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 (N_xO_y).

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).

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»