi sinh vật.
Công dụng và ưu điểm của công nghệ plasma lạnh cho chữa trị vết thương gồm có làm sạch và khử trùng các bề mặt vết thương; kích thích và tăng tốc làm lành vết thương như tái sinh mô, tăng sinh tế bào, hình thành mạch; công hiệu nhanh chóng chống lại tất cả các tác nhân gây bệnh được thử nghiệm, bao gồm cả vi khuẩn đa kháng; không có tác dụng phụ hoặc kháng thuốc; giảm đau, giảm ngứa và khó chịu, không cần gây mê; không gây tổn thương lớp da sâu; thấm sâu vào các nang lông và các khoang khác; dễ sử dụng, chính xác đến từng điểm.
2. Tình trạng kỹ thuật hiện nay
Trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng hiện nay đã có rất nhiều nghiên cứu chế tạo, cải tiến thiết bị phát tia plasma lạnh được công bố. Tại Việt Nam gần đây đã có một số thiết bị phát tia plasma lạnh với những đặc điểm như sau: nguồn điện với tần số công nghiệp; buồng plasma có dạng hình phễu dẹt; hai điện cực được bố trí đối diện với nhau, có dạng hình lưỡi dao thẳng. Các thiết bị phát tia plasma lạnh như trên có một số hạn chế: tần số hoạt động thấp dẫn tới mật độ hạt electron thấp ~ 1010 cm-3; dòng plasma không mịn, mật độ quang phổ tia cực tím thấp; gây rò rỉ điện ra da và vết thương, vì vậy công dụng chữa trị vết thương không cao.
Hiện nay, những thiết bị phát tia plasma lạnh trên thế giới thường đi theo hướng dựa trên hiện tượng phóng điện rào cản điện môi, với tần số nguồn điện rất cao, khoảng vài MHz. Các thiết bị loại này có một số hạn chế như: yêu cầu nguồn điện với tần số rất cao khoảng vài MHz dẫn đến tốn kém chi phí lớn cho quá trình nghiên cứu, chế tạo và sản xuất; quá trình truyền tải dòng điện cao tần từ nguồn đến đầu phát có sự hao phí năng lượng lớn.
3. Giới thiệu về thiết bị phát tia plasma lạnh của Viện Công nghệ VinIT
Viện Công nghệ VinIT đã nghiên cứu một hướng tiếp cận khác tạo ra đầu phát tia plasma lạnh bằng hiện tượng phóng điện ở tần số cao trong khoảng vài chục kHz đến vài tram kHz. Ưu điểm của việc sử dụng thiết bị có điện áp trên 2 kV, tần số trên 10 kHz này là phát ra tia plasma lạnh, áp suất khí quyển, nhiệt độ các hạt nguyên tử và ion thấp hơn 40 oC, nhiệt độ hạt electron lớn hơn 20 000 K, mật độ hạt electron hơn 1013 cm-3, thành phần hoạt tính đa dạng NOx, O, O3, tia cực tím UV, ứng dụng rất tốt cho chữa trị các vết thương hở, các vết mổ, vết bỏng, các vết loét do đái tháo đường, loét do tì đè; sử dụng trong da liễu để trị nấm, chàm và ứng dụng trong thẩm mỹ làm liền sẹo vết thương.
Thiết bị phát tia plasma lạnh của Viện Công nghệ VinIT tạo ra tia plasma lạnh ổn định, có mật độ quang phổ tia cực tím UV cao, mật độ các hạt electron cao trên 1013 cm-3, đây là các tác nhân vật lý có khả năng tiêu diệt vi sinh vật và nấm rất cao. Bên cạnh đó thiết bị phát tia plasma lạnh tại áp suất khí quyển cũng sinh ra một số sản phẩm khác trong quá trình ion hóa chất khí như O, O3, NOx, đây đều là các chất khí có hoạt tính oxi hóa mạnh nên rất hiệu quả để khử trùng vết thương và kích thích quá trình phục hồi của các mô. Nhiệt độ tia plasma thấp do nhiệt độ các hạt nguyên tử và ion không quá 40 oC, nhiệt độ hạt electron lớn hơn 20.000K vì vậy khi tiếp xúc với mô tạo cảm giác mát dễ chịu, do đó tia plasma có thể tác động trực tiếp vào vết thương trong thời gian dài làm nâng cao hiệu quả của quá trình điều trị. Ngoài ra thiết bị này phát ra tia plasma lạnh dựa trên sự phóng điện giữa các điện cực ở tần số cao, do đó khi tiếp xúc trực tiếp với vết thương, ngoài những tác nhân kể trên thì các mô, vi sinh vật tại điểm tiếp xúc còn chịu tác động của trường điện từ biến thiên mạnh, đây cũng là một trong các yếu tố có vai trò lớn trong việc khử trùng và kích thích lành vết thương.
VIỆN CÔNG NGHỆ VINIT
01.2020
