Plasma là gì?
Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất, ngoài ba trạng thái thường gặp là thể rắn, lỏng và khí. Thí dụ với nước: một viên nước đá (thể rắn) đun nóng đến nhiệt độ nhất định sẽ biến thành nước (thể lỏng), tăng nhiệt lên nữa nước sẽ bốc thành hơi (thể khí). Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ nước lên cao nữa, các electron mang điện âm bắt đầu bứt khỏi nguyên tử và chuyển động tự do, nguyên tử trở thành các ion mang điện dương. Nhiệt độ càng cao thì số electron bứt ra khỏi nguyên tử chất khí càng nhiều, hiện tượng này được gọi là sự ion hóa của chất khí. Các nhà khoa học gọi thể khí ion hóa là “trạng thái plasma”.
Theo tính chất nhiệt động lực học, công nghệ plasma hiện có plasma nóng (thermal plasma) được tạo thành ở nhiệt độ, áp suất và năng lượng cao; và plasma lạnh (non-thermal plasma, cold plasma) được tạo thành ở áp suất thường hoặc chân không, cần ít năng lượng hơn. Tuy nhiên, cả hai loại này có chung đặc điểm là các tia plasma đều chứa một phần hay toàn bộ phần khí bị ion hóa, bao gồm photon, ion hay điện tử tự do.
Ứng dụng Plasma trong y học
Năm 2005, plasma lạnh áp suất khí quyển – CAP, lần đầu tiên được sử dụng để điều trị lâm sàng tại Đức, mở ra kỷ nguyên của “thuốc plasma” (plasma medicine). Khái niệm “thuốc plasma” không phải huyết tương như vẫn thường được biết trong y học mà là một ứng dụng của plasma vật lý. Từ lâu, tính năng diệt khuẩn của plasma nóng hay plasma áp suất thấp đã được biết và sử dụng rộng rãi trong vệ sinh dịch tễ và y tế. Tuy vậy, plasma nóng có thể làm hại đến mô xung quanh nên vẫn chỉ được dùng khá hạn chế trên người.
Để phát triển các thiết bị plasma lạnh áp suất khí quyển cần sự cộng tác liên ngành của các nhà vật lý, kỹ sư, hóa học, sinh học và các bác sĩ lâm sàng. Các sản phẩm của loại plasma này như electron, ion, hoạt chất, tia cực tím và nhiệt có thể điều khiển được hoặc thay đổi cho phù hợp với các ứng dụng. Để ứng dụng trên con người yếu tố “an toàn” phải được đặt lên hàng đầu có nghĩa các thành phần của plasma phải tiêu diệt mầm bệnh một cách hiệu quả, kích thích liền vết thương nhưng đồng thời phải không gây ảnh hưởng xấu đến mô lành.
Để phát triển các thiết bị plasma lạnh áp suất khí quyển cần sự cộng tác liên ngành của các nhà vật lý, kỹ sư, hóa học, sinh học và các bác sĩ lâm sàng. Các sản phẩm của loại plasma này như electron, ion, hoạt chất, tia cực tím và nhiệt có thể điều khiển được hoặc thay đổi cho phù hợp với các ứng dụng. Để ứng dụng trên con người yếu tố “an toàn” phải được đặt lên hàng đầu có nghĩa các thành phần của plasma phải tiêu diệt mầm bệnh một cách hiệu quả, kích thích liền vết thương nhưng đồng thời phải không gây ảnh hưởng xấu đến mô lành.
Hiện nay, có 3 hướng tiếp cận để tạo ra những thiết bị plasma lạnh này: Các nguồn plasma trực tiếp, nguồn plasma gián tiếp và một hướng tiếp cận mới là nguồn hỗn hợp (có ưu điểm điều trị diện rộng và hiệu quả với cả vết thương phức tạp). Nguồn plasma hỗn hợp cho phép thực hiện được nhiều kỹ thuật khó, phức tạp và giá rẻ. Do tập trung nhiều nguồn lực nghiên cứu, plasma y tế đã có sự phát triển vượt bậc cả về khoa học và công nghệ, an toàn, hiệu quả mang lại nhiều triển vọng trong y học và lợi ích cho người bệnh.
Hiện tại ở Việt Nam, thiết bị y tế ứng dụng tia Plasma đang được phát triển bởi PlasmaMed. Đây cũng là đơn vị đang sở hữu bằng sáng chế độc quyền trong công nghệ máy phát tia plasma lạnh ứng dụng trong lĩnh vực y sinh.
Ứng dụng Plasma trong công nghệ thực phẩm
Khi đời sống ngày càng được nâng cao, người tiêu dùng càng có xu hướng đòi hỏi được cung cấp những sản phẩm có chất lượng tốt nhất, cả về màu sắc, mùi vị và đặc biệt là dinh dưỡng. Để giảm thiểu tác động của nhiệt độ cao đến chất lượng, dinh dưỡng, và tránh khả năng thay đổi cấu trúc vật lý, hóa học, dẫn đến biến đổi mùi vị của thực phẩm, người ta thường ưu tiên sử dụng các phương pháp bảo quản ở nhiệt độ thường hay chiếu xạ gamma, chiếu xạ beta, xung điện trường, siêu âm, ozone, tia cực tím (UV), áp suất cao…Tuy nhiên, các biện pháp này đều có chi phí đầu tư cao và ít ứng dụng được trên các sản phẩm rắn như rau quả, thịt cá…Đây là cơ hội cho phương pháp bảo quản plasma lạnh.
Xử lý các sản phẩm thô và khô: sử dụng nhiệt độ, hóa học và các loại khí (ví dụ ethylene oxide, hydrogen peroxide) để khử trùng bề mặt của trái cây, gia vị, hạt…có thể gây hại đến sản phẩm hoặc để lại dư lượng sau quá trình xử lý. Với plasma lạnh, các ion có thể xâm nhập vào các vết nứt và khe hở của sản phẩm thô và khô có hình dạng phức tạp. Do đó, công nghệ này rất hiệu quả trên các sản phẩm có bề mặt không đều và nứt gãy như đậu, đậu xanh, đậu tương, lúa mạch, yến mạch, ngô, thịt,…
Xử lý màng sinh học các bề mặt: thực phẩm khi để lâu ngoài trời thường xuất hiện một lớp màng bao phủ gọi là màng sinh học. Ví dụ, thịt sẽ hình thành một lớp màng khô bao bên ngoài, còn sữa sẽ hình thành lớp màng mỏng phía bên trên dung dịch. Vi sinh vật thường sinh sôi nảy nở trong môi trường giàu dinh dưỡng bên dưới các màng sinh học và được bảo vệ khỏi các biện pháp khử trùng bề mặt sử dụng nhiệt độ cao, thuốc,…Công nghệ plasma có thể xử lý việc hình thành màng sinh học trên bề mặt sản phẩm bằng cách làm sạch và khử trùng các bề mặt, giúp tăng khả năng chống bám vi khuẩn.
Xử lý bằng plasma lạnh cho kết quả tương đương xử lý bằng tia UV và ozone mà không gây tác hại lên chất lượng lớp vỏ ngoài tự nhiên của thực phẩm để chống lại vi sinh vật.
Plasma lạnh cũng có thể xử lý nhanh và an toàn các bao bì thực phẩm như chai nhựa, nắp đậy mà không gây biến tính vật liệu và không để lại dư lượng trên sản phẩm.
Tuy nhiên, ở Việt Nam, ứng dụng plasma lạnh cho thực phẩm mới được bắt đầu nghiên cứu. Hiện tại chỉ một vài nơi công bố các kết quả nghiên cứu ở quy mô nhỏ, ví dụ Trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia Hà Nội) nghiên cứu “Ứng dụng công nghệ plasma lạnh hoạt động ở điều kiện khí quyển thông thường” để khử trùng, bảo quản hoa quả mà không cần sử dụng hóa chất độc hại; Phòng Nghiên cứu Năng lượng và Môi trường (Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM) chế tạo và thử nghiệm thành công ở quy mô phòng thí nghiệm và sẵn sàng chuyển giao các thiết bị tạo plasma xử lý bề mặt, Plasma Jet và xử lý không khí có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp ráp, hoạt động hoàn toàn tự động, an toàn khi sử dụng, không gây ô nhiễm. Về vấn đề này, TS. Bùi Nguyên Quốc Trình (Khoa Vật lý kỹ thuật và Công nghệ nano, Trường Đại học Công nghệ) cho biết, trên thế giới ngày càng có nhiều nơi nghiên cứu về plasma, cũng như phát triển plasma lạnh. Ngoài ứng dụng trong lĩnh vực bảo quản thực phẩm, plasma lạnh còn có khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác như chế tạo linh kiện điện tử, pin mặt trời thay thế các phương pháp truyền thống; xử lý bề mặt hoặc sơn phủ; nghiên cứu và điều trị về y sinh,…
Envitech Corp tổng hợp