مواد اطراف ما جامد، مایع یا گاز هستند. اما حالت چهارمی از ماده وجود دارد که پلاسما نامیده می‌شود. اعتقاد بر این است که ۹۹ درصد ماده مرئی جهان در حالت پلاسما قرار دارد این همان بعد چهارم ماده است. به افزودن انرژی به گازی که اتم‌هایش در فرآیندی باعنوان یونیزاسیون، یک یا چند الکترون از دست داده‌اند پلاسما می‌گویند. برخلاف سایر حالت‌های ماده، ذرات باردار در پلاسما به‌شدت با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی واکنش نشان می‌دهند و اگر پلاسمایی گرما از دست بدهد، یون‌ها دوباره به‌حالت گاز باز می‌گردند و همان انرژی‌ای را که سبب یونیزه‌شدنشان بود ساطع می‌کنند. با نگاهی به اطراف می‌توان نمونه‌های متنوعی از پلاسما را دید؛ جرقه، شعله، رعد‌وبرق، تابش ملایم شفق قطبی، جو ستارگان، بسیاری از مواد موجود در فضای سحابی‌ها، بخشی از دم دنباله‌دار، گازهای داخل لامپ‌های فلورسنت، لامپ‌های نئون، لامپ مهتابی و نمایشگرهای پلاسمایی که به‌عنوان صفحه رایانه و تلویزیون استفاده می‌شوند نمونه‌هایی از آن هستند.
با این وجود ، حالت‌های غالب ماده در بخشی از عالم جامد، مایع و گاز هستند. بنابراین، ما در آن یک درصدی از عالم زندگی می‌کنیم که درونش حالتی از ماده به جز پلاسما غلبه دارد. نزدیک‌ترین پلاسما به کره زمین، یونوسفر یا یون‌کره است که ارتفاع حدود 80 تا 600 کیلومتری جو را احاطه می‌کند.
فیزیک پلاسما نیز شاخه‌ای از فیزیک است که به بررسی یکی از اشکال وجود ماده یعنی پلاسما می‌پردازد. در این علم درخصوص سیستم‌هایی بحث می‌شود که از ذرات باردار مثبت و منفی تشکیل شده‌اند و می‌توانند آزادانه حرکت کنند.
فناوری پلاسما در حوزه‌هایی مانند الکترونیک، هوا و فضا، مواد، خودروسازی، نساجی، نفت و پتروشیمی و محیط‌زیست وارد شده است. کنار همه این موارد، امروزه حوزه جدیدی برای استفاده از چشمه پلاسما به نام «کاربردهای زیست‌پزشکی پلاسما» (Plasma Biomedical Applications) ظهور کرده است. در این حوزه جدید، زخم‌های مزمنی مانند زخم پای دیابتی و زخم بستر با استفاده از پلاسما درمان می‌شوند. در این فرآیند، پلاسما فعالیت ضدباکتریایی خاصی را بدون اینکه به بافت سالم پیرامون آن آسیبی وارد شود به‌صورت گزینشی در موضع فعال می‌کند.
استریليزه‌كردن لوازم و قطعات پزشكی، ترميم زخم‌ها، از بين‌بردن سلول‌های سرطانی، ازبين‌بردن عفونت چشم و سازگارکردن ايمپلنت‌ها برای قرار‌گيری در بدن انسان، مهندسی بافت، پردازش بیماری‌های پوستی، پردازش تومورها بر‌اساس فرآیندهای آپوپتوتیک و دندان‌پزشکی از دیگر کاربردهای زیست‌پزشکی پلاسما است که نتایج امید‌بخشی به‌دست آورده‌اند و ازاین‌روی، می‌توان رشد سریع این حوزه جدید در پزشکی را انتظار داشت.
یکی از کاربردهای وسیع این فناوری در درمان زخم‌های بیماری دیابت است. دیابت از بیماری‌های شایع و ناتوان‌کننده انسان است که می‌تواند مشکلات جدی را برای اندام‌ها ایجاد کند. یکی از این مشکلات زخم‌های مزمن و مقاوم به درمانی است که معمولا کف پای این بیماران ایجاد می‌شود و علت آن ایجاد اختلالات اعصاب محیطی و کم شدن جریان خون در اندام است.
کف پا دورترین قسمت بدن از قلب است و نسبت به دیگر بافت‌های بدن خون کمی دریافت می‌کند. بیماری دیابت در بلند‌مدت باعث کم‌شدن جریان خون در همه بدن می‌شود ولی این مشکل در پا جدی‌تر می‌شود، زیرا افراد مبتلا به‌دلیل اختلال در عروق محیطی، به‌ویژه در پاها، با کوچک‌ترین آسیب دچار بزرگ‌ترین مشکلات در پای خود می‌شوند و زخم پای دیابتی ایجاد می‌شود.
پلاسماجت وارد می‌شود
محققان مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما که در واحد علوموتحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی قرار گرفته است در تلاش‌اند تا با استفاده از پلاسما اقدام به درمان برخی از بیماری‌ها مانند زخم پای دیابتی کنند. با توجه به مشکلات به‌وجودآمده در بیماران مبتلا به دیابت ناشی از بروز زخم‌هایی در پا، محققان مرکز تحقیقات فیزیک پلاسمای واحد علوموتحقیقات با همکاری پژوهشگرانی از مرکز تحقیقات پوست‌وسلول‌های بنیادی دانشگاه علوم پزشکی تهران تاثیر تابش پلاسما بر ترمیم زخم‌های پوستی را مورد مطالعه قرار دادند.
این پژوهش‌ها با راه‌اندازی آزمایشگاه پلاسمای سرد و پروژه دکتر حامد نیکمرام از پژوهشگران مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما واحد علوموتحقیقات آغاز شد. در این آزمایشگاه، نیکمرام با اجرای پروژه‌هایی، کاربردهای انواع پلاسما در حوزه‌های مختلف را مورد بررسی قرار داد و در این راه، منبع تغذیه چند‌منظوره‌ای ساخت تا به‌کمکش بتوانند انواع مختلف پلاسما را ارزیابی کنند. این محقق با هدف یافتن راهکاری برای استفاده آسان از پلاسما در حوزه پزشکی به طراحی و ساخت دستگاهی باعنوان «تفنگ پلاسما جت» رسید.
دکتر نیکمرام با تاکید براینکه بر خلاف دستگاه‌های پلاسما جت موجود، در این دستگاه نیازی به اتصال به منبع تغذیه اختلاف‌پتانسیل مجزا نیست، در گفت‌وگو با «دانشمند» می‌گوید: «با اتصال این دستگاه به برق 220 ولت و وارد‌کردن گاز هلیم به آن می‌توان پلاسمای مورد نیاز را تولید کرد.»
سایر پلاسماهای تولیدشده که به‌عنوان مثال برای آفت‌زدایی به‌کار می‌روند به‌دلیل توان بالایی که دارند قابل‌استفاده برای بافت زنده نیستند ولی پلاسمای تولیدشده در این تفنگ از نوع قابل‌تحمل برای بافت زنده است.
نیکمرام، درمان زخم‌های مزمن مانند زخم‌های دیابتی و زخم بستر، انعقاد خون و ازبینبردن عوامل عفونت را ازجمله کاربردهای این تفنگ معرفی می‌کند و می‌گوید: « مقادیر زیاد عفونت در زخم‌های مزمن اجازه نمی‌دهد که جراحت به‌سرعت بهبود یابد و بنابراین، زخم همواره مزمن باقی می‌ماند ولی پلاسما قادر است با ازبینبردن عفونت، زخم را ترمیم کند.»
به‌گفته این پژوهشگر، پلاسمای اعمال‌شده بر زخم باعث حذف عفونت می‌شود بی‌آنکه به سلول‌های سالم آسیب وارد شود. مدت زمان تابش پلاسما روی زخم‌های مختلف با عمق‌های متفاوت یکسان نیست ازاینرو، ممکن است برای زخمی 3 بار در روز و برای زخم دیگر 5 بار در روز پلاسما اعمال شود.
درمان سگ دیابتی با پلاسما
نیکمرام و گروهش توانستند مطالعات خود را تا فاز حیوانی پیش ببرند و این مطالعات در باغ‌وحشی در منطقه کردان در 22 کیلومتری کرج اجرایی شد. نتایج فاز حیوانی این تحقیقات پس از آزمایش‌‌های مکرر، بهبود کامل زخم دیابتی را نشان داد. با توجه به چشم‌اندازهایی که این طرح داشته، این محققان امیدوارند درآینده نزدیک بتوانند از آن برای بهبود زخم دیابتی انسان استفاده کنند.
نیکمرام درباره این آزمایش می‌گوید: «در این باغ‌وحش سگی مبتلا به دیابت بود و زخم‌های زیادی داشت که با استفاده از این تفنگ به‌مدت یک هفته، روزی 5 دقیقه پلاسما به این زخم‌ها تزریق شد و پس از این مدت تمام زخم‌ها بهبود یافت.»
مطالعه روی موش، مورد دیگری است که نیکمرام در مورد آن صحبت می‌کند. در این تحقیق موش آزمایشگاهی به‌صورت القایی به دیابت مبتلا می‌شود و با این روش زخم ایجادشده درمان می‌شود.
موفقیت در درمان «بامبل فوت»
دکتر حامد نیکمرام، نمونه دیگر استفاده از این تفنگ را برای درمان بیماری «بامبل فوت» در پرندگان ذکر می‌کند. بامبل فوت، نوعی زخم عفونی ناشی از هجوم باکتری استافیلوکوکوس است که در پای پرندگان ایجاد می‌شود.
این پژوهشگر مرکز تحقیقات فیزیک پلاسمای واحد علوموتحقیقات دراین‌خصوص می‌گوید: «بر اثر این بیماری، کف پای پرنده مورد مطالعه ما دچار زخم و خونریزی شده بود که با استفاده از این روش علاوه بر قطع خونریزی، زخم هم بهبود یافت.»
انعقاد خون دستاورد دیگر محققان پلاسمایی کشور
به از‌دست‌رفتن بیش از ۲۰ درصد کل حجم خون بدن «خونریزی وسیع» گفته می‌شود که جراحی شایع‌ترین علت آن است. جراحی‌هایی مانند جراحی قلبی‌عروقی، پیوند کبد، جراحی‌های بزرگ ارتوپدی که به تعویض استخوان‌های لگن یا زانو می‌انجامند و جراحی ستون فقرات، به‌طور معمول با ازدست‌دادن شدید خون همراهند.
ازاینرو، همواره پزشکان به‌دنبال راهکارهایی برای کاهش خونریزی در بیماران هستند که یکی از این راهکارها استفاده از تفنگ پلاسماجت است که از سوی محققان واحد علوموتحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی ارائه شده است.
دکتر حامد نیکمرام دراین‌خصوص می‌گوید: «با تابش پلاسما، فاکتورهای انعقادی خون فعال می‌شوند و این مساله باعث قطع خونریزی می‌شود. از این خاصیت می‌توان در اتاق‌های عمل برای انجام جراحی‌های حساس استفاده کرد.»
پژوهش‌ها ادامه دارند
پژوهش درباره مزایای استفاده از تفنگ پلاسماجت در درمان زخم‌های مزمن از سوی گروه‌های دیگر مرکز تحقیقات فیزیک پلاسمای واحد علوموتحقیقات دانشگاه آزاد اسلامی دنبال می‌شود. سارا فتح اله، دانشجوی کارشناسی ارشد فیزیک اتمی و مولکولی واحد علوموتحقیقات، به‌عنوان مجری یکی از این طرح‌ها به «دانشمند» می‌گوید: «مشکلات مرتبط با درمان پوست‌های آسیب‌دیده یکی ازمهم‌ترین مشکلات کنونی حوزه سلامت است، زیرا درمان‌های فعلی برای انواع زخم‌ها و ضایعات پوستی، معایب فراوانی ازجمله صدمه‌زدن به بافت‌های سالم و طولانی‌بودن دوره درمان زخم را به‌همراه دارند و در برخی موارد به‌دلیل بروز عفونت‌های شدید حتی به مرگ بیمار منجر می‌شود ضمن اینکه این روش برای بسیاری از زخم‌های پوستی بیماران دیابتی و زخم‌های مزمن و عمیق کارآمد نیست.»
فتح اله ادامه می‌دهد: «در این طرح پژوهشی برای تولید پلاسمای سرد گاز هلیم که حاوی ذرات واکنش‌پذیر، رادیکال‌های آزاد، یون‌ها و ذرات خنثی است، استفاده از دستگاه پلاسماجت به‌عنوان روشی نوین برای ترمیم زخم‌های بیماران دیابتی مطرح شده است.»
به‌گفته این پژوهشگر، طرح پژوهشی روش درمانی پلاسما به‌تازگی در بیمارستان شریعتی کاربردی شده و آسیب‌نرساندن به بافت سالم، استریل‌کردن سطح زخم، سرعت بالای تیمار، ارزان و قابل کنترل‌بودن این روش باعث برتری‌اش نسبت به‌روش‌های سنتی شده است.
ورود فناوری پلاسما در کشاورزی
آفات انباری روی محصولاتی مانند گندم و برنج علاوه‌بر خسارت کمی، زیان‌های کیفی هم به محصولات انبارشده وارد می‌کند. به‌طوری‌که، در مدت‌زمانی‌که این بذرها در انبار نگهداری می‌شوند آفات موجود در انبار آنها را تخریب می‌کند. فناوری پلاسما در این حوزه هم می‌تواند به کمک انبارداران و کشاورزان بیاید.
دکتر حامد نیکمرام، پژوهشگر مرکز تحقیقات فیزیک پلاسمای واحد علوموتحقیقات،«شپشک برنج»، «تریبولیوم» و انواع لاروها را ازجمله مهم‌ترین آفات انباری این بذرها ذکر می‌کند و می‌گوید: «برای ازبینبردن این آفات و رفع این مشکل، دستگاهی را طراحی کردیم و ساختیم. پیش از ذخیره‌کردن، می‌توان این بذرها را از داخل این دستگاه عبور داد و پس از ضدعفونی‌شدن، دانه‌ها را در انبار نگهداری کرد.»
او با تاکید بر اینکه این روش هیچ اثری روی مواد غذایی ندارد، درباره عملکرد این دستگاه توضیح می‌دهد: «پلاسما حالت چهارم ماده است. با اختلاف‌پتانسیل بالا میان الکترودها، گاز یونیزه یا پلاسما ایجاد می‌شود. انرژی یون‌ها و گونه‌های فعال پلاسما باعث از بین‌رفتن تمامی آفات می‌شود اما پلاسمای تولیدشده داخل مواد غذایی نفوذ نمی‌کند، زیرا در این روش از پرتوهای یون‌ساز مانند پرتو گاما و پرتو ایکس استفاده نمی‌شود بنابراین، پلاسما هیچ اثری روی مواد غذایی برجای نمی‌گذارد.»
این محقق در خصوص میزان پایداری این روش برای سالم‌ماندن مواد غذایی در مدت انبارداری می‌گوید: « نتایج آزمایش‌هایی که انجام شده حاکی از آن است که بذرهایی که با استفاده از این روش آفت‌کشی شده‌اند پس از 6 ماه هیچ رشدی از آفات را نشان نداده‌اند، زیرا همه آفات این مواد غذایی با استفاده از پلاسما از بین‌رفته است به‌گونه‌ای که نه لاروی وجود دارد که تکثیر شود و نه حشره‌ای در آن مشاهده می‌شود که مجددا تولیدمثل کند. از این روش قابل‌اطمینان می‌توان برای ازبینبردن تمامی آفات در مدت انبارداری بهره برد و برنج و گندم را برای مدت طولانی نگهداری کرد. این‌در‌حالی است که در‌حال‌حاضر برای نابودکردن آفات انباری از سموم شیمیایی استفاده می‌شود و سمومی که برای این منظور به‌کار می‌روند مواد شیمیایی سمی و سرطان‌زا هستند و مهم‌تر اینکه می‌توانند داخل مواد غذایی نفوذ کنند.»
از دیگر استفاده‌های پلاسما در صنایع غذایی و کشاورزی، می‌توان به ضد‌عفونی‌کردن مواد غذایی اشاره کرد. نیکمرام در‌این‌باره به «دانشمند» توضیح می‌دهد: «در این تحقیقات از پلاسمای سرد برای ضد‌عفونی‌کردن ادویه‌جات و انواع پودرهای غذایی هم استفاده کردیم همچنین تاکنون فناوری پلاسمای سرد را برای استریل‌کردن آب، انواع آبمیوه‌ها، خشکبار و نمونه‌های غذایی در مقیاس آزمایشگاهی به‌کار گرفته‌ایم.»
از بین‌بردن سم «آفلاتوکسین» پسته نیز از دیگر موارد کاربردی پلاسما‌ست. نیکمرام با اشاره به‌اینکه دراین‌خصوص هنوز به مطالعات بیشتری نیاز است، می‌گوید: «برای از بین‌بردن سم آفلاتوکسین نیاز است تا مدت زمان زیادی در حدود 20 دقیقه پسته‌ها در معرض تابش پلاسما قرار بگیرند که دراین‌صورت، هم توجیه اقتصادی ندارد و هم تابش زیاد پلاسما به پسته باعث تغییر طعم آن می‌شود. پسته حاوی مقادیر زیادی اسیدهای چرب است و در‌حال‌حاضر برای ازبینبردن این سم از اُزن استفاده می‌شود. اما تابش طولانی‌مدت این گاز هم به تغییر طعم این محصول غذایی منجر می‌شود. ازن هم یکی از ترکیبات پلاسما‌ست بنابراین، نیاز است تا با ادامه مطالعات روش‌هایی را برای کاهش مدت‌زمان تابش پلاسما به پسته ارائه کرد.»
چالش‌های تجاری فناوری پلاسما در زدودن آفات
باوجود مزایای فراوان این فناوری در کاهش آفات محصولات کشاورزی انبارشده، این شیوه تاکنون در دنیا تجاری‌سازی نشده و استفاده از آن برای ضد‌عفونی‌کردن مواد غذایی کاربردی نشده است. نیکمرام در خصوص علت این مساله توضیح می‌دهد: «دستگاه‌هایی که تاکنون در این زمینه طراحی شده‌اند، عملکرد پیوسته‌ای ندارند و به‌همین علت این فناوری تاکنون تجاری‌سازی نشده است ولی در این پژوهش توانستیم دستگاه پیوسته‌ای برای ضد‌عفونی‌کردن محصولات غذایی طراحی کنیم و برای تجاری‌سازی، در حال ثبت این دستگاه در اداره اختراعات آمریکا هستیم.»
این دانش‌آموخته دکتری میکروبیولوژی صنایع غذایی، ظرفیت این دستگاه را 3 تن در روز ذکر می‌کند و می‌گوید: «دستگاه نیمه‌صنعتی تولیدشده دارای 3 راکتور است و برای افزایش توان ظرفیتش می‌توان تعداد راکتورها را افزایش داد.»
دسترسی‌نیافتن به بازارهای داخلی یکی از چالش‌های معمول پژوهشگران کشور است که این امر گریبانگیر فناوری پلاسما هم شده است، زیرا انبارداران کشور با روش‌های سنتی سازگارند و تمایلی برای استفاده از فناوری‌های نوین و بی‌خطر ندارند. دکتر حامد نیکمرام در‌این‌باره می‌گوید: «انباردارها سالیانه با صرف یک تا دو میلیون تومان اقدام به آفت‌زدایی از انبارها با سموم شیمیایی می‌کنند و تا یکسال مشکل آفات را کاهش می‌دهند، بنابراین، تمایلی به استفاده از این دستگاه ندارند.»
مریم رضائی
این مطلب در شماره 636، مهر 1395 در مجله دانشمند منتشر شد
