Influência de uma descarga de plasma de faísca transiente na produção de produtos químicos de alta massa molecular de l

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2059 (2023) Citar este artigo

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Plasmas de pressão atmosférica fria são considerados um método próximo em muitas áreas de pesquisa. A modificação de biomoléculas por plasma tem recebido muita atenção, além dos biomateriais tratados com plasma. Portanto, neste trabalho, operamos uma descarga de plasma de faísca transiente (TSP) para estudar seu efeito na estrutura química da l-cisteína. o TSP foi configurado em um arranjo de eletrodo de pino a anel e fluiu por gás Ar. Também investigamos o efeito de dois produtos químicos; dimetil sulfóxido (DMSO) e peróxido de hidrogênio (H2O2) pelo método de borbulhamento para mostrar como eles podem alterar 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 descrever a geração de novas biomoléculas. Com base nos resultados exibidos, as espécies reativas geradas por 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 valor de massa molecular são 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 de pressão atmosférica fria de produzir uma ampla variedade de espécies reativas em muitos campos, especialmente na medicina de plasma, tem sido considerada por muitos pesquisadores. Inativação de bactérias e vírus1,2, cicatrização de feridas3,4, doenças de pele5,6 e diversos tipos de doenças cancerígenas7,8,9,10 estão entre os temas de interesse tratados com plasma frio à pressão atmosférica. Até agora, uma variedade de configurações experimentais de plasma11,12 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 tipo de espécies reativas. Ao estudar as aplicações da medicina de plasma, os pesquisadores se concentram em sistemas biológicos. Eles têm como objetivo entender as interações entre amostras biológicas e plasma usando simulação e métodos experimentais20,21,22. Sistemas orgânicos como as proteínas -conhecidos como sistemas biológicos complexos- estão sendo 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 das diferentes configurações do plasma 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 kINPen25 e um jato de plasma de RF acoplado a um sistema de aerossol26 para investigar os processos de interação plasma-líquido e seu efeito no aminoácido cisteína. Além disso, Lackmann et al. utilizou 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 de barreira dielétrica (DBD) foi projetado para investigar vários 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 de 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 ficam próximas à temperatura ambiente. Portanto, eles são adequados para modificações de sistemas biológicos. É perceptível que a interação entre plasma e meio aquoso é essencial para muitas aplicações, principalmente em sistemas biológicos. Os organismos vivos contêm água e é por isso que estudar a interação plasma-líquido é crucial30,31,32. Desta forma, os cientistas têm focado na água ativada por plasma (PAW)33,34. O tratamento acima ou abaixo da superfície da água pela exposição ao plasma35,36 converte a água em um meio ativo incluindo muitas espécies reativas. A interação de radicais e partículas derivados do plasma com moléculas de água resulta em várias reações químicas. De fato, ao capturar espécies e partículas energéticas provenientes da fase de plasma para o líquido aquoso, muitas novas reações químicas da interface gás-líquido se formam e, então, criam muitas outras partículas reativas que estão se dissolvendo na água37,38. 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 de pressão atmosférica fria, a descarga de plasma de faísca transiente (TSP) é muito útil devido à sua alta densidade de elétrons. As descargas de TSP são conhecidas como autopulsos acionados por CC com frequência de repetição entre 1 e 10 kHz e pulsos de corrente tipicamente de curta duração (10–100 ns)44. Este tipo de descarga de plasma consiste em um grande número de streamers com um campo elétrico de aproximadamente 200 kV/cm em suas cabeças que podem ser transferidos em pulsos curtos de corrente de faísca. Esta característica das descargas de TSP permite que a ionização e processos químicos eficazes sejam realizados facilmente45,46.