Применение неравновесной низкотемпературной плазмы атмосферного давления для стерилизации бактерий

ПРИМЕНЕНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ БАКТЕРИЙ

Ю.С.Акишев', М.Е.Грушин', В.Б.Каральник', Н.И.Трушкин1, В.П.Холоденко2, В.А.Чугунов2, Н.А.Жиркова2, И.А.Ирхина2, Е.Н.Кобзев2 'ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Троицк, Московская обл.

E-mail: trushkin@triniti.ru 2ГНЦ ПМ, Оболенск, Московская обл.

The results of experimental investigations on sterilization of different kinds of bacteria by using of non-thermal plasma at atmospheric pressure are presented.

Низкотемпературная плазма (НТП) представляет большой научный и

практический интерес вследствие ее сильной термодинамической неравновесности.

Наличие в НТП энергичных электронов приводит к интенсивным процессам

образования химически и биологически активных частиц в окружающем газе,

остающемся при комнатной температуре. Отмеченное обстоятельство делает НТП

весьма привлекательным, технически несложным, энергетически дешевым и

экологически безопасным инструментом для холодной стерилизации различных

микроорганизмов на поверхностях, в газах и в жидкостях. В данной работе

исследовались различные источники НТП при атмосферном давлении для

стерилизации бактерий. Разрушение бактерий на поверхности агара проводилось

импульсно-периодической струей холодной плазмы. Обработка бактерий в

физиологическом растворе осуществлялась разрядом, создаваемым в газовых

пузырьках, вводимых в жидкость. В экспериментах с плазменной струей

исследовалось также разрушение биопленок на металлических и пластмассовых

поверхностях. Были выполнены эксперименты по разрушению бактерий в

аэрозолях в воздухе. Установлено, что плазма, создаваемая в газовых пузырьках

внутри физиологического раствора, является эффективным инструментом

инактивации микроорганизмов в жидкой среде. Так, вегетативные клетки удается

полностью уничтожить в течение нескольких минут. Воздействие струи НТП на

поверхность бактериального газона также оказалось весьма эффективным.

Обработка плазмой микроорганизмов приводила к формированию на поверхности

округлых зон поражения, диаметр которых намного превосходил диаметр

плазменной струи. Исследования показали, что зоны поражения микроорганизмов

от плазменной струи, действующей несколько десятков секунд, оказались

сходными с зонами поражения, образующимися при точечном, но длительном

(часы) воздействии на бактериальный газон химических биоцидов или

антибиотиков. Высокоэффективной является воздействие струи плазмы на

биопленки: :в сравнении с многочасовой стерилизацией химическими биоцидами,

микроорганизмы биопленки погибали после 20-секундной (!) обработки струей

НТП, а 30-секундная обработка приводила к полной стерилизации купона.

Разрушение бактерий, вводимых воздушным потоком в зону разряда внутри мелких

капелек физиологического раствора, оказалось чрезвычайно эффективным по

интенсивности. В экспериментах по инактивации В. subtilis происходило снижение

количества клеток с 3,0-104 кл./мл до 1,3-103 кл./мл за время пролета аэрозоля через 2 6 зону разряда (2,0-10" с), т.е. интенсивность разрушения -1,5-10 кл./мл сек. Высокая

интенсивность разрушения клеток связана с зарядкой и поляризацией капелек в

зоне разряда и их последующим разрывом. При этом бактерии оказываются в

газовой фазе в окружении активных и заряженных частиц НТП, а также под

действием сильного электрического поля, способного осуществить электропорацию

клеточной стенки. Объединение всех указанных поражающих факторов обладает

синергетическим действием, что и обуславливает высокую интенсивность

разрушения бактерий в аэрозоле.