Tratamento por plasma em superfícies de implantes de traqueia

Abstract

A pandemia de COVID-19, originada pelo SARS-CoV-2, resultou em um aumento significativo de casos de síndrome respiratória aguda, acarretando a necessidade que pacientes sejam submetidos a ventilação mecânica. A intubação prolongada e a traqueostomia, frequentemente empregadas nesses casos, podem levar à formação da enfermidade estenose traqueal e, consequentemente à necessidade de alocar uma prótese de Montgomery (tubo T). A formação de biofilmes bacterianos nessas próteses representa um desafio clínico significativo, aumentando o risco de infecções. Neste contexto, esta tese investigou a eficácia do jato de plasma atmosférico frio (APPJ) de hélio (He), gerado por uma fonte de tensão de baixo custo, como uma alternativa inovadora para a modificação interna do tubo-T. A aplicação e análise do plasma de He no interior de tubos traqueais, um procedimento inédito na literatura, revelou a alteração superficial significativa, incluindo o aumento da molhabilidade. A caracterização elétrica do APPJ demonstrou que o plasma de He apresenta valores de potência e corrente eficaz (IRMS) substancialmente inferiores aos do argônio (Ar), com valores de IRMS 31% a 67% menores e corrente PLC abaixo do limite de segurança de 100 µA, indicando sua adequação para aplicações biomédicas. A espectroscopia de emissão óptica (OES) identificou a presença de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (RONS) no interior do tubo, independentemente de suas dimensões. A medição da temperatura do plasma de He, uma análise pioneira para esta configuração, revelou valores inferiores a 28°C, abaixo do limite de segurança de 40°C estabelecido pela norma ISO 10993-1, reforçando seu potencial para uso em ambientes biológicos. As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS) evidenciaram alterações morfológicas e químicas homogêneas na superfície interna do tubo, além disso, novos grupos funcionais de hidroxila (OH) se formaram ao longo da extensão do tubo, implicando no aumento da molhabilidade no seu interior. Desta forma, esta pesquisa demonstra a eficácia e a segurança do plasma de He produzido através de uma fonte de baixo custo, para a modificação de superfícies de tubos de Montgomery, abrindo novas perspectivas para o tratamento de biofilmes, através de uma análise inédita na literatura.

The COVID-19 pandemic, caused by SARS-CoV-2, resulted in a significant increase in cases of acute respiratory distress syndrome, leading to the necessity for patients to undergo mechanical ventilation. Prolonged intubation and tracheostomy, frequently employed in these cases, can lead to the formation of tracheal stenosis and, consequently, the need to allocate a Montgomery prosthesis (T-tube). The formation of bacterial biofilms on these prostheses represents a significant clinical challenge, increasing the risk of infections. In this context, this thesis investigated the efficacy of the helium (He) cold atmospheric pressure plasma jet (APPJ), generated by a low-cost voltage source, as an innovative alternative for the internal modification of the T-tube. The application and analysis of He plasma inside tracheal tubes, an unprecedented procedure in the literature, revealed significant surface alteration, including increased wettability. The electrical characterization of the APPJ demonstrated that He plasma exhibits substantially lower power and root mean square current (IRMS) values than argon (Ar), with IRMS values 31% to 67% lower and PLC current below the safety limit of 100 µA, indicating its suitability for biomedical applications. Optical emission spectroscopy (OES) identified the presence of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) inside the tube, regardless of its dimensions. The measurement of He plasma temperature, a pioneering analysis for this configuration, revealed values below 28°C, below the safety limit of 40°C established by ISO 10993-1, reinforcing its potential for use in biological environments. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses showed homogeneous morphological and chemical changes on the inner surface of the tube. Furthermore, new hydroxyl (OH) functional groups were formed along the tube's length, implying an increase in wettability inside. Thus, this research demonstrates the efficacy and safety of He plasma produced through a low-cost source for the modification of Montgomery tube surfaces, opening new perspectives for the treatment of biofilms through an unprecedented analysis in the literature.