Influência de uma descarga transitória de plasma de faísca na produção de altas massas moleculares de produtos químicos a partir de l

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2059 (2023) Citar este artigo

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Plasmas frios à pressão atmosférica são considerados um método futuro em muitas áreas de pesquisa. A modificação plasmática de biomoléculas tem recebido muita atenção, além dos biomateriais tratados com plasma. Portanto, neste trabalho, operamos uma descarga transitória de plasma de faísca (TSP) para estudar seu efeito na estrutura química da l-cisteína. o TSP foi configurado em um arranjo de eletrodo pino a anel e fluiu por gás Ar. Também investigamos o efeito de dois produtos químicos; dimetilsulfóxido (DMSO) e peróxido de hidrogênio (H2O2) pelo método de borbulhamento para mostrar como podem mudar a criação de novos bioprodutos químicos. Espectroscopia de absorção ultravioleta-visível, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e cromatografia líquida-espectroscopia de massa foram usadas para investigar quaisquer alterações nas ligações químicas da estrutura da cisteína e para representar a geração de novas biomoléculas. Com base nos resultados apresentados, as espécies reativas geradas pelo plasma tiveram um grande papel na estrutura química da cisteína. A entrada de DMSO e H2O2 no plasma causou a criação de novos produtos e a biomolécula mais pesada foi produzida pela adição simultânea de DMSO e H2O2. Os resultados também previram que alguns produtos químicos e aminoácidos com maior massa molecular de valor seriam produzidos a partir do processo de polimerização da solução de cisteína. O forte processo de oxidação é responsável pelos compostos químicos pesados.

A capacidade única do plasma frio à pressão atmosférica de produzir uma ampla variedade de espécies reativas em muitos campos, especialmente na medicina plasmática, tem sido considerada por muitos pesquisadores. A inativação de bactérias e vírus1,2, cicatrização de feridas3,4, doenças de pele5,6 e diversos tipos de doenças oncológicas7,8,9,10 estão entre os temas de interesse tratados com plasma frio à pressão atmosférica. Até agora, uma variedade de configurações experimentais de plasma do jato de plasma de pressão atmosférica (APPJ) 13,14,15,16 e descarga de barreira dielétrica (DBD) 17,18,19 foram projetadas e aprimoradas para atingir um objetivo específico. A alteração de vários parâmetros, como tensão, corrente, frequência, intervalo de descarga e tipo de gás de alimentação, pode desempenhar um papel importante na formação da quantidade e do tipo de espécies reativas. Ao estudar as aplicações da medicina plasmática, os pesquisadores se concentram nos sistemas biológicos. Eles tiveram como objetivo compreender as interações entre amostras biológicas e plasma usando métodos de simulação e experimentais20,21,22. Sistemas orgânicos como as proteínas - conhecidos como sistemas biológicos complexos - são considerados por diferentes descargas plasmáticas. Como a quantidade e o tipo de espécies reativas produzidas pelo plasma são muito eficazes no tratamento, os cientistas estudaram o efeito de diferentes configurações plasmáticas nos aminoácidos, que são os principais componentes das proteínas. Em 2014, Takai et al.23 estudaram o efeito de um jato de plasma em 20 aminoácidos e relataram as alterações em 14 cadeias laterais de aminoácidos. Em 2016, Zhou et al.24 atualizaram o sistema de jato de plasma para um número maior de jatos de microplasma para mostrar como o plasma afeta as estruturas da proteína. Alguns anos depois, Wende et al. e Sremacki et al. usaram respectivamente um jato de plasma kINPen e um jato de plasma RF acoplado a um sistema de aerossol para investigar processos de interação plasma-líquido e seu efeito no aminoácido cisteína. Além disso, Lackmann et al. utilizaram duas fontes de plasma para mostrar que os resultados das propriedades químicas são diferentes para cada fonte de plasma27. Em 2014, um dispositivo de plasma de descarga por barreira dielétrica (DBD) foi projetado para investigar diversos mecanismos dos produtos decompostos do aminoácido valina por Li et al.28. Além disso, outros pesquisadores mostraram que fatores como tempo de tratamento e concentração da solução podem afetar a qualidade da modificação29. Curiosamente, os aminoácidos contendo enxofre são considerados um bom alvo. Parece que eles sofrem modificações químicas por tratamento com plasma mais do que outros. Como mencionado anteriormente, a característica mais importante dos plasmas de pressão atmosférica fria é a capacidade de criar espécies altamente reativas de oxigênio e nitrogênio (RONS) que permanecem próximas à temperatura ambiente. Portanto, eles são adequados para modificações do sistema biológico. É perceptível que a interação entre plasma e meio aquoso é essencial para muitas aplicações, especialmente sistemas biológicos. Os organismos vivos contêm água e é por isso que estudar a interação plasma-líquido é crucial30,31,32. Dessa forma, os cientistas têm se concentrado na água ativada por plasma (PAW)33,34. O tratamento acima ou abaixo da superfície da água por exposição ao plasma35,36 converte a água em um meio ativo que inclui muitas espécies reativas. A interação de radicais e partículas derivados do plasma com moléculas de água resulta em várias reações químicas. De fato, ao aprisionar espécies e partículas energéticas provenientes da fase plasmática para o líquido aquoso, muitas novas reações químicas na interface gás-líquido se formam e, em seguida, causam a criação de muitas outras partículas reativas que se dissolvem na água . Essas espécies reativas podem incluir espécies reativas de oxigênio ou nitrogênio, como espécies de fase líquida (H2O2, NO2–, NO3–, ·OH, ONOOH, ONOO–) e (NO, NO2, O3, O atômico, NO, NO2, N2O, HNO2 , HNO3, O2–, 1O2)39,40,41,42,43. Entre os diferentes tipos de plasmas frios à pressão atmosférica, a descarga transitória de plasma por faísca (TSP) é muito útil devido à sua alta densidade eletrônica. As descargas TSP são conhecidas como autopulsantes acionadas por CC, com frequência de repetição entre 1 e 10 kHz e pulsos de corrente tipicamente de curta duração (10–100 ns) . Este tipo de descarga de plasma consiste em um grande número de serpentinas com um campo elétrico de quase 200 kV/cm em suas cabeças que podem ser transferidos em pulsos curtos de corrente de faísca. Esta característica das descargas TSP permite que a ionização e processos químicos eficazes sejam realizados facilmente45,46.