Pesquisa majoritariamente brasileira desenvolve método que mistura gases e torna plasma mais eficiente na eliminação de fungo

Estudo mostra que a combinação de gases em plasma de baixa pressão pode eliminar fungos presentes em tecidos de máscaras N95 sem comprometer a estrutura do material

Por: Rayane Luana Azevedo (Agência Focas – Jornalismo Uniso)

_{Processo de ajuste do sinal elétrico na fonte de radiofrequência para geração do plasma | Fonte: Unesp-Sorocaba}

Um estudo conduzido em 2023 por pesquisadores brasileiros e uma cientista polonesa demonstrou que uma combinação específica de gases pode tornar o plasma de baixa pressão mais eficiente na eliminação de fungos presentes em tecidos de máscaras N95, sem comprometer o material tratado. A pesquisa mostrou que a máscara, utilizada normalmente em indústrias e hospitais, mantém sua estrutura e capacidade de filtragem mesmo após a aplicação do plasma.

Publicado na revista científica internacional Plasma Processes and Polymers, o trabalho foi desenvolvido por cientistas da Universidade Estadual Paulista (Unesp), da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), da Wroclaw University of Technology (Universidade Tecnológica de Wroclaw), na Polônia, e conta ainda com colaboração da Universidade Municipal de São Caetano do Sul.

Entre os autores, estão Julia Kolowrotkiewicz, Rafael Ribeiro, Gabriel Izumi, Luiz Henrique da Silva, Letícia do Nascimento, Iolanda Duarte, Nilson Cruz, Tânia Passeti e Elidiane Rangel. Segundo Elidiane Rangel, uma das autoras do estudo e professora da Unesp-Sorocaba, as parcerias foram fundamentais para a realização dos testes microbiológicos, de citotoxicidade e das análises de composição química de superfície.

O que é plasma frio?

Embora pouco conhecido fora do meio científico e frequentemente chamado de “quarto estado da matéria”, por possuir um estado variado comparado ao sólido, líquido e gasoso, o plasma está presente em diversos fenômenos do cotidiano. Ele se forma quando um gás recebe energia suficiente para que seus átomos se tornem eletricamente carregados. Isso ocorre, por exemplo, nos relâmpagos e em lâmpadas fluorescentes.

No laboratório, o chamado plasma de baixa pressão pode ser produzido de maneira controlada. Esse plasma gera espécies altamente reativas, como radicais livres, capazes de atacar estruturas celulares de bactérias e outros microrganismos.

No caso do chamado plasma frio, essa ativação ocorre sem aquecer significativamente o material tratado. Ou seja, a desinfecção acontece por meio de reações químicas e não por calor, sendo uma característica fundamental para materiais sensíveis, como os polímeros utilizados em máscaras hospitalares.

O desafio, porém, é encontrar uma condição que seja letal para o patógeno, mas segura para o material. Segundo a professora Elidiane Rangel: “a ação do plasma acontece por afinidade química. Nós não utilizamos altas temperaturas como na autoclave. Isso permite desinfectar o material sem comprometer sua estrutura.”

A ideia que deu origem ao projeto

A ideia do projeto surgiu a partir da combinação entre experiência prévia com modificação de polímeros por plasma e uma necessidade prática: buscar alternativas mais eficientes e sustentáveis para a desinfecção de materiais hospitalares.

O grupo de pesquisa já estudava o uso de plasmas de baixa pressão para provocar erosão química controlada em materiais poliméricos, processo utilizado, por exemplo, para modificar superfícies. Em trabalhos anteriores, a equipe observou que misturas de oxigênio com gases contendo flúor aumentavam significativamente a reatividade do plasma.

A partir desse conhecimento, surgiu, segundo a professora, a pergunta científica: seria possível aplicar esse mesmo princípio para atacar células patogênicas sem danificar o material de suporte? “Já existiam estudos mostrando que a mistura de oxigênio com flúor aumentava a erosão de polímeros. Então pensamos: se o plasma fica mais reativo, será que ele também poderia ser mais eficiente na destruição de microrganismos?”

A pandemia de Covid-19 também reforçou a importância de pesquisas voltadas à desinfecção de máscaras e materiais hospitalares, especialmente, diante da escassez de equipamentos de proteção em diversos momentos. Embora o estudo não tenha sido conduzido especificamente para o coronavírus, ele dialoga com esse contexto ao propor alternativas tecnológicas para esterilização segura e reutilização de materiais.

Segundo a pesquisadora, o grande desafio era encontrar equilíbrio. “Queríamos um processo que fosse agressivo para a célula patógena, mas não para o tecido. A inovação foi justamente testar uma condição que ainda não havia sido reportada, na literatura, para esse tipo de aplicação”, explica.

O projeto também ganhou força com a vinda da estudante polonesa Julia Kolowrotkiewicz, da Wroclaw University of Technology, para um intercâmbio acadêmico no Brasil, o que permitiu ampliar os experimentos e fortalecer a cooperação internacional.

Como o experimento foi feito

Os pesquisadores trabalharam com a camada branca da máscara N95, feita de polipropileno — um tipo de plástico composto, principalmente, por carbono e hidrogênio. As máscaras foram cortadas em fragmentos de aproximadamente um por dois centímetros.

Esses fragmentos foram contaminados com fermento biológico (o fungo Saccharomyces cerevisiae, não patogênico e seguro para uso em laboratório). Em seguida, as amostras foram colocadas em um reator a vácuo e expostas ao plasma formado por misturas de dois gases: oxigênio e hexafluoreto de enxofre (SF₆), que contém flúor.

A proporção desses gases variou de 0% a 100%, enquanto fatores como pressão, potência elétrica e tempo de tratamento foram mantidos constantes. Quando submetido ao plasma, o oxigênio se fragmenta em formas altamente reativas, capazes de atacar a estrutura do microrganismo. Já o flúor possui forte afinidade química com hidrogênio. Ao interagir com o polímero e com a célula do fungo, ele enfraquece essas estruturas, facilitando a ação do oxigênio.

“Queríamos entender se o flúor tornaria o plasma mais eficiente na destruição da célula patógena sem causar danos significativos ao tecido de suporte”, explica Rangel.

_{(A) Representação esquemática do sistema de plasma acoplado capacitivamente usado neste estudo. (B) Fotografia do eletrodo superior com as amostras de tecido conectadas a ele. (C) Representação esquemática dos eletrodos de placas paralelas acoplados capacitivamente, juntamente com as condições de excitação do plasma. (D) Fotografia do reator de plasma durante um experimento; o dispositivo posicionado em frente à janela de vidro é um espectrômetro que captura as emissões do plasma para análises de espectroscopia de emissão óptica (não mostrado). (E) Estrutura química do composto hexafluoreto de enxofre |}

_{Fonte: Imagem retirada do artigo publicado na revista Plasma Processes and Polymers (2023)}

_{Combinações de gases testadas no estudo que resultaram em esterilização completa do fungo Saccharomyces cerevisiae | Fonte: NotebookKLM}

Resultados: eliminação total do fungo em sete condições

Os testes microbiológicos mediram o número de unidades formadoras de colônia, indicador utilizado para avaliar quantas células do fungo sobreviveram após o tratamento.

Os resultados mostraram:

• Redução de até quatro ordens de grandeza (queda de até 10 mil vezes) na quantidade de fungos em alguns tratamentos;
• Sete combinações de gases que promoveram eliminação total dos microrganismos;
• Manutenção da integridade estrutural do tecido;
• Ausência de toxicidade para células humanas em testes laboratoriais.

As análises microscópicas mostraram que as fibras do tecido sofreram apenas alterações superficiais sutis, sem destruição estrutural significativa. Além disso, testes de citotoxicidade indicaram que o material tratado não apresentou risco potencial de causar irritação ou dano celular.

“O plasma atacou fortemente a célula patogênica, mas preservou as propriedades do tecido. Esse era o nosso objetivo principal”, afirma a pesquisadora.

_{Infográfico resume o funcionamento do plasma de oxigênio e hexafluoreto de enxofre (SF₆) e os principais resultados do estudo | Fonte: NotebookKLM}

Vantagens em relação aos métodos tradicionais

Atualmente, processos de desinfecção utilizam métodos como calor (autoclave), radiação ultravioleta, radiação gama e agentes químicos. Cada um apresenta limitações:

• O calor pode danificar materiais poliméricos;
• A radiação ultravioleta não alcança superfícies que ficam na sombra;
• A radiação gama exige infraestrutura cara e especializada;
• Produtos químicos podem deixar resíduos.

O plasma frio, por ser um gás reativo, consegue atingir simultaneamente todas as superfícies expostas, inclusive estruturas porosas. Além disso, consome menos energia e não gera resíduos químicos adicionais.

Próximos passos

Agora, o grupo pretende otimizar parâmetros como pressão e tempo de exposição, além de desenvolver um protótipo automatizado que permita o uso da tecnologia por profissionais da área da saúde.

A expectativa é que, no futuro, o método possa ser aplicado não apenas em máscaras, mas também em tecidos hospitalares e instrumentos médicos. “Já demonstramos que funciona. Agora precisamos tornar o processo mais rápido, mais econômico e aplicável fora do laboratório”, explica Rangel.

Segundo a pesquisadora, a meta futura é envolver estudantes da área de controle e automação — curso em que ela leciona na Unesp-Sorocaba — para desenvolver um sistema automatizado de esterilização.

[Texto desenvolvido na disciplina de Jornalismo especializado, ministrada pela professora Georgia de Mattos]