УДК 533.9.07: 537.523: 533.9.07: 579.6

ПЕРВЫЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ АПОКАМПИЧЕСКОГО РАЗРЯДА ДЛЯ ИНАКТИВАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Соснин Эдуард Анатольевич1, Скакун Виктор Семенович2, Панарин Виктор Александрович3, Тарасенко Виктор Федотович4, Жданова Оксана Сергеевна5, Гольцова Полина Андреевна6
1Институт сильноточной электроники СО РАН, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории оптических излучений, Национальный исследовательский Томский государственный университет, профессор кафедры управления инновациями
2Институт сильноточной электроники СО РАН, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории оптических излучений
3Институт сильноточной электроники СО РАН, инженер лаборатории оптических излучений
4Институт сильноточной электроники СО РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией оптических излучений
5Сибирский государственный медицинский университет, кандидат медицинских наук, доцент кафедры микробиологии и вирусологии
6Национальный исследовательский Томский государственный университет, магистрант факультета инновационных технологий, Институт сильноточной электроники СО РАН, техник лаборатории оптических излучений

Аннотация
Прогресс в плазменной медицине зависит, в том числе, от разработки новых уникальных источников плазмы. Цель работы – получить первые данные о влиянии нового типа разряда – апокампа – на инактивацию микроорганизмов. Для исследования были использованы штаммы микроорганизмов Staphylococcus aureus (209P) и Escherichia coli (501). Показано бактерицидное действие апокампа. Штаммы микроорганизмов E. сoli и S. аureus проявляют разную чувствительность к воздействию апокампа при одинаковых экспозициях.

Ключевые слова: апокамп, бактерии, инактивация, микроорганизм, плазма


THE FIRST EXPERIENCE USE OF APOCAMP PHENOMENON FOR INACTIVATE MICROORGANISMS

Sosnin Edward Anatolevich1, Skakun Viktor Semenovich2, Panarin Victor Aleksandrovich3, Tarasenko Victor Fedotovich4, Zhdanova Oksana Sergeevna5, Goltsova Polina Andreevna6
1Institute of High Current Electronics SB RAS, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Senior researcher of the laboratory of optical radiation, National Research Tomsk State University, Professor of the Department of Innovation Management
2Institute of High Current Electronics SB RAS, Candidate of physico-mathematical Sciences, Senior researcher of the laboratory of optical radiation
3Institute of High Current Electronics SB RAS, Engineer of the laboratory of optical radiation
4Institute of High Current Electronics SB RAS, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the laboratory of optical radiation
5Siberian State Medical University, Candidate of Medicine Science, Senior lecturer of the Department of Microbiology and Virology
6National Research Tomsk State University, master student of the faculty of innovative technologies, Institute of High Current Electronics SB RAS, Technician of the laboratory of optical radiation

Abstract
Progress in plasma medicine depends on the new unique plasma sources development. The aim of our study was to obtain the first data on the impact of a new type of discharge – apokamp – on microorganisms inactivation. The strains of microorganisms Staphylococcus aureus (209P) and Escherichia coli (501) were tested. It was revealed the bactericidal effect of apokamp. Microbial strains E. coli and S. аureus have a different sensitivity to the apokamp action at similar exposures.

Keywords: bacteria, inactivation, microorganism, plasma


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Соснин Э.А., Скакун В.С., Панарин В.А., Тарасенко В.Ф., Жданова О.С., Гольцова П.А. Первый опыт применения апокампического разряда для инактивации микроорганизмов // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/04/67337 (дата обращения: 19.11.2016).

Развитие биомедицины получило сегодня новый виток в т.ч. благодаря появлению новых источников плазмы [1-3]. Изучая источник плазменной струи атмосферного давления, формируемой в воздухе или азоте при возбуждении барьерным разрядом [4-5], мы обнаружили необычный феномен, который был назван апокампическим разрядом или просто апокампом (от греч. από – от и καμπη – изгиб, поворот [6]). Он проявляет себя в форме плазменной струи на месте сгиба импульсного канала плазмы, откуда и название – разряд, «сформированный на изгибе». В [7] был сделан вывод о том, что данный вид источника плазмы обладает совокупным набором характеристик, отличающих его от других форм разряда.

На рис. 1 представлен внешний вид апокампа в искровом разряде на воздухе при нормальных условиях в промежутке d = 1 см при подаче на него высоковольтных импульсов амплитудой ~ 10 кВ на частоте f = 50 кГц.

Цель настоящей работы – получить первые данные о влиянии образующейся плазменной струи на микроорганизмы. Для исследования были использованы штаммы Staphylococcus aureus (209Р) и Escherichia coli (501). Взвесь суточных культур в концентрации 106 КОЕ/мл перед началом эксперимента засевали на чашки Петри с мясо-пептонным агаром.

Рисунок 1. Внешний вид апокампа: внизу два острийных электрода, между которыми зажигается плазменный канал. На месте изгиба канала образуется плазменный выброс – апокамп. Регистрация фотокамерой Сanon PowerShot SX60 HS в режиме серийной покадровой съёмки с частотой 6.4 кадра/c.

Эксперимент состоял из следующих этапов: 1) апокамп формировали и стабилизировали в пространстве  вертикально, плазменный канал экранировали (чтобы отсечь его влияние), а апокамп выпускали через отверстие диаметром ~ 2 мм; 2) на расстоянии d = 2,5 см от основания плазменной струи размещали перевёрнутую чашку Петри с посевом микроорганизма; 3) воздействовали апокампом на микроорганизмы, а длительность воздействия изменяли для разных опытов (от 40 с до 2 мин).

Температура струи в месте контакта с чашкой Петри не превышала 40°С, чтобы исключить термический фактор инактивации.

На рисунке 2 представлены результаты воздействия апокампа на микроорганизмы. Видно, что при одинаковых экспозициях инактивация E. сoli происходит эффективнее, чем S. аureus. Наибольшую чувствительность к действию апокампа проявляла E. сoli при экспозиции 2 мин. Отчётливо видно полное подавление роста культуры в месте действия апокампа. Также следует отметить, что с увеличением длительности воздействия стерильная площадь тоже увеличивается. Во время работы установки ощущался отчётливый запах, характерный для окислов азота (NxOy).

Рисунок 2. Внешний вид микроорганизма после воздействия апокампическим разрядом: А) S. аureus; Б) и В) E. сoli.

Таким образом, в ходе исследования было выявлено, что открытое явление – апокампический разряд оказывает инактивирующее воздействие на микроорганизмы (S. аureus и E. сoli). Показано, что наибольшая инактивация достигается в случае воздействия на культуру при 90 с и 2 мин. Наибольшую чувствительность к действию апокампа проявляет микроорганизм E. сoli. Результаты полученных и будущих исследований могут стать обоснованием для использования апокампа с целью стерилизации и дезинфекции.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-29-00052).


Библиографический список
  1. Fridman A. Plasma Medicine. / A. Fridman, G. Friedman – A: John Wiley & Sons, 2013. – 545 p.
  2. Inactivation of Bacteria in an Aqueous Environment by a Direct-Current, Cold-Atmospheric-Pressure Air Plasma Microjet / Fuxiang Liu [et.al.] // Plasma Processes and Polymers. – 2010. – Special Issue: Plasma Medicine. –Vol. 7, Is. 3-4. – P. 231–236. DOI: 10.1002/ppap.200900070.
  3. Plasma for Bio-Decontamination, Medicine and Food Security (NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology) / Eds. By Z. Machala, K. Hensel, Yu. Akishev – Springer, 2012. – 496 p.
  4. Источник плазменной струи атмосферного давления, формируемой в воздухе или азоте при возбуждении барьерным разрядом / Э.А. Соснин [и др.] // Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86, вып. 5. – С. 151–154.
  5. A new DBD-driven atmospheric pressure plasma jet source on air or nitrogen / E.A. Sosnin [et.al.] // Proc. SPIE (XII International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers). – December 15, 2015. – Vol. 9810. – 98101I. DOI: 10.1117/12.2224924.
  6. Вейсман А.Д. Греческо-русский словарь. / Вейсман А.Д. – СПб. : «Греко-латинский кабинет» Ю.А. Шичалина, 5-е изд. 1991. – 694 с.
  7. Формирование апокампического разряда в условиях искрового разряда атмосферного давления / Скакун В.С. [и др.] // Известия вузов. Физика. – 2016. – Т. 59. – (в печати).


Все статьи автора «Гольцова Полина Андреевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация