Frau Dr. Böhm, was sind Plasma-aktivierte Flüssigkeiten und wofür lassen sich diese nutzen?
Wenn wir ein kaltes Atmosphärendruckplasma nicht in der Luft zünden, sondern die Entladung in einer Flüssigkeit oder im Entladungsraum darüber stattfindet, verändert sich die Zusammensetzung der Flüssigkeit. Es entstehen genauso reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies wie im Gas, aber in der Flüssigkeit dominieren die langlebigeren Formen. Messbar ist, dass der pH-Wert sinkt. Wasserstoffperoxid, Nitrate und Nitrite bilden sich, aber vermutlich auch andere Verbindungen wie Peroxynitrit. Eine solche Plasma-aktivierte Flüssigkeit entfaltet dann auch eine Wirkung: Sie ist antimikrobiell, inaktiviert also Mikroorganismen und Viren. Sie kann aber auch menschliche und tierische Zellen schädigen oder sogar abtöten, wie wir in Zellkulturen bereits nachgewiesen haben. Wenn man also plasma-activated liquids, kurz auch als PAL bezeichnet, zum Beispiel im Umfeld der Medizin einsetzen will, muss man das Gleichgewicht finden zwischen den Wirkungen auf Krankheitserreger und den Patienten.
Geräte, die kaltes Atmosphärendruckplasma erzeugen, werden in der Medizin schon eingesetzt. Welche Vorteile bieten demgegenüber die Flüssigkeiten?
Plasma lässt sich zum Beispiel zur Dekontamination oder zur Desinfektion nutzen. Wenn ich PAL verwende, erreiche ich das gleiche Ziel, brauche aber keine Plasmaquelle am Einsatzort, keine Energie, keine Gerät oder eine Einweisung dazu. Die Flüssigkeiten kann ich in großem Maßstab herstellen, transportieren und lagern. Die Stabilität hängt dabei natürlich von der Flüssigkeit selbst ab: Wurde Wasser aktiviert, eine Puffer- oder Kochsalzlösung oder ein Zellkulturmedium? Je mehr organische Substanzen enthalten sind, mit denen die reaktiven Spezies in Kontakt kommen, desto kürzer ist die Aufbewahrungsdauer. Aber auch das Plasma, mit dem die Flüssigkeit aktiviert wurde, spielt bei der Haltbarkeit eine Rolle.
Unter welchen Bedingungen und wie lange behalten die aktivierten Flüssigkeiten ihre besonderen Eigenschaften?
Die Werte variieren. Bewahren wir eine PAL beispielsweise bei vier Grad Celsius im Kühlschrank auf, bleibt die Aktivität einige Wochen bis Monate erhalten. Eine Probe haben wir bei minus 80 Grad Celsius aufbewahrt und nach eineinhalb Jahren festgestellt, dass die Chemie in der Flüssigkeit noch die gleiche war wie kurz nach der Plasma-Aktivierung.
Welche Effekte sehen Sie an Zellkulturen oder auch an Bakterien?
Wenn wir PAL mit einem pH-Wert von zwei oder drei zu einer Zellkultur geben, platzen die Zellen bei längerem Kontakt. Der niedrige pH-Wert ist aber auch ein Faktor, der bei der Bekämpfung der Krankheitserreger eine Rolle spielt. Man muss also fein austarieren, wie man die Flüssigkeiten einsetzt. Bei der Behandlung von Oberflächen wiederum erzielen wir ebenfalls keimreduzierende Effekte. Das Risiko ist ähnlich wie bei Chlorbleiche oder Wasserstoffperoxid – und der Anwender würde natürlich Handschuhe tragen und die Augen vor Spritzwasser schützen. Der Vorteil ist aber: Die Wirkstoffe in den PAL sind nicht flüchtig, es gibt keine Rückstände und sie können nicht eingeatmet werden.
Welche Perspektiven sehen Sie für die Anwendung von PAL?
Das lässt sich nicht allgemeingültig zusammenfassen. Der Begriff PAL bezeichnet im Grunde eine ganze Stoffklasse – denn je nach Ausgangsflüssigkeit, Plasmaquelle und Behandlungsdauer variiert die Zusammensetzung und damit auch der Effekt, den eine PAL haben kann. Verschiedene Forschergruppen nutzen oft unterschiedliche Plasmaquellen und Flüssigkeiten, was die Vergleichbarkeit einschränkt. Vor diesem Hintergrund muss man aber auch sagen, dass diese Stoffe sehr viele Einsatzmöglichkeiten bieten – von der Reinigung von Flächen und Geräten über den Einsatz in der Lebensmittelindustrie bis hin zur Medizin. Wir stehen noch am Anfang der Forschung.
Weitere Informationen
Über ihre Forschungsarbeiten berichtet Dr. Daniela Böhm beim 7. Workshop Plasmamedizin am 22. und 23. September 2021 in Magdeburg. Organisiert wird die Veranstaltung von Innovent e.V. in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Zentrum für Plasmamedizin NZPM.
www.ak-adp.de/39-ak-adp-workshop/
Mehr zu den Anwendungen von kaltem Plasma in der Medizin
