Esterilización por plasma: explicamos esta tecnología de vanguardia que aplica el vacío

La esterilización tiene un papel fundamental en campos como la medicina, la alimentación, la cosmética, el tratamiento de aguas o numerosos procesos de fabricación, entre otros. Acabar con los microorganismos en un lugar determinado (superficies, líquidos, cultivos biológicos, etc.), sea matándolos, sacándolos o desactivándolos garantiza la seguridad de productos y procedimientos y asegura que no exista contaminación, que podría provocar infecciones o dañar la calidad de los productos. Existen diferentes formas de esterilización, que enumeraremos en este post, y en esta ocasión nos detendremos en la esterilización por plasma.

En un post anterior hablábamos de la limpieza por plasma como del proceso que posibilita eliminar contaminantes de superficies usando gas ionizado o en lo que se suele llamar cuarto estado de la materia (además de sólido, líquido y gas), que los volatiliza. La esterilización con este gas ionizado es un proceso que, aunque funciona de forma parecida, tiene un objetivo diferente, que va más allá de eliminar contaminantes para asegurar la pureza de una superficie, especialmente en casos en los que se requiere procesado posterior (propios de la industria, como la de fabricación de microchips), y debe asegurar que la superficie está libre de microorganismos vivos para así prevenir la infección y la contaminación.

A menudo se confunde con la desinfección, pero aunque ambas tienen por objetivo descontaminar una región específica, la desinfección no necesariamente acaba con todos los microorganismos, especialmente las esporas bacterianas más resistentes. Por eso, mientras que en casos como la limpieza de superficies o habitaciones solemos hablar de desinfección, en los casos en los que un solo microorganismo puede causar graves consecuencias como la medicina, es necesaria la esterilización.

El plasma, el cuarto estado de la materia

Como explicamos en el post sobre limpieza por plasma, esta palabra define lo que el Plasma Science and Fusion Center del MIT (Massachusetts Institute of Technology) llama materia a temperatura tan alta que los electrones son arrancados de los átomos formando un gas ionizado.

En otras palabras, el plasma es un gas al que se le aplica suficiente energía como para que los átomos liberen electrones y se ionicen, presentando propiedades como la conductividad eléctrica, la emisión de luz, la respuesta a campos magnéticos, etc. Una de estas propiedades es la de interactuar con microorganismos y desactivarlos o destruirlos, lo que permite la esterilización, como veremos en el siguiente apartado. Sin embargo, no todos los gases pueden ionizarse de forma sencilla, suele hacerse sobre todo con argón, neón y xenón. El oxígeno y el nitrógeno, por ejemplo, a pesar de ser gases habituales a nuestro alrededor son más difíciles de transformar porque requieren mucha más energía.

Es difícil ver plasma en nuestra vida cotidiana, ya que es menos común que los otros estados de la materia como el sólido, líquido y gas, que vemos en el caso del agua, que conocemos en forma de hielo, del agua que bebemos y del vapor, o en el caso del nitrógeno, del que conocemos su forma líquida por sus aplicaciones médicas, por ejemplo, además de su forma gaseosa.

Tal vez habremos visto una lámpara de plasma, que es aquella que consta de una esfera de vidrio con gases a baja presión en su interior que producen rayos luminosos y coloridos que se mueven dinámicamente dentro, creando un efecto visual parecido a un relámpago en miniatura, o una luz de neón (aunque hoy en día la mayoría ya funcionan con led), que utiliza gas neón para emitir una luz brillante en colores vivos como el rojo, el azul o el verde. Los televisores de plasma (hoy en día sustituidos casi en su totalidad por LCD y LED) también usaban células plasmáticas para producir imágenes. Donde sí podemos observar plasma de forma natural es en los relámpagos de una tormenta: la alta energía y temperatura de un rayo ioniza el aire, generando plasma que emite luz y sonido.

¿Cómo funciona la esterilización por plasma?

Como hemos apuntado en el apartado anterior, la ionización del argón, el xenón o el neón les confiere una serie de propiedades muy interesantes para aplicaciones industriales. Una de ellas es la de alterar y destruir las estructuras celulares y el ADN de los microorganismos, dejándolos inactivos o matándolos, de manera que es muy útil para esterilizar superficies. Esta esterilización por plasma no puede llevarse a cabo a presión atmosférica, ya que ésta no facilita las condiciones para la ionización (por ejemplo, los átomos del gas no pueden moverse libremente al haber menos espacio entre ellos y crearse colisiones). Por eso es preciso un equipo para generar un espacio de baja presión, es decir, de vacío.

1. Preparación de la cámara de vacío

Como otros procesos que se hacen a baja presión, la esterilización por plasma empieza con la preparación de una cámara de vacío. Se introducen (normalmente en bandejas o similar) los artículos a esterilizar y se sella la cámara para que no se produzcan fugas.

2. Evacuación de la cámara

Los gases atmosféricos presentes en la cámara, como el nitrógeno, el oxígeno, el argón o el dióxido de carbono, se evacúan mediante una bomba de vacío, que lo hace creando un espacio de baja presión en su interior y aspirando los gases hacia ella. De esta manera se crea un vacío, o en otras palabras, un espacio con muy pocas moléculas de materia.

3. Introducción de gas agente esterilizador

Una vez sellada la cámara y creado el vacío, se introduce el gas que se ionizará, normalmente altamente concentrado, es decir, en una alta proporción. Este gas, como hemos visto, suele ser argón, neón o xenón. La elección del agente o gas percusor depende de la aplicación específica y de los materiales que se esterilizan. Como la cámara está a baja presión, este gas se dispersa de forma eficiente para evitar colisiones de las moléculas.

4. Aplicación de energía

Mediante una descarga eléctrica (normalmente radiofrecuencia o con electrodos) se aceleran las partículas de forma eficiente (sin tantas colisiones que dispersen la energía) creando así iones cargados positivamente (cationes) y electrones libres en el gas.

5. Activación del plasma

Al ionizarse el gas se crea un plasma altamente reactivo y energizado, materia compuesta por iones, electrones y otras especies reactivas con propiedades como las que hemos mencionado anteriormente.

6. Interactuación con los artículos a esterilizar

El plasma entra en contacto con la materia y genera especies reactivas. Esto se hace durante un tiempo controlado.

7. Esterilización

En contacto con estas especies reactivas, las bacterias, virus, esporas y otros microorganismos, dañándolos hasta la muerte o inactivándolos.

8. Eliminación de residuos

Una vez esterilizados los artículos, en la cámara quedan residuos producto de la reacción que se eliminan por succión, de nuevo, con un bombeo a presión (se llena la cámara con otro gas para expulsar los compuestos volátiles por otro conducto).

9. Aireación de la cámara para su nuevo uso

Antes de retirar los artículos y volver a iniciar el proceso, se airea la cámara mediante bombeo para volver a la presión atmosférica.

10. Retirada de los artículos esterilizados

Una vez el ambiente está libre de compuestos volátiles y los artículos, esterilizados, se retiran de la cámara de forma segura.

Ventajas frente a otras formas de esterilización

Como ocurre con otras técnicas que se llevan a cabo en condiciones de vacío, la esterilización por plasma tiene ventajas que tienen que ver sobre todo con su efectividad, el hecho de no necesitar elevadas temperaturas o energía en otras formas y su seguridad, entre otras. Las más importantes son:

• No daña los artículos que son sensibles a las altas temperaturas, al no requerir aplicar calor.
• Es muy efectiva a la hora de matar o inactivar microorganismos.
• Permite una esterilización uniforme, al penetrar en geometrías complejas y grandes áreas.
• Se puede hacer de forma muy rápida, por lo que es muy eficiente.
• Se puede hacer con muchos artículos a la vez, dependiendo de las cámaras de vacío.
• Tiene un impacto ambiental bajo, al no depender de de productos químicos tóxicos, no requerir el uso de grandes cantidades de energía y ser eficiente.
• Es muy versátil, ya que puede llevarse a cabo con artículos de muchas formas, tamaños y materiales.
• Permite un control del proceso muy preciso, de forma que se pueden ajustar parámetros según necesidades, como el tiempo de esterilización.
• Es seguro para los operadores, al no implicar, como sí pasa con otras formas de esterilización, químicos peligrosos.

Sin embargo, la esterilización por plasma todavía no es ampliamente utilizada, ya que su implementación precisa equipos especializados que requieren una inversión inicial importante, así como personal especializado para operarla.

Aplicaciones de la esterilización por plasma

Las ventajas de la esterilización por plasma han hecho que industrias diversas que reiquieren prevenir la contaminación de superficies y artículos mediante la eliminación o inactivación de microorganismos y patógenos la hayan incorporado a sus procesos. Algunos ejemplos son:

• Medicina y salud: se trata de la industria número uno en necesidad de esterilización para prevenir problemas en la salud. Los equipos por plasma permiten llevarla a cabo en dispositivos y equipos que son sensibles a las altas temperaturas y la humedad como endoscopios, catéteres y instrumentos quirúrgicos.
• Farmacia y cosmética: de una forma similar a la medicina, la farmacia necesita velar por la seguridad de los medicamentos y artículos que comercializa, porque pueden entrañar riesgos para la salud.
• Biotecnología: los laboratorios usan la esterilización por plasma en su actividad de investigación, por ejemplo, en sus utensilios y superficies, ya que la contaminación puede generar resultados indeseados en sus experimentos.
• Alimentación: la esterilización por plasma se puede usar en materiales de empaquetado de comida, que a menudo son sensibles a la humedad y altas temperaturas, para asegurar la seguridad y la mayor vida útil de los productos.
• Electrónica: en esta industria, como en la farmacéutica y otras muchas, se usan salas blancas (espacios con ambiente aséptico), además de componentes electrónicos y materiales semiconductores que necesitan estar libres de cualquier contaminación, que pueden esterilizarse por plasma.
• Patrimonio cultural: las instituciones y organismos encargados de preservar el patrimonio artístico, arquitectónico, literario, etc., pueden descontaminar y conservar objetos como partes de edificios, libros, cuadros, etc. gracias a la esterilización por plasma, que elimina y previene la proliferación de microorganismos que lo deterioran.

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