Αξιοποίηση των προχωρημένων οξειδωτικών μεθόδων στην αδρανοποίηση βιολογικών στόχων και παθογόνων παραγόντων
Creators: name: Μπερμπερίδου, Χρυσάνθη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Φωτοκατάλυση
Απολύμανση
αντιδραστήριο photo-Fenton
prion
ενδοσπόρια
Προχωρημένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρύπανσης
Αδρανοποίηση
photocatalysis
disinfection
photo-Fenton reagent
endospores
Advanced Oxidation Processes
Inactivation

description: Οι Προχωρημένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρύπανσης (Π.Ο.Μ.Α.) συνιστούν μια ομάδα περιβαλλοντικά φιλικών μεθόδων, οι οποίες στοχεύουν στην καταπολέμηση της ρύπανσης στην αέρια, στερεή και υγρή φάση. Μεταξύ αυτών, η ετερογενής και η ομογενής φωτοκαταλυτική οξείδωση έχουν δώσει τα τελευταία χρόνια ιδιαίτερα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, σε ό,τι αφορά την αποικοδόμηση οργανικών ρύπων και μικροοργανισμών. Η αποτελεσματικότητα των εν λόγω μεθόδων, στηρίζεται στη δημιουργία ριζών υδροξυλίου (ΟΗ•), οι οποίες με δυναμικό αναγωγής 2.8 V, αποτελούν το ισχυρότερο οξειδωτικό μέσο μετά το φθόριο, ενώ παράλληλα δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον. Τα τελευταία χρόνια διεξάγεται εκτεταμένη έρευνα γύρω από την απολύμανση νερού και αέρα με εφαρμογή της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης. Στην παρούσα διατριβή βασικό αντικείμενο μελέτης αποτέλεσε η απενεργοποίηση των prions, παθογόνων παραγόντων πρωτεϊνικής φύσης, οι οποίοι ευθύνονται για την πρόκληση θανατηφόρων νευροεκφυλιστικών νόσων, γνωστών ως Μεταδιδόμενες Σπογγόμορφες Εγκεφαλοπάθειες. Τα prions αποτελούν, αναμφισβήτητα, τα πιο ανθεκτικά παθογόνα και κατά συνέπεια, συνιστούν ένα πολύ καλό μοντέλο σε ό,τι αφορά την αποτελεσματικότητα του εφαρμοζόμενου πρωτοκόλλου απενεργοποίησης. Παράλληλα, συνεχίζει να υφίσταται η επιτακτική ανάγκη για εύρεση νέων, αποτελεσματικών μεθόδων απενεργοποίησης τους, γεγονός που επισημαίνουν οι αρμόδιες συμβουλευτικές επιτροπές. Οι ζητούμενες μέθοδοι καλούνται να είναι αποτελεσματικές στην περίπτωση της πρόληψης της ιατρογενούς μορφής της νόσου Creutzfeldt-Jakob (iCJD), που σχετίζεται με τη χρήση μολυσμένων χειρουργικών εργαλείων και συσκευών. Παράλληλα, κύριο στόχο αποτελεί η αποτελεσματική κατεργασία λυμάτων που μπορεί να περιέχουν το μολυσματικό παράγοντα. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν ανασυνδυασμένες prion πρωτεΐνες και ομογενοποιήματα εγκεφάλων θηλαστικών που νόσησαν από κάποιο είδος ΜΣΕ. Στην περίπτωση των ομογενοποιημάτων, αυτά αποτέλεσαν αντικείμενο φωτοκαταλυτικής οξείδωσης τόσο αυτούσια, όσο και προσροφημένα σε μεταλλικά υποστρώματα. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων βασίστηκε σε in vitro τεχνικές αλλά και σε in vivo πειράματα. Η εφαρμογή της ομογενούς φωτοκαταλυτικής οξείδωσης με στόχο την απενεργοποίηση των prion πρωτεϊνών, αποτέλεσε καινοτομία της παρούσας διατριβής από την οποία προέκυψαν ελπιδοφόρα αποτελέσματα σε ό,τι αφορά την πιθανή εφαρμογή της μεθόδου στην επεξεργασία λυμάτων αλλά και μεταλλικών επιφανειών μολυσμένων με τον παθογόνο παράγοντα. Στο δεύτερο τμήμα της διατριβής αντικείμενο μελέτης αποτέλεσαν βακτηριακά ενδοσπόρια του είδους Bacillus stearothermophilus, ως ιδιαίτερα ανθεκτικές μικροβιακές δομές. Έλαβε χώρα μελέτη της φωτοκαταλυτικής οξείδωσής τους, παρουσία τεχνητής, αλλά και ηλιακής ακτινοβολίας. Η αξιοποίηση του ηλιακού φωτός με στόχο την απολύμανση του πόσιμου νερού και αποβλήτων είναι ιδιαίτερης σημασίας τόσο σε ανεπτυγμένες όσο και σε αναπτυσσόμενες περιοχές με έντονη ηλιοφάνεια.
description: Photocatalytic oxidation belongs to a group of environmentally friendly methods employed against gas, solid and liquid detoxification. AOPs are characterized by the generation of hydroxyl radicals (OH•) which are the second most drastic oxidizing species in nature, with a reduction potential of 2.8 V. As a result OH• can attack and degrade organic compounds or inactivate microorganisms non-selectively, leading to their mineralization. This thesis involves the study of the potential of photocatalytic oxidation to inactivate highly resistant pathogens. More specifically, the study has mainly focused on prions, which are considered as the causative agents of lethal neurodegenerative diseases that affect humans and animals, known as Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSEs). Prion transmission constitutes a public-health risk for surgical patients, health-care workers and hospital laboratory personnel. In these cases, the infectious agent usually enters the body during medical treatments with contaminated biological materials or surgical instruments. Moreover, the decontamination of prion infected liquid waste is an important issue, since TSE infectious agents are known to be unusually resistant to conventional physical and chemical methods of decontamination commonly used to inactivate other infectious agents. Homogenous photocatalytic oxidation, mediated by the photo-Fenton reagent, was found to be able to degrade recombinant prion proteins in aqueous media. The same method was also able to rapidly degrade PrP present in brain homogenates of different artificially or naturally infected mammalian species, as well as the total protein organic load of sheep scrapie brain homogenates. Moreover, photocatalytic oxidation was able to inactivate prions adsorbed on surfaces of stainless steel and titanium. In both cases photocatalytic oxidation was able to degrade the total protein organic load, as well as PrP adsorbed on the surface of both types of particles. Two bioassays employing C57BL mice and golden Syrian hamsters inoculated with prion infected metal substrates, which were treated with the photo-Fenton reagent, demonstrated its’ potential to inactivate PrP. The second part of this thesis involves photocatalytic oxidation of the endospores of B. stearothermophilus under artificial or solar irradiation. The use of SEM enabled the observation of partially or extensively degraded endospores subjected to heterogenous photocatalytic oxidation. The potential of photocatalytic disinfection under solar light is an important advantage in countries of abundant sunlight.