Plasmen als Werkzeug: EU fördert Projekt Bochumer Plasmaforscher

Dekontamination in der Medizintechnik

Plasmaforscher der Ruhr-Universität beteiligen sich maßgeblich an der Lösung eines der größten Probleme der Medizintechnik: der Kontamination von medizinischen Instrumenten, von Implantaten oder von Gewebe durch Mikroorganismen oder pathogene Biomoleküle. Der Einsatz von Niedertemperaturplasmen als Werkzeug zur Dekontamination kann hier einen entscheidenden Beitrag leisten. Das internationale Projekt BIODECON unter Federführung des Centers of Plasma Science and Technology der RUB fördert die Europäische Union bis 2008 mit insgesamt 1,55 Mio. Euro. Beteiligt sind daran das Fraunhofer Institut (IVV) in Freising, das Joint Research Centre (JRC) in Ispra (Italien), die französische Atomenergiebehörde (CEA) und die Firma ACXYS in Grenoble (Frankreich).

Neues Verfahren mit Plasma-Entladungen

In ihrem Projekt BIODECON erforschen die Wissenschaftler die Wechselwirkung von Niedertemperaturplasmen mit biologischen Systemen. Ziel ist, Plasma-Entladungen als neues Dekontaminationsverfahren zu testen und zu etablieren. Die Kontamination mit Mikroorganismen und Toxinen ist eines der größten Probleme, das sich der Medizintechnik stellt. Einige der am schwersten zu beseitigenden Verunreinigungen, zum Beispiel Prionen (die Erreger der Creutzfeld-Jakob Krankheit), sind resistent gegen Hitze und andere traditionelle Sterilisationsverfahren. Zudem können diese Verfahren sehr teure medizinische Instrumente und zu sterilisierendes menschliches Gewebe schädigen. „Die daraus resultierenden Kosten sind eine Belastung des europäischen Budgets für Gesundheitsvorsorge“, sagt Prof. Dr. Peter Awakowicz (Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RUB), der das Projekt gemeinsam mit dem Bochumer Plasmaphysiker Prof. Dr. Achim von Keudell (Fakultät für Physik und Astronomie) leitet.

„Physics meets biology“

Forscher vom Center of Plasma Science and Technology an der Ruhr Universität koordinieren das Projekt. Das JRC und das IVV sind mit ihrem mikrobiologischen Know-how beteiligt. Die französische Atomenergiebehörde CEA trägt mit ihren Einrichtungen zur sicheren Untersuchung von Prionen, die zu den größten in Europa gehören, bei. Die Firma ACXYS stellt schließlich Atmosphärendruck-Plasmaquellen her. „In dieser Partnerschaft sind in idealer Weise die Expertisen in Plasmaphysik, Mikrobiologie und der kommerziellen Umsetzung von Plasmatechniken gebündelt“, sagt Prof. Achim von Keudell.

Forschung mit Niedertemperaturplasmen

Ein Niedertemperaturplasma enthält energetische Teilchen und Radikale. Es entsteht, indem in ein Quellgas Leistung eingekoppelt wird, zum Beispiel durch Anlegen von elektrischen Feldern. Die reaktiven Teilchen in dem Plasma können mit Biomolekülen reagieren und diese zerstören. Damit werden Giftstoffe und pathogene Mikroorganismen inaktiviert. Der einzigartige Vorteil einer Plasma-Entladung ist der Umstand, dass man mit ihnen auch empfindliche Substrate wie hitzeempfindliche Kunststoffimplantate behandeln kann. Das Projekt umfasst Forschung mit Plasmen bei hohen und niedrigen Drücken, die aus unterschiedlichen Quellgasen wie Sauerstoff, Fluor, Wasserstoff, Stickstoff und Argon erzeugt werden.

Grundlagenforschung mit Anwendungspotenzial

In dem Projekt BIODECON spielt die Grundlagenforschung eine entscheidende Rolle. Bisherige Arbeiten der Partner hatten gezeigt, dass Plasmen prinzipiell geeignet sind, zum Beispiel Sporen oder bestimmte Toxine bei niedrigen Temperaturen zu zerstören. Allerdings ist das gesamte Potenzial von Plasmen in diesem Bereich noch größtenteils unerforscht und die Wechselwirkungsmechanismen von Plasmen mit Biomolekülen oder lebenden Zellen sind unbekannt. Um diese Fragen zu beantworten, bestimmen die Forscher die reaktiven Teilchen in den Plasmen mit spektroskopischen Methoden und untersuchen deren Wirkung auf die Biomoleküle mit Infrarotspektroskopie und der mikrobiologischen Analyse. Zudem setzen sie spezielle Teilchenquellen für Atome, Ionen und Photonen ein, um einzelne Wirkmechanismen zu isolieren. „Wir erwarten, dass diese Experimente zur Wechselwirkung von Plasmen mit biologischen Systemen wertvolle Erkenntnisse liefern“, so Prof. von Keudell. Langfristiges Ziel des Projekts ist es, den Grundstein zu legen, um neue kommerzielle Plasmaquellen zu entwickeln. Diese sollten ein breites Anwendungsfeld in der Medizintechnik finden und damit die Kosten reduzieren.