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Plasma frío. Foto: APL.

Un plasma tradicional es el quinto estado de la materia. En él los átomos están descompuestos parcialmente y algunos de sus electrones se mueven libremente por el plasma, quedando los átomos ionizados. El plasma es neutro aunque esté formado por una mezcla de cargas eléctricas.
Conseguir un plasma es fácil, sólo hace falta elevar la temperatura de un gas unos cuantos miles de grados para lograrlo. De hecho es el estado de la materia más común, pues el gas que forma las estrellas está en forma de plasma.
Desde hace algún tiempo se vienen desarrollando sistemas de producción de plasma frío a temperatura ambiente para aplicaciones biomédicas, pues un plasma normal mataría inmediatamente toda célula viva, incluyendo las de un hipotético paciente. El plasma frío, sin embargo, se podría utilizar in situ para matar bacterias, curar heridas y otro tipo de tratamientos.
Mounir Laroussi y XinPei Lu de la Old Dominion University en Virginia, han desarrollado un dispositivo sencillo y sostenible a mano que produce un plasma frío. El resultado ha sido publicado en Applied Physics Letter (Appl. Phys. Lett. 87 113902).

Figura 2: Esquema del dispositivo.

Conseguir un plasma frío no es nada fácil, y menos a presión normal. Aun así se han conseguido instrumentos que lo producen, pero son grandes y pesados, imposibilitando su uso para muchas aplicaciones. Una buena fuente de este tipo debe de trabajar a presión y temperatura normal, se debe de sujetar con una mano y no debe de estar basada en un arco voltaico.
El nuevo sistema desarrollado por Laroussi y Lu consiste en dos electrodos fabricados con dos anillos delgados de cobre que están sujetos a una superficie de vidrio en forma de disco. El disco tiene unos 2,5 cm de diámetro y tiene un agujero en el centro. Estos electrodos están dentro de un tubo dieléctrico (aislante) y separados por una distancia variable de entre 0,5 y 1 cm (ver figura 2).
Cuando el gas helio es inyectado en el tubo, una descarga eléctrica ultracorta (menos de un microsegundo) de alto voltaje es aplicada a los electrodos. Esto produce una pluma de plasma (figura 1) que es eyectada a través del agujero. La pluma puede tener hasta 5cm de longitud máxima. El tamaño de la pluma varía con el flujo del gas y el voltaje aplicado, y en todo momento permanece a temperatura ambiente, pudiéndose tocar con las manos.
El nuevo sistema mejora todos los diseños anteriores, puede usarse por largos periodos de tiempo, no contiene objetos punzantes metálicos y tampoco hay riesgo de descarga de arco.
El gas a temperatura ambiente de un plasma frío se encuentra fuera de equilibrio termodinámico y las partículas cargadas pueden absorber energía del campo eléctrico. Esta población de partículas cargadas energéticamente muy activas permite que reacciones químicas que normalmente sólo ocurren a altas temperaturas sucedan dentro del plasma frío a temperatura ambiente.
También, como se forman radicales libres, se puede utilizar un plasma frío para tratar superficies y así limpiarlas, grabarlas, etc.
Entre las aplicaciones de este tipo de plasma estaría su uso sobre polímeros que son muy sensibles al calor. Incluso se pueden crear recubrimientos de polímeros sobre todo tipo de superficies.
En aplicaciones biomédicas sirven para limpiar y esterilizar. Se puede activar superficies para cambiar su adhesividad, rugosidad,… y conseguir que los implantes sean más biocompatibles. También se puede promover la absorción selectiva de proteínas, cambiar la adhesión celular, mejorar el cultivo de células, etc.