Desinfizieren und Heilen mit kaltem Plasma

Ein Plasma mit niedriger Temperatur tötet zeitsparend auch Antibiotika-resistente Erreger ab - auf den Händen von Krankenhauspersonal ebenso wie auf schlecht heilenden chronischen Wunden

Entladunsmuster
Entladunsmuster

Garching - Wenn Krankheitserreger gegen Medikamente resistent werden, könnte die Physik helfen. Ein so genanntes kaltes Plasma tötet Bakterien und auch Pilze effektiv ab, berichten jetzt Garchinger Forscher. Sie entwickelten ein kleines Gerät, in welchem Ärzte und Pflegepersonal in wenigen Sekunden ihre Hände desinfizieren können, statt sie mithilfe spezieller Handwaschlotionen von Erregern zu befreien. Zudem untersuchten sie in einer zweiten Studie, wie offene Wunden dank einer ähnlichen Plasmabehandlung schneller abheilen, weil sie von Erregern frei gehalten werden. Die Physiker präsentieren ihre beiden Studien online im "New Journal of Physics". Eine Infektion mit Erregerstämmen, die mittlerweile gegen mehrere Antibiotika resistent sind, verläuft vor allem bei geschwächten Menschen oft tödlich.

"Solche Plasma-Spender könnten eine wichtige Rolle spielen im Kampf gegen die alarmierende und wachsende Bedrohung durch nosokomiale Bakterieninfektionen (Krankenhausinfektionen)", schreibt das Team um Gregor Morfill vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching. Es entwickelte eine neue, effiziente Elektrode, die sich in ein schlichtes Gerät von Backofengröße einbauen lässt und in normaler Raumluftumgebung ein Plasma niedriger Temperatur produziert. Plasmen sind Gase, deren Moleküle in Ionen und freie Elektronen aufgespalten wurden und erreichen, komplett ionisiert, Temperaturen bis zu 100.000 Grad Celsius. In so genannten kalten Plasmen sind deutlich weniger der Luftmoleküle ionisiert, etwa nur jedes milliardste.

Morfill und Kollegen konstruierten eine robuste Flächenelektrode, eine Schicht dielektrischen Materials - einer Teflonschicht - zwischen einer festen Kupferelektrode und einem Drahtgitter. Bei einer Spannung von 18 Kilovolt zwischen Elektrode und Gitterdraht bewirkte das starke elektrische Feld zahlreiche Entladungen von nur Mikro- und Nanosekunden Dauer, welche einige der Luftmoleküle ionisierten. Dies führte zu einem neuen Molekülcocktail aus Ozon, Stickoxiden, Wasserstoffperoxid, freien Radikalen sowie zu ultraviolettem Licht. Alles zusammen tötete Bakterien effektiv ab. Im Test bewährte sich ihr "Plasmaspender", in den sie oben und unten wie in einem Sandwichtoaster zwei Elektroden platzierten. Damit dauerte das Desinfizieren der Hände - einfach durch ein Halten in den Zwischenraum - nur wenige Sekunden. Das herkömmliche Waschen hingegen kann bis zu mehreren Minuten dauern und ein Abtrocknen am Handtuch wieder neue Erreger herbeiführen.

Die zweite Studie befasste sich mit der Wirkung des Plasmas auf offene Wunden. Morfill und andere Kollegen untersuchten hier das Desinfizieren der Wunden und den Effekt auf ihr Abheilen: "Ein Plasma sollte deutlich die Bakteriendichte im Wundbereich senken, das Bakterienwachstum auf längere Zeit nach der Bestrahlung hemmen, aber ohne jeglichen negativen Effekt auf menschliche Zellen", heißt es in der Studie, bei welcher auch das Klinikum München-Schwabing mitwirkte. Das Team untersuchte die Reaktion von Laborkulturen aus Escherichia coli-Bakterien auf kaltes Argon-Plasma. Dann schirmten sie das UV-Licht ab und betrachteten allein die Wirkung des Molekülcocktails, vor allem reaktiver Stickstoff- und Sauerstoff-Verbindungen, und im zweiten Schritt nur die Wirkung der UV-Strahlung. Fazit: Das Licht tötete die Bakterien rasch ab, während die Moleküle die erneute Besiedlung und neues Wachstum auch nach der Plasmadusche behinderten. Mit diesem Wissen wollen die Forscher nun die optimale Zusammensetzung solcher Plasmaduschen für die Wundbehandlung herausfinden und sie sogar auf unterschiedliche Wundtypen - etwa mit oder ohne Blut - anpassen.

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Bitte beachten Sie, dass wir Ihnen keine Fragen zur konkreten medizinischen oder klinischen Anwendung, zum Erhalt von Geräten oder Behandlungsplätzen beantworten können. Nehmen Sie bitte Direkt Kontakt mit dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching auf. Die Websites finden Sie in der rechten Spalte.