Was ist Plasma?

Plasma wird als vierter Aggregatzustand der Materie bezeichnet. Neben fest, flüssig und gasförmig entsteht Plasma, wenn einem Gas ausreichend Energie zugeführt wird. Dabei werden Atome und Moleküle angeregt oder ionisiert. Es entsteht ein reaktives Gemisch aus Elektronen, Ionen, angeregten Molekülen sowie reaktiven Sauerstoff- und Stickstoffspezies.In der Natur kommt Plasma beispielsweise in Blitzen, Polarlichtern und der Sonne vor, wo teilweise extrem hohe Temperaturen herrschen. Für medizinische und technische Anwendungen kann Plasma mit geringer thermischer Belastung erzeugt werden. Diese Form wird als kaltes physikalisches Plasma oder Cold Atmospheric Plasma (CAP) bezeichnet.

Wie entsteht Kaltplasma?

Ausgangspunkt ist ein Gas, je nach Technologie beispielsweise Argon, Helium oder Umgebungsluft. Durch ein elektrisches Feld nehmen freie Elektronen Energie auf und wechselwirken mit den Gasmolekülen. Dabei können verschiedene Prozesse entstehen:

Anregung

Elektronen übertragen Energie auf Atome und Moleküle und versetzen sie in einen angeregten Zustand.

Schematische Darstellung der Anregung

Ionisation

Elektronen können aus Atomen oder Molekülen herausgelöst werden. Dadurch entstehen weitere freie Elektronen sowie positiv geladene Teilchen.

Schematische Darstellung der Ionisation

Elektronenanlagerung

Freie Elektronen können sich an Moleküle wie Sauerstoff anlagern. Dabei entstehen negativ geladene Ionen.

Schematische Darstellung der Elektronenanlagerung

Dissoziation

Durch energiereiche Kollisionen können Molekülbindungen aufgebrochen werden. Dadurch können hochreaktive Teilchen und Radikale entstehen.

Schematische Darstellung der Dissoziation

Was entsteht im Kaltplasma?

Kaltplasma ist nicht eine einzelne Substanz. Charakteristisch ist vielmehr das Zusammenspiel unterschiedlicher physikalischer und chemischer Komponenten.

Kaltplasma

Welche Spezies in welcher Konzentration entstehen, hängt stark von der jeweiligen Plasmatechnologie, der Umgebung, dem Abstand zur Oberfläche sowie weiteren Betriebsparametern ab.

Warum ist Kaltplasma biologisch interessant?

Von besonderer Bedeutung ist die Wechselwirkung reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies mit biologischen Oberflächen.

Antimikrobielle Wirkung

Reaktive Spezies können Zellmembranen, Proteine und weitere Strukturen von Mikroorganismen oxidativ verändern und dadurch deren Funktion beeinträchtigen. Deshalb wird kaltes physikalisches Plasma in der Forschung und Medizin auf seine Wirkung gegen Bakterien, Pilze und andere Mikroorganismen untersucht.

Wechselwirkung mit menschlichen Zellen

Reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies entstehen auch im menschlichen Zellstoffwechsel und sind an der zellulären Signalübertragung beteiligt.

Entscheidend ist die Dosis. In kontrollierten Mengen können reaktive Spezies biologische Signalwege beeinflussen. Eine zu hohe oxidative Belastung kann dagegen Zellen schädigen. Medizinische Plasmasysteme werden daher für eine kontrollierte und reproduzierbare Anwendung entwickelt.

Nicht jedes Plasmagerät arbeitet gleich

Kaltes Plasma kann durch unterschiedliche technische Verfahren erzeugt werden, beispielsweise durch Plasmajets, dielektrische Barriereentladungen oder Coronaentladungen. Das physikalische Grundprinzip ist vergleichbar, die technische Umsetzung unterscheidet sich jedoch. 

Dr.plajin nutzt eine spezielle Form der elektrischen Entladung an den Carbonborsten in die Umgebungsluft, ganz ohne UV-Strahlung.

So funktioniert Dr.plajin