Informações
Nível de aprovação pela UnB
Aprovado pela UnB
Nome Completo do Proponente
Rodrigo Andrés Miranda Cerda
Matrícula UnB
1055348
Unidade acadêmica da UnB
rmiracer@unb.br
Link Cúrriculo Lattes
Título da Proposta
DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA A PLASMA PARA DESCONTAMINAÇÃO MICROBIANA E VIROLÓGICA
Sumário Executivo da Proposta
O processo de esterilização de instrumentos e equipamento médico é essencial para evitar a transferência de infecções por bactérias e vírus tais como o SARS-CoV-2 entre pacientes e os profissionais da saúde. Dentre as técnicas de esterilização de materiais e descontaminação de ambientes destacam-se as tecnologias baseadas em plasmas ou gases ionizados. Neste projeto propomos o desenvolvimento e construção de dois tipos de dispositivos de descontaminação baseados em plasmas. O primeiro dispositivo será baseado em descarga corona, portátil e de baixo custo, enquanto que o segundo dispositivo será baseado em reator a plasma projetado para descontaminação em maior escala. As tecnologias serão desenvolvidas no Laboratório de Física de Plasmas da Universidade de Brasília, seguindo o modelo de “hardware livre”, no qual os diagramas e esquemáticos devem ser disponibilizados publicamente, de maneira que qualquer pessoa ou entidade possa estudar, modificar, distribuir, fabricar e vender diagramas e equipamento baseado no diagrama original. A proposta também inclui desenvolvimento e capacitação de recursos humanos através de projetos de iniciação científica, bolsas de apoio técnico e dissertações de mestrado.
Tipo da Proposta
Palavras-chave
plasma, esterilização, ionização, descargas elétricas, descarga corona
Número de Integrantes da Equipe
8
Nome dos Integrantes da UnB
Prof. Dr. José Leonardo Ferreira (LFP IF/UnB), Profa. Dra. Adriane B. Schelin (LFP IF/UnB), Prof. Dr. Ivan S. Ferreira (LFP IF/UnB), Prof. Dr. Ronni G. G. de Amorim (FGA), Profa. Dra. Marlene Teixeira De-Souza (ICB/UnB), Dr. João Henrique C. de Souza (Anvisa), Msc. Lorena de S. Moreira (Eng. Biomédica/FGA)
Há integrantes externos à UnB?
Sim
Possui apoio de Grupo de Pesquisa Certificado pela UnB no CNPq?
Sim
Nome/Link do Grupo de Pesquisa certificado no CNPq pela UnB
Laboratorio de Física de Plasmas https://www.fis.unb.br/experimental/index.php?option=com_content&view=article&id=200:laboratorio-de-fisica-de-plasmas&catid=34&Itemid=16
Público alvo
Análise do Contexto
O impacto da pandemia da COVID-19 no sistema público de saúde no Brasil tem levado à uma necessidade de reutilização de material utilizado para o atendimento de pessoas infetadas. O processo de esterilização de instrumentos e equipamento médico é essencial para evitar a transferência de infecções entre pacientes e os profissionais da saúde. Além disso, pesquisas recentes indicam que vários tipos de bactérias e vírus, inclusive o COVID-19, podem permanecer em suspensão no ar principalmente em ambientes fechados com pouca ou nenhuma forma de ventilação. Para isso, os processos de esterilização e de descontaminação ambiental devem ser capazes de eliminar ou destruir todas as formas de microrganismos (ex., vírus, bactérias, fungos) presentes em um ambiente específico e nos diversos tipos materiais lá contidos, garantindo assim um nível de segurança adequado para os profissionais envolvidos com as pessoas infectadas.
Existem várias técnicas de esterilização de materiais e de descontaminação de ambientes. Por exemplo, esterilização com vapor saturado à pressão, com calor seco utilizando estufas ou fornos de Pasteur, por irradiação ultravioleta, por produtos químicos, e por plasma. Neste contexto, o plasma é um dos estados fundamentais da matéria, obtido através da ionização de um gás. O gás ionizado contem partículas energéticas (elétrons e íons) que podem realizar a eliminação de micro-organismos através de processos eficientes de quebra das ligações moleculares.
O Laboratório de Física dos Plasmas do Instituto de Física da Universidade de Brasília (LFP/UnB) vem desenvolvendo tecnologias baseadas em plasmas desde 2002. Uma das linhas de pesquisa do LFP/UnB é o desenvolvimento de um reator a plasma para esterilização a pressão atmosférica (de Souza, 2012, de Souza e Ferreira, 2012). A descarga do tipo barreira dielétrica foi produzida utilizando-se ar comum como gás precursor e tensões AC de 16,3 kV e 60Hz. Na validação microbiológica, foram utilizados esporos de geobacillus stearothermophilus, considerados os mais resistentes ao processo de esterilização por plasma. O protocolo de validação microbiológica incluiu exposições de amostras biológicas com pelo menos 100000 esporos viáveis ao plasma por 2, 5, 10, 15, 20 e 40 minutos. O tempo de redução decimal dos esporos viáveis foi um pouco maior que o relatado por autores que trabalharam com fontes semelhantes. Associou-se esse resultado ao posicionamento das amostras biológicas em relação à descarga e à baixa potência do sistema. Ainda assim, foi obtida a eliminação de todos os esporos viáveis após 40 minutos de exposição ao plasma.
Bibliografia citada neste projeto:
ABOUBAKR, Hamada A. et al. Ìn situ inactivation of human norovirus GII. 4 by cold plasma: Ethidium monoazide (EMA)-coupled RT-qPCR underestimates virus reduction and fecal material suppresses inactivation. Food microbiology, v. 85, p. 103307, 2020.
BAE, San-Cheong et al. Inactivation of murine norovirus-1 and hepatitis A virus on fresh meats by atmospheric pressure plasma jets. Food Research International, v. 76, p. 342-347, 2015.
DE SOUZA, João Henrique Campos. Estudos de esterilização por plasma a pressão atmosférica. 2012. 110 f., il. Tese (Doutorado em Física)—Universidade de Brasília, Brasília, 2012.
DE SOUZA, João Henrique Campos; FERREIRA, Jose Leonardo. G. stearothermophilus Spores' Inactivation by a Single Dielectric Barrier Discharge in Air at Atmospheric Pressure. IEEE Transactions on Plasma Science, v. 40, n. 12, p. 3482-3484, 2012.
FILIPIĆ, Arijana et al. Cold plasma, a new hope in the field of virus inactivation. Trends in Biotechnology, 2020.
LACOMBE, Alison et al. Nonthermal inactivation of norovirus surrogates on blueberries using atmospheric cold plasma. Food microbiology, v. 63, p. 1-5, 2017.
MIN, Sea C. et al. Dielectric barrier discharge atmospheric cold plasma inhibits Escherichia coli O157: H7, Salmonella, Listeria monocytogenes, and Tulane virus in Romaine lettuce. International journal of food microbiology, v. 237, p. 114-120, 2016.
SAKUDO, Akikazu; YAGYU, Yoshihito; ONODERA, Takashi. Disinfection and Sterilization Using Plasma Technology: Fundamentals and Future Perspectives for Biological Applications. International journal of molecular sciences, v. 20, n. 20, p. 5216, 2019.
VOLOTSKOVA, Olga et al. Cold atmospheric plasma inhibits HIV-1 replication in macrophages by targeting both the virus and the cells. PloS one, v. 11, n. 10, 2016.
YAMASHIRO, Risa; MISAWA, Tatsuya; SAKUDO, Akikazu. Key role of singlet oxygen and peroxynitrite in viral RNA damage during virucidal effect of plasma torch on feline calicivirus. Scientific reports, v. 8, n. 1, p. 1-13, 2018.
Breve Fundamentação Teórica
A esterilização por plasmas é uma tecnologia promissora para a eliminação de vírus responsáveis por síndromes respiratórios, por exemplo, o SARS-CoV-2 (Filipić et al., 2020). Por exemplo, vírus responsáveis pela infeção do trato respiratório inferior em crianças podem ser completamente desativados de uma superfície de vidro após 5 minutos de exposição a uma fonte de plasma (Sakudo et al., 2017). A esterilização por plasmas tem demostrado eficácia para eliminar outros tipos de vírus, por exemplo, norovírus (Yamashiro et al., 2018), o vírus da imunodeficiência humana (Volotskova et al., 2016), assim como na esterilização de alimentos, por exemplo, alfaces (Aboubakr et al., 2020, Min et al., 2016), carne (Bae et al., 2015) e frutas (Lacombe et al., 2017).
Objetivos e Metas
Objetivos:
1) Avaliação e seleção de dispositivos a serem implementados no Laboratório de Física dos Plasmas/UnB.
2) Desenvolvimento de tecnologia de baixo custo para descontaminação por plasma.
3) Desenvolvimento de reator para descontaminação por plasma.
Metas:
Objetivo 1:
* Meta: Pesquisa bibliográfica e avaliação de tecnologias viáveis de serem implementadas no Laboratório de Plasmas da Universidade de Brasília.
Indicador: Seleção de dois dispositivos a serem construídos: um dispositivo de baixo custo, e um dispositivo que permita descontaminação em escala maior.
Objetivo 2:
* Meta: Montagem de fonte de plasma (descarga corona) de baixo custo.
Indicador: Caracterização do plasma gerado pela fonte através de diagnósticos.
* Meta: Caracterizar a ação biocida do plasma
Indicador: Metodologias de contagem de esporos viáveis.
Objetivo 3:
* Meta: Montagem de fonte de plasma para descontaminação em escala maior.
Indicador: Caracterização do plasma gerado pela fonte através de diagnósticos. Projeto detalhado das fontes de plasma para descontaminação.
* Meta: Caracterizar a ação biocida do plasma
Indicador: Metodologias de contagem de esporos viáveis.
Metodologia
Fase 1- Estudo Abrangente das tecnologias que utilizam plasmas atmosféricos para esterilização de materiais e descontaminação de ambientes fechados
Fase 2- Desenvolvimento e construção de protótipos de dispositivos (reatores) a plasma por descarga corona com e sem barreira dielétrica envolvendo diagnósticos dos plasmas gerados e elaboração de analises de mérito e planilhas detalhadas com os parâmetros de funcionamento.
Fase 3 – Caracterização da ação biocida do plasma através de testes de exposição de cultivos ao plasma utilizando placas de Petri. Estudo de viabilidade da produção e adaptação dos dispositivos para consultórios, ambulatórios, e dependências hospitalares em geral.
Resultados Esperados
O principal resultado do projeto é o desenvolvimento de dois dispositivos para descontaminação de instrumentos, equipamento médico e ambiente hospitalar. O primeiro dispositivo será portátil e de baixo custo, para descontaminação em pequena escala (instrumentos e/ou higienização de mãos), enquanto que o segundo dispositivo será projetado para descontaminação em escala maior (ex., descontaminação de vários instrumentos e/ou ambientes). O fato de desenvolver tecnologia seguindo o modelo de “hardware livre” permitirá que qualquer indivíduo, entidade ou empresa possa ter acesso, implementar, fabricar e ainda modificar livremente a tecnologia desenvolvida no projeto.
O projeto também tem como objetivo o desenvolvimento de recursos humanos através de projetos de iniciação científica, bolsas de apoio técnico e dissertações de mestrado.
Área de Conhecimento
Subárea de Conhecimento
Há previsão de Orçamento proveniente na unidade acadêmica?
Não
Cronograma da Execução
A duração do projeto é de 24 meses. O cronograma é descrito por objetivos e dividido em trimestres (T1-T8).
Cronograma geral:
Objetivo 1: T1
Objetivo 2: T2-T4
Objetivo 3: T4-T8
Cronograma detalhado:
Objetivo 1:
* Pesquisa bibliográfica e avaliação de dispositivos: T1
* Discussão e seleção de duas tecnologias: T1
Objetivo 2:
* Montar e adaptar fonte de plasma para operação a pressão atmosférica: T2-T3
* Definir protocolo de exposição das amostras biológicas ao plasma: T2
* Definir e validar metodologia de contagem de esporos e partículas virais viáveis e compatibilizá-la ao protocolo de exposição ao plasma: T2-T3
* Estudar a dinâmica de morte microbiana para a fonte montada: T2-T3
* Caracterizar os mecanismos de ação biocida do plasma : T2-T3
* Divulgação de resultados: T4
Objetivo 3:
* Montar e adaptar fonte de plasma para operação a pressão atmosférica: T4-T8
* Definir protocolo de exposição das amostras biológicas ao plasma: T4
* Definir e validar metodologia de contagem de esporos e partículas virais viáveis e compatibilizá-la ao protocolo de exposição ao plasma: T4-T8
* Estudar a dinâmica de morte microbiana para a fonte montada: T4-T8
* Caracterizar os mecanismos de ação biocida do plasma : T4-T8
Tempo total de execução previsto
24
