I plasmi atmosferici freddi sono stati oggetto di grande attenzione negli ultimi anni. La comunità scientifica è generalmente concorde nel ritenere che questa tecnologia, uno dei più recenti sviluppi della fisica del plasma, abbia un enorme potenziale industriale grazie ai miglioramenti qualitativi che può introdurre in prodotti e servizi.

Negli ultimi anni, il plasma è stato oggetto di un intenso interesse da parte della comunità scientifica. Organizzazioni pubbliche e private hanno contribuito a una migliore comprensione del potenziale industriale delle applicazioni del plasma freddo. Grazie alle sue caratteristiche uniche, la tecnologia del plasma si è già dimostrata utile in diversi campi e si prevede che attirerà nuovi attori e creerà nuovi mercati.

In questo lavoro gli autori intendono analizzare alcune delle principali applicazioni dei plasmi freddi in diversi campi. Cercando, inoltre, di indicare le aree di applicazione future.

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Applicazioni del plasma freddo: i vantaggi

Le applicazioni dei plasmi atmosferici freddi sono oggetto di studio attivo da parte dei ricercatori di tutto il mondo ed è stata identificata una varietà di potenziali opportunità in diversi campi specialistici. Il presente documento offre una panoramica di molte di queste possibili applicazioni.

Il plasma freddo è una nuova e affascinante tecnologia che può essere utilizzata per una varietà di applicazioni. Viene spesso paragonato al più noto plasma caldo, ma ci sono alcune differenze fondamentali tra i due.

Il plasma freddo è simile al plasma caldo in quanto entrambi utilizzano l’elettricità per ionizzare le particelle di gas in modo che diventino elettricamente cariche e possano essere manipolate. Tuttavia, le somiglianze finiscono qui. Il plasma freddo utilizza meno energia e produce meno calore del plasma caldo, il che significa che può essere utilizzato in una gamma più ampia di applicazioni.

I plasmi freddi sono anche più facili da controllare rispetto ai plasmi caldi, il che significa che sono più facili da applicare in ambienti industriali come la produzione di semiconduttori e le linee di produzione in cui il controllo della temperatura è fondamentale.

Quali sono i vantaggi dell’uso del plasma freddo?

I plasmi freddi offrono molti vantaggi rispetto ai plasmi caldi, tra cui:

Costi energetici inferiori: I plasmi freddi richiedono meno energia rispetto ai plasmi caldi perché non producono tanto calore e non richiedono tanto raffreddamento durante il funzionamento. Ciò può contribuire a ridurre le spese di esercizio, poiché è necessario consumare meno energia per apparecchiature ausiliarie come pompe e refrigeratori.

• Ampia gamma di applicazioni: I plasmi freddi possono essere utilizzati in una gamma più ampia di settori rispetto ai plasmi caldi, perché non producono una quantità di calore pari a quella dei plasmi caldi.
• Minor consumo di energia. Le applicazioni al plasma freddo consumano solo il 10% della potenza dei laser a stato solido. Ciò significa che possono essere facilmente integrate in dispositivi mobili come smartphone o tablet.
• Alta efficienza e basso costo. Poiché il plasma freddo può produrre luce ad alta efficienza, richiede meno energia per produrre la stessa quantità di fotoni rispetto ai laser tradizionali. Inoltre, poiché i plasmi freddi sono relativamente poco costosi da produrre, diventano molto convenienti se prodotti in grandi volumi.

Alimentazione

Sottosezione: Il plasma freddo trova applicazione nella lavorazione e nella conservazione degli alimenti per prolungarne la durata e garantirne la qualità, mantenendoli sicuri e freschi.

Testo della sottosezione: 1. Decontaminazione degli alimenti – La decontaminazione delle superfici degli alimenti può essere effettuata con trattamenti al plasma freddo prima del confezionamento o della spedizione,

Trattamento al plasma – Il trattamento al plasma è stato utilizzato nell’industria alimentare come metodo alternativo all’irradiazione per decontaminare alimenti pronti al consumo come carni, pollame, frutta, verdura e frutti di mare:

1 Rimozione degli odori dalla produzione di birra

Il plasma freddo è un mezzo efficace per rimuovere gli odori dal vostro birrificio. Il plasma freddo funziona utilizzando un campo elettrico ad alta tensione per scomporre le molecole nell’aria, distruggendo efficacemente i batteri o i germi eventualmente presenti. Lo stesso processo può anche aiutare a rimuovere gli odori dalle pareti, dai pavimenti e dalle attrezzature della struttura.

Sebbene molti birrifici utilizzino il plasma freddo da anni per migliorare la qualità della birra, solo di recente il plasma freddo sta guadagnando popolarità come metodo per migliorare l’igiene generale dei birrifici e di altri impianti di lavorazione degli alimenti. Ciò è dovuto principalmente ai numerosi vantaggi associati all’uso del plasma freddo rispetto ai tradizionali metodi di pulizia chimica. Ad esempio:

Meno prodotti chimici necessari – I sanificatori chimici possono talvolta lasciare residui indesiderati che possono influire sul gusto del prodotto finito e causare altri problemi, come quelli alla salute dei dipendenti che entrano regolarmente in contatto con questi prodotti chimici. Questo non è un problema con il plasma freddo, perché non ci sono sostanze chimiche coinvolte in questo processo.

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2 Disinfezione dell’acqua potabile

La disinfezione dell’acqua potabile al plasma freddo è una tecnologia emergente, attualmente in fase di sperimentazione presso diverse università e istituti di ricerca in tutto il mondo. La forma più comune di plasma freddo utilizza il perossido di idrogeno come ossidante e l’ozono come riduttore. Questa miscela crea una combinazione di radicali di ossigeno che distruggono i batteri e i virus presenti nell’acqua potabile.

L’Università del Wisconsin-Madison ha condotto test sulla disinfezione al plasma freddo dal 2007, scoprendo che può uccidere tra il 99% e il 100% dei batteri nelle provette dopo 24 ore, quando viene utilizzata su campioni di acqua di rubinetto municipale sia fresca che conservata. L’università ha anche scoperto che la tecnologia funziona meglio se combinata con altri metodi di purificazione come l’osmosi inversa o il trattamento a raggi ultravioletti.

“Abbiamo dimostrato di poter ridurre le concentrazioni di E coli al di sotto di livelli rilevabili, 16 volte più bassi rispetto alle tecnologie di trattamento convenzionali”, ha dichiarato il chimico ricercatore dell’LLNL Jean-Marc Chatelain, che ha contribuito allo sviluppo della tecnologia. “L’obiettivo è quello di eliminare tutti i batteri, compresi quelli che non vengono uccisi dal cloro”.

L’applicazione più comune della tecnologia al plasma freddo oggi riguarda la purificazione dell’acqua potabile con dispositivi chiamati “plasmacluster” o “generatori di ioni”.

3 Conservazione antimicrobica degli alimenti

La conservazione degli alimenti è una delle applicazioni più importanti della tecnologia al plasma freddo. Il plasma freddo può essere utilizzato per la disinfezione e la sterilizzazione di alimenti come carne, pollame, frutta e verdura. Ciò è particolarmente importante quando si tratta dell’industria alimentare, perché la contaminazione può comportare seri rischi per la salute dei consumatori.

Il plasma freddo consente di uccidere efficacemente i batteri senza danneggiare la parete cellulare o i lipidi della membrana. È stato infatti dimostrato che solo 0,2 ml di plasma freddo per kg di carne sono in grado di uccidere il 99% dei batteri E coli entro 30 secondi. Inoltre, il plasma freddo non lascia residui, a differenza dei metodi di riscaldamento convenzionali, come la pastorizzazione ad aria calda o a vapore, comunemente utilizzati negli impianti di lavorazione degli alimenti.

Questo metodo aiuta anche a prevenire la crescita di agenti patogeni come la Salmonella typhimurium all’interno dei materiali di imballaggio. Infatti, i plasmi freddi possono essere utilizzati per la decontaminazione o per ridurre la carica microbica sulle superfici prima del confezionamento.

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Agricoltura

In agricoltura, il plasma freddo può essere utilizzato su colture come uva, verdura e frutta per migliorarne la qualità inibendo la crescita di muffe e riducendo il deterioramento. Inoltre, prolunga la durata di conservazione di frutta e verdura eliminando i batteri o i funghi presenti sulle loro superfici.

Il plasma freddo può essere utilizzato anche per eliminare gli odori dagli impianti di lavorazione degli alimenti, ossidando i composti organici volatili in sostanze meno nocive.

Può anche essere utilizzato per ridurre la diffusione di agenti patogeni distruggendoli prima che raggiungano i prodotti.

4 Sanificazione dell’acqua e dell’aria

La tecnologia al plasma freddo può essere utilizzata per rimuovere i batteri dall’acqua generando specie reattive dell’ossigeno (ROS).

Purificazione dell’aria: La gassificazione al plasma può essere utilizzata per rimuovere le particelle dall’aria. I ricercatori dell’Università del Minnesota hanno sviluppato un nuovo dispositivo che utilizza una sorgente elettrica per creare plasma freddo dal vapore acqueo, producendo radicali di ossigeno che distruggono gli inquinanti presenti nell’aria.

La diffusione di serre idroponiche, ambienti controllati in cui avvengono le coltivazioni, va in questa direzione. Le colture possono beneficiare di acqua e aria prive di agenti batterici in grado di guastare frutta e verdura.

5 Plasma freddo al posto dei pesticidi

Le proprietà del plasma freddo lo rendono particolarmente adatto all’uso in agricoltura. Il plasma freddo può essere utilizzato per uccidere i batteri sui prodotti, prevenire la crescita di funghi sui prodotti alimentari e persino eliminare i pesticidi da frutta e verdura.

I sistemi al plasma freddo sono stati utilizzati anche per ripulire le fuoriuscite di petrolio e altri contaminanti in fonti d’acqua come fiumi o laghi.

Il plasma freddo viene utilizzato anche come alternativa ai pesticidi per il controllo dei parassiti. Il plasma freddo uccide gli insetti producendo radicali di ossigeno che danneggiano le loro cellule, facendoli morire entro pochi secondi dall’esposizione. Si tratta di una soluzione molto più rapida rispetto all’uso dei pesticidi, che di solito richiedono diversi giorni prima di avere effetto.

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Cosmetica

Il plasma freddo viene utilizzato da decenni in cosmetica. È uno strumento potente che può essere utilizzato per pulire e purificare la pelle, lasciando un colorito fresco e chiaro.

6 Applicazione del plasma freddo nella cosmesi

Il processo di applicazione del plasma freddo prevede l’attivazione del plasma freddo facendolo passare attraverso un campo elettrico che lo induce a emettere ioni. Questi ioni vengono poi utilizzati come agente pulente sulla pelle, rimuovendo lo sporco dai pori e migliorando la carnagione.

Il plasma freddo può essere utilizzato anche per trattare diverse patologie della pelle, come acne, psoriasi e dermatite atopica. Le proprietà antinfiammatorie del plasma freddo aiutano a ridurre il rossore e il gonfiore associati a queste condizioni.

È stato inoltre dimostrato che il plasma freddo migliora l’aspetto della cellulite. Aumentando l’afflusso di sangue al tessuto adiposo (grasso), il plasma freddo provoca una più rapida disgregazione delle cellule grasse, riducendo nel tempo l’aspetto della cellulite.

Benefici del trattamento cutaneo al plasma freddo:

• Rimuove lo sporco dai pori
• Riduce l’infiammazione
• Migliora l’elasticità della pelle

Medicina

Nella medicina, il plasma freddo viene sempre più studiato ed implementato. Esistono diverse applicazioni del plasma freddo che sono utili in campo medico. Eccone alcune.

7 Applicazioni del plasma freddo nel trattamento delle ferite

L‘uso del plasma freddo per il trattamento delle ferite è stato studiato per diversi anni. Diversi studi su questo argomento hanno dimostrato che il plasma freddo può accelerare la guarigione delle ferite, migliorare la rigenerazione dei tessuti e ridurre le cicatrici.

Il plasma può accelerare la guarigione delle ferite attivando i fibroblasti che producono collagene. Può anche essere usato per pulire le ferite e prevenire le infezioni.

Il trattamento prevede l’applicazione di un gas al plasma freddo sulla pelle, che può essere utilizzato in combinazione con altre terapie come il bendaggio o la compressione. Il plasma freddo è un esempio di dispositivo medico che utilizza nuove tecnologie per migliorare i risultati dei pazienti.

È stato dimostrato che il plasma freddo accelera la guarigione delle ferite fino a sette giorni e riduce il dolore fino all’80% rispetto ai metodi tradizionali. Ciò può essere attribuito a diversi fattori

• una riduzione dell’infiammazione causata dalle proprietà antinfiammatorie del plasma freddo;
• la capacità del plasma freddo di stimolare la formazione di collagene; e
• la capacità del plasma freddo di avviare la migrazione e la crescita delle cellule.

Oltre all’uso nel trattamento delle ferite croniche, il plasma freddo si è rivelato utile anche nel trattamento di altre condizioni come l’infiammazione e la gestione del dolore.

8 Applicazioni del plasma freddo in procedure antitumorali

Il plasma freddo viene utilizzato in combinazione con altri trattamenti, come la radioterapia, la chemioterapia, l’asportazione chirurgica dei tumori e l’immunoterapia (un tipo di trattamento che utilizza anticorpi per combattere le cellule tumorali).

Un’applicazione del trattamento al plasma freddo è il trattamento delle cellule tumorali, generando al loro interno specie reattive dell’ossigeno (ROS) che le uccidono.

Il trattamento al plasma freddo può essere utilizzato in qualsiasi punto del corpo in cui si trovano cellule cancerose. Ad esempio:

• nei tumori della testa e del collo (tumori della bocca o della gola)
• nei tumori del tratto digestivo (stomaco o intestino)
• Nei melanomi (tumori della pelle)

In particolare, nel trattamento del cancro, due tipi di cellule cancerose sono state distrutte dal plasma freddo quando sono state trattate per un paio di minuti in condizioni di pressione atmosferica (NTP), il che dimostra il potenziale del trattamento del cancro con il plasma freddo, ma devono essere fatti ulteriori studi.

9 Sterilizzazione di strumenti chirurgici

Il plasma freddo consente la sterilizzazione di oggetti sensibili al calore, come le apparecchiature in plastica e silicone, perché distrugge i batteri senza intaccare il materiale o modificarne significativamente le proprietà.

L’uso della sterilizzazione al plasma freddo è aumentato negli ultimi anni perché è un metodo senza contatto che non causa alcun danno al materiale da sterilizzare.

La prima applicazione del plasma freddo nella sterilizzazione è la sua capacità di rimuovere il biofilm dalle superfici. Per biofilm si intende uno strato di batteri che si attacca a superfici come dispositivi medici e cateteri. Questi batteri sono resistenti e quindi difficili da rimuovere con metodi convenzionali come l’acqua calda o il vapore. È stato dimostrato che il plasma freddo elimina il biofilm dalle superfici in modo rapido ed efficiente.

Il plasma freddo funziona secondo un principio chiamato sputtering, che rimuove i microrganismi dalla superficie degli oggetti. Questo processo consiste nel rompere le molecole organiche in forma gassosa mediante una scarica di plasma.

La sterilizzazione al plasma freddo è un’alternativa sicura ed efficace ai metodi tradizionali come il calore, le radiazioni o le sostanze chimiche.

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Altri campi medici di cui abbiamo parlato nei precedenti articoli, riguardano l’ortodonzia (la cura dei denti) e il trattamento di cicatrici ed ustioni, che grazie ad applicazioni al plasma freddo guariscono prima e in modo più efficace.

Industria tessile

Il trattamento al plasma freddo può migliorare la qualità di pelle e tessuti in diversi modi. Ad esempio, può aumentare la resistenza e la flessibilità della pelle rimuovendo gli strati superficiali indesiderati senza danneggiare i tessuti sottostanti.

Contribuisce inoltre a ridurre i danni causati dall’abrasione, rendendolo adatto all’uso su materiali delicati come la seta o il lino. Inoltre, il trattamento al plasma freddo è efficace per rimuovere le macchie dai tessuti senza danneggiarne la struttura chimica.

10 Eliminazione dell’odore dai vestiti con il plasma freddo

Il plasma viene utilizzato come fonte di energia che può essere sfruttata da altre macchine per eseguire varie operazioni come la pulizia, la smacchiatura o la sterilizzazione dei tessuti.

Il plasma freddo è in grado di eliminare gli odori sgradevoli dai vestiti e da altri tessuti, abbattendo i composti organici attraverso reazioni di ossidazione o riduzione. Questo processo non richiede l’uso di detergenti o acqua ed è anche ecologico.

Funziona scomponendo le molecole odorose in particelle più piccole che possono essere facilmente rimosse dai tessuti. Può essere utilizzata anche su biancheria da letto, cuscini e guanciali con buoni risultati. La pulizia al plasma freddo deve essere effettuata prima di lavare o asciugare i vestiti, per evitare che gli odori indesiderati ritornino.

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Conclusione

Continuiamo ad assistere all’espansione dell’uso dei plasmi freddi in vari settori industriali. Si stanno compiendo progressi che contribuiscono a ridurre i costi e a renderli commercialmente più praticabili per un maggior numero di settori. Che si tratti di ambienti industriali o commerciali, sicuramente i plasmi freddi faranno sempre più parte del nostro futuro.

La tecnologia al plasma freddo è già alla nostra portata,  dobbiamo solo trovare il modo per sfruttarla al meglio e trarne tutti i vantaggi che è in grado di offrire.