Yüzey dielektrik bariyer deşarj plazmanın bazı mikroorganizmalara ve gıda küflenmesine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of surface dielectric barrier discharge plasma on some microorganisms and food mold growth
Yazar: EMİNE CEREN KÜTÜK
Danışman: PROF. DR. TAMER AKAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Soğuk plazma = Cold plasma

Özet:
Antimikrobiyal plazma etkileri, yara iyileştirmesi, kanser/tümör tedavisi, patojenlere bağlı cilt veya diş hastalıkları, hijyen, gıda ve tarım işleme gibi tedavi alanlarında umut vadetmektedir. Yüzey Dielektrik Bariyer Deşarj (YDBD) plazmaları biyolojik hücreden uzak mesafede oluşturulabildiğinden, büyük hacimlerde soğuk plazmanın uygulanmasında, atmosfer havasını gaz olarak kullanabilme, vakum gerektirmeme, basit, uygun maliyetli ve kullanımı kolay olmaları nedeniyle antimikrobiyal amaçlar için en yaygın kullanılan plazma sistemleridir. Eskişehir Osmangazi Üniversitesi, Soğuk Plazma Laboratuvarı'nda farklı boyutlara ve özelliklere sahip biyolojik hücre içeren örnekler için uygulanabilen yeni bir biyo-uygulamalar için geliştirilmiş, 6,2 litre kapasiteli bir plazma sterilizasyon ünitesi YDBD reaktörü üretildi. Gram-negatif E. coli ve P. aeruginosa ile Gram-pozitif S. aureus ve E. faecalis planktonik bakterileri, YDBD reaktöründe soğuk plazmaya maruz bırakılarak 600 saniye içinde inaktive edildi.  Atmosfer havasında soğuk plazma üreten YDBD reaktörünün, yüksek seviyede antimikrobiyal etkiye sahip olan UV ışını, atomik oksijen, ve NO molekülleri ürettiği optik emisyon spektrometresi ile gözlemlendi. YDBD reaktörünün mikro-deşarjlardaki filament akımı şönt resistör yardımıyla ölçüldü ve en yüksek 37,4 mA değeri bulundu. Dijital osiloskop ve yüksek voltaj probu ile bulunan plazma voltajı ve plazma akımları ile elde edilen ortalama güç 31,4 W ve enerji yoğunluğu 104,7 J/L olarak bulundu. Literatür çalışmalarından kıyaslama ile YDBD reaktörü 250 ppm'in üzerinde ozon üretildiğini göstermektedir. YDBD reaktörü içinde çilek, çeri domates, peynir ve ekmek gibi gıdalar soğuk plazmaya maruz bırakılarak raf ömrü arttırma etkisi test edildi. Son olarak Aspergillus sp. küfü üzerinde FTIR incelemesi yapılarak plazma maruziyeti sayesinde bağ yapılarının değişimi incelenmiştir.

Abstract:
The potential of antimicrobial plasma effects in fields such as wound healing, cancer treatment, pathogen-induced skin and dental diseases, hygiene, and food/agricultural processing is a subject of considerable interest. Surface Dielectric Barrier Discharge (SDBD) plasmas are the most commonly used for antimicrobial applications due to their ability to generate plasma at a distance from biological cells, use atmospheric air as a gas, not require vacuum, and be simple, cost-effective, and easy to use. At Eskisehir Osmangazi University's Cold Plasma Laboratory, a 6.2-liter SDBD plasma sterilization unit has been developed for bio-applications that can treat samples containing biological cells of various sizes and properties. Gram-negative E. coli and P. aeruginosa and Gram-positive S. aureus and E. faecalis were inactivated within 10 minutes of exposure to cold plasma in the SDBD reactor. Optical emission spectrometry revealed that the reactor, operated in atmospheric air, produced UV radiation, atomic oxygen, and NO molecules which exhibited potent antimicrobial properties. The filament current of the reactor's micro-discharges, measured with a shunt resistor, reached 37.4 mA. The average power, as determined from plasma voltage and currents using an oscilloscope and high-voltage probe, was 31.4 W, with an energy density of 104.7 J/L. Literature comparison showed the SDBD reactor produces ozone levels above 250 ppm. Cold plasma was applied to foods like strawberries, cherry tomatoes, cheese, bread, and its effect on shelf life was tested. Finally, FTIR analysis was performed on Aspergillus sp. mold to examine changes in bond structures from plasma exposure.