PRINSIP-PRINSIP PELEPASAN PLASMA UNTUK MENGHILANGKAN CORONAVIRUS

Posted by goresan refleksi on Monday, June 29, 2020 in Teknologi Sains | 1 comment

Untuk klarifikasi jalur yang memadai yang mendukung proses pembuangan seperti itu untuk induksi pelepasan korona dalam air, prinsip-prinsip telah disarankan

1)               Prinsip Elektronik

Mengikuti prinsip-prinsip elektronik, di bawah medan listrik yang diimplementasikan, elektron bebas mempercepat dan dapat mengejutkan dengan dan mengionisasi molekul sekitar, sehingga membentuk lebih banyak elektron bebas (longsoran elektron) dan melakukan kerusakan dalam air. DBD fundamental sepenuhnya mengikuti medan listrik yang digunakan. Jika medan listrik yang digunakan ditambah ke tingkat pengapian, kerusakan akan terjadi dan diakui sebagai debit mikro. Periode pelepasan mikro adalah beberapa nanodetik dan terdistribusi secara merata di atas permukaan dielektrik. Gambar 2 dapat digunakan untuk menafsirkan perilaku debit umum DBD.

Asalkan tegangan celah Vg lebih kecil dari tegangan pengapian, maka tidak ada aktivitas pelepasan dan perangkat berperilaku seperti kombinasi seri dua kapasitansi yaitu kapasitansi celah Cg dan kapasitansi dielektrik Cd.

Kapanpun tegangan gap Vg melintasi level tegangan pengapian, maka pelepasan mikro dimulai. Selama setengah siklus, tegangan keluaran Vd bertahan sekitar konstan (Vd = Vs = Const.) Dan aliran arus melalui celah pembuangan disimpan oleh sejumlah besar mikro-discharge. Sebagai aturan, tegangan pelepasan adalah fungsi dari faktor-faktor seperti komposisi gas, tekanan dan, jarak gas. Jalur pelepasan mikro yang aktif di DBD bersifat selfterminating dan bertindak atas rentang frekuensi pasokan yang besar dengan berbagai tegangan atau bentuk arus. Pandangan skematis geometri pelat paralel DBD yang digunakan saat ini di beberapa laboratorium. Pada tumbukan inelastik, elektron bebas dapat mengionisasi molekul gas sekitar, sehingga membentuk lebih banyak elektron bebas. Elektron bebas dapat mengulangi fenomena dan menghasilkan longsoran elektron (streamer). Ion-ion yang dihasilkan keluar melintasi ruang dan agregat pada dielektrik, di mana mereka membentuk medan listrik terbalik dan menghentikan aliran arus dalam beberapa nanodetik. Karena periode pendek dari pelepasan mikro, hanya elektron, sebagai partikel bermuatan paling ringan, yang dapat menghasilkan energi tinggi; Namun, sisa muatan yang lebih berat dan netral tetap dekat dengan suhu kamar. Elektron yang energetik, berturut-turut, memulai reaksi kimia plasma yang bertanggung jawab atas pembentukan radikal dan ion bebas, yang pada akhirnya merusak zat kontaminan.

2)               Prinsip Thermal Breakdown (Bubble)

Mengikuti prinsip pemecahan termal (gelembung), arus di wilayah medan tinggi memicu pemanasan dan penguapan cairan, menghasilkan gelembung. Kerusakan gas terjadi di dalam setiap gelembung, membentuk lebih banyak pemanasan dan pengembangan gelembung sampai kerusakan total terjadi. Streamer tunggal memiliki sebagian kecil dari diameter milimeter dan dapat merambat ke jarak lebih dari satu sentimeter dalam air

Pelepasan percikan menghasilkan media yang lebih reaktif daripada pelepasan korona berkat partikel berenergi tinggi, radiasi UV, gelombang kejut, dan air superkritis yang memicu transformasi termediasi suhu (yang mungkin mencapai 14.000 - 50.000 K) dan reaksi radikal bebas di dalam dan sekitar saluran plasma. Pada saat pulsa tegangan tinggi selesai, saluran plasma mendingin dan mentransfer energi termal ke air di sekitarnya, melakukan pembangkitan gelembung uap.

Elektron berenergi tinggi yang terbentuk dalam pelepasan listrik menyebabkan eksitasi, disosiasi, penangkapan elektron atau ionisasi molekul target. Radikal bebas semacam itu (● OH dalam contoh air), memiliki kontribusi penting untuk menghancurkan kontaminan.

3)               Jalur Disinfeksi DBD

Banyak jalur telah disarankan untuk menafsirkan produksi DBD difus. Mereka terdiri dari pra-ionisasi gas oleh elektron atau yang dapat diukur dari pelepasan sebelumnya dan interaksi antara plasma dan permukaan dielektrik. Karena keadaan tekanan atmosfer yang paling sesuai untuk beberapa penggunaan DBD, studi tentang fitur berbagai mode pelepasan sebagian besar terkonsentrasi pada keadaan tekanan atmosfer daripada pada rezim tekanan rendah. Agen bakterisida yang dibentuk melalui plasma DBD dapat melibatkan radiasi UV, partikel bermuatan, ROS, dll. Kinetika kematian sel sepanjang penundukan plasma tidak merupakan gejala eksitasi radiasi UV. Baik tanaman dan hewan host merangkul rencana aksi pertahanan yang menggunakan ROS sebagai lawan mikroba yang diserang. DBD dapat membentuk ROS seperti itu karena atom oksigen, ozon, molekul oksigen metastabil, peroksida, superoksida, dan radikal hidroksil, dan semuanya adalah kuman. ROS ini memiliki kapasitas pengoksidasi yang kuat dan cenderung untuk mengambil tindakan dengan sel bakteri. ROS dapat mengoksidasi membran sel dan dapat memicu infiltrasi sitoplasma. Dengan pengobatan plasma, dalam beberapa detik pertama, karena laserasi membran sel, sitoplasma semakin bocor, yang mengarah ke konsentrasi K +, protein, dan asam nukleat dalam suspensi bakteri yang menambah ke tingkat yang lebih tinggi. Selanjutnya, ini kompatibel dengan malapetaka sel yang cepat selama beberapa detik pertama. Namun demikian, dengan periode penundukan plasma yang berkepanjangan, protein yang lolos dan asam nukleat akan semakin teroksidasi oleh ROS, yang menyebabkan penurunan levelnya; Namun, untuk K +, itu tidak dapat dioksidasi, dan karenanya, levelnya berubah jenuh. Dengan mengikuti mekanisme ini, sel-sel bakteri dibunuh. Akibatnya, ROS dapat memiliki kontribusi besar terhadap fenomena demobilisasi. Daya buangan yang lebih besar berkorelasi dengan lebih banyak pembentukan ROS dan dampak demobilisasi yang lebih baik.

Sterilisasi plasma dapat dikategorikan ke dalam tiga rute: radikal hidroksil dapat memperbaiki asam lemak tak jenuh dan memicu peroksidasi lipid, radikal oksigen dapat menimbulkan oksidasi DNA, dan oksidasi asam amino dapat terjadi melalui oksidasi protein.

Peroksida asam lemak dapat diproduksi melalui plasma dan dapat memodifikasi lipid membran. Namun, sterilisasi tidak dilakukan oleh dampak kimia tunggal. Agregasi muatan pada membran sel menyebabkan tekanan elektrostatik yang bertanggung jawab atas laserasi sel. Menggunakan plasma, jalur sterilisasi telah diselidiki secara luas; Namun, itu masih ambigu. Memang, rute sterilisasi melalui pengaruh DBD masih belum sepenuhnya dipahami. Medan listrik dan spesies reaktif adalah parameter mendasar untuk demobilisasi bakteri. Spesies aktif terdiri dari UV atau foton yang terlihat, partikel bermuatan (seperti elektron, ion, dan radikal bebas), spesies netral sangat reaktif seperti atom reaktif (oksigen, fluor, ozon, nitrogen oksida, dll.), Atom keadaan keluar, dan fragmen molekul reaktif. Tabrakan ion berat dengan sel mikroba dapat merusak membran mereka. Tumbukan elektron energik dengan beberapa atom dan molekul dapat mematahkan beberapa ikatan molekul dan membentuk partikel yang tereksitasi dan aktif seperti radikal dan atom yang dapat bermetastasis.

4)               Pada Waktu COVID-19: Arc Discharge-Mediated Disassembly untuk Membunuh Virus

Reaktor plasma terendam pelepasan busur (busur bawah air) (Gambar 6) yang membentuk gelombang kejut, sinar UV, ROS, dan spesies nitrogen reaktif, Lee et al. [126] mempelajari dampak demobilisasi pada murine norovirus (MNV-1) dengan / tanpa pemurnian dalam air. Perlakuan busur air bawah tanah 3 dan 6 Hz pada 12 kV dilakukan untuk pemindahan 2,6 dan 4,2 log pada titer virus yang tidak dimurnikan. MNV-1 setelah 1 menit perawatan, masing-masing. Penghapusan MNV-1 yang dimurnikan lebih besar daripada MNV-1 yang tidak dimurnikan setelah perawatan busur bawah air untuk semua kondisi yang diterapkan (12 atau 15 kV dan 3 atau 6 Hz). Salah satu protein kapsid virus (VP1) tidak dapat diamati setelah perawatan busur bawah air, ketika integritasnya dinilai dengan analisis western blot. Lebih lanjut, analisis electron electron microscopy (TEM) menunjukkan bahwa partikel MNV-1 sepenuhnya tidak terlihat oleh perlakuan (Gambar 7). Ini membuktikan bahwa perawatan busur bawah air, yang cenderung meluruhkan struktur virion MNV-1 dan protein kapsid virus, bisa menjadi teknik disinfeksi yang tepat untuk membunuh norovirus yang terbawa air.

Hasil yang sangat baik ini mendorong penghapusan COVID-19 dari air dan air limbah. Secara sistematis menguji teknologi luar biasa seperti itu (Gambar 8) dapat mengarah pada penentuan konfigurasi terbaik dan optimisasi untuk menghilangkan COVID-19 dan patogen lain dari air dan air limbah.

Mengenai desain proses yang sangat efisien ini, fokus akan diberikan untuk mengintensifkan reaktor dalam hal waktu tinggal dan peluang kontak dekat antara polutan air dan area elektroda. Selanjutnya, menggabungkan pelepasan plasma, elektrokoagulasi (EC), dan aplikasi medan magnet sebagai proses hibrida akan mengarah pada efisiensi yang lebih baik dalam menghilangkan patogen dan bahan organik (OM). Tahap terakhir dapat mengandung adsorpsi karbon aktif yang dibantu oleh proses membran untuk menghilangkan OM yang tersisa terutama yang dilepaskan dari sitoplasma seluler selama proses oksidasi dan desinfeksi.

Di atas permukaan air, yang berada dalam fase gas, pelepasan listrik membutuhkan lebih sedikit energi untuk pembuangan terjadi; Namun, dalam air, pelepasan listrik memerlukan pengaturan yang lebih mudah dan membentuk spesies yang aktif secara kimiawi yang dapat segera membombardir kontaminan berair. Salah satu jenis pelepasan listrik, debit korona berdenyut tetap yang paling dicoba dan terlihat paling mendorong untuk mengolah air. Setel dengan tepat injeksi UV yang diperlukan untuk membunuh mikroorganisme patogen, yang terdiri dari bakteri, virus, spora, dan kista, tetap harus dikerjakan untuk mendapatkan kinerja disinfeksi UV yang lebih baik. Melalui penelitian mereka, teknik yang diperiksa, terutama pelepasan plasma, menunjukkan hasil yang baik dalam menangani penghapusan virus. Metode seperti itu dapat secara eksperimental bereksperimen dengan menentukan keadaan optimal untuk membunuh COVID-19 dan berbagai mikroba patogen dari air. Perhatian dapat didedikasikan untuk meningkatkan perangkat dalam hitungan periode tinggal dan mendekati kontak antara mikroorganisme dan permukaan elektroda. Menggabungkan pelepasan plasma, EC, dan implementasi medan magnet dapat menghasilkan kinerja yang lebih baik dalam menghilangkan virus dan OM. Sebagai pemisahan fisik yang aman, langkah terakhir harus melibatkan adsorpsi karbon aktif yang dilakukan oleh proses membran untuk mempertahankan OM yang dibebaskan dari sitoplasma seluler melalui metode disinfeksi.