1. MIKROBICIDNÍ VLASTNOSTI
,,KOMETÁRNÍHO“ VÝBOJE
Vedoucí bakalářské práce: Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D.
Konzultant: doc. Ing. Tomáš Brányik, Ph.D
Studijní program: Biochemie a biotechnologie
Studijní obor: Biotechnologie
Rok: 2011
Vypracovala: Eva Kvasničková
2. ÚVOD
Již delší dobu je známo, že elektrické výboje a jimi generované
plazma, mají mikrobicidní účinky.
Aplikace generovaného plazmatu na různé objekty nebo povrchy,
způsobuje jejich dekontaminaci až sterilizaci, a jeví se jako vhodná
alternativa k doposud známým dekontaminačním metodám.
V této práci se zaměřujeme na typ „kometárního“korónového
výboje.
Vypracovala: Eva Kvasničková
3. ZÁKLADNÍ POJMY
Nízkoteplotní plazma – ionizovaný plyn nabitých a neutrálních
částic, který nezpůsobuje termální ohřev povrchů (Martišovitš,
2004).
Korónový výboj – vzniká v nehomogenním elektrickém poli, kde
se ionizuje pouze malá část okolo elektrod, tzv. ionizující oblast
(Chen, 1984).
„Kometární výboj“– speciální případ korónového výboje
v uspořádání point-to-point.
Vypracovala: Eva Kvasničková
4. „KOMETÁRNÍ“ KORÓNOVÝ VÝBOJ
Kladná elektroda je mírně posunuta směrem
nahoru.
Vzniká svítící plazmatický kanál, který směřuje
od kladné elektrody pod elektrodu zápornou
a pokračuje dále do prostoru, záporný výboj
se k tomuto kanálu připojuje z boku.
Obvod napájíme ze zdroje vysokého napětí,
napětím od 8 do 10 kV, čemuž odpovídá
proud od 80 do 150 µA, dále je zde sériově
připojen odpor o velikosti 20 MΩ, který celý
výboj do jisté míry stabilizuje.
Převzato od Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D. Vypracovala: Eva Kvasničková
5. „KOMETÁRNÍ“ KORÓNOVÝ VÝBOJ
Výhody využití tohoto typu výboje k dekontaminaci:
Nízkoteplotní plazma lze použít k dekontaminaci
tepelně labilních materiálů.
Výboj je nezávislý na dekontaminovaném povrchu,
který nemusí být uzemněný a tedy ani vodivý.
„Kometární“ výboj působí na větší plochu, než běžně
uspořádaný point-to-point.
Vypracovala: Eva Kvasničková
7. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE
Předmětem experimentální části této práce bylo studium účinků
,,kometárního“ výboje na vybrané mikroorganismy.
V průběhu experimentů došlo k drobným modifikacím používané
aparatury, které přinesly zajímavé výsledky.
Naměřeny byly také doplňkové experimenty.
Vypracovala: Eva Kvasničková
8. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
postupy experimentů
Získání optimální koncentrace.
Inokulace.
Expozice
• přímá,
• s uzemněnou mřížkou
• plochu určenou k dekontaminaci jsme překryli jemnou mřížkou se čtvercovými oky
velikosti 1 × 1 mm z vodivého materiálu (ocel) podloženou pryžovými kolečky tak, aby
vzdálenost mřížky od povrchu byla cca 3 mm,
• s neuzemněnou mřížkou.
Inkubace.
Vyhodnocení výsledků.
Vypracovala: Eva Kvasničková
9. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
vyhodnocení výsledků
Čistší zóna –
černě ohraničená.
Méně čistá zóna –
červeně ohraničená.
Ukázka čistší (černě ohraničená) a méně čisté zóny (červeně
ohraničená) na eukaryotní řase Ch. vulgaris.
Vypracovala: Eva Kvasničková
10. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
vyhodnocení výsledků
Velikost zóny .
Tvar zóny.
Po přiložení misky na milimetrový papír snadno spočítáme
plochu inhibiční zóny.
Vypracovala: Eva Kvasničková
11. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky přímé expozice
Časová závislost velikosti vzniklé zóny pro
Escherischia coli
70
60
S čistší zóny
50
S méně čisté zóny
40 S celé zóny
S (cm2)
30
20
10
0
0 5 10 15 20 25 30 35
τ (min)
Vypracovala: Eva Kvasničková
12. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky přímé expozice
Časová závislost velikosti vzniklé zóny pro
Staphylococcus epidermidis
200
180
160 S čistší zóny
140 S méně čisté zóny
120
S celé zóny
S (cm2) 100
80
60
40
20
0
0 5 10 15 20 25 30 35
τ (min)
Vypracovala: Eva Kvasničková
13. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky přímé expozice
Časová závislost velikosti vzniklé zóny pro
Candida albicans
40
35
S čistší zóny
30
S méně čisté zóny
25
S celé zóny
S (cm2) 20
15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
τ (min)
Vypracovala: Eva Kvasničková
14. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky přímé expozice
Časová závislost velikosti vzniklé zóny pro
Saccharomyces cerevisiae
30
25
S čistší zóny
S méně čisté zóny
20
S celé zóny
S (cm2) 15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30 35
τ (min)
Vypracovala: Eva Kvasničková
15. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky přímé expozice
Časová závislost velikosti vzniklé zóny pro
Chlorella vulgaris
300
250
S čistší zóny
S méně čisté zóny
200
S celé zóny
S (cm2) 150
100
50
0
0 5 10 15 20 25 30 35
τ (min)
Vypracovala: Eva Kvasničková
16. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky expozice přes uzemněnou mřížku
Práce pana Machala (Machala a kol., 2010) nás inspirovala jednoduchou
metodou selekce aktivních částic v elektrickém výboji.
Vlevo vidíme zónu získanou po působení „kometárního“ výboje bez mřížky. Vpravo
zónu po použití uzemněné mřížky. Oboje ve stejné vzdálenosti povrchu živného
média od záporné elektrody.
Vypracovala: Eva Kvasničková
17. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky expozice přes neuzemněnou mřížku
Díky opomenutí uzemnění mřížky jsme získali velmi zajímavé výsledky.
Vlevo vidíme zónu získanou po působení „kometárního“ výboje s použitím neuzemněné
mřížky. Vpravo zónu po použití bez mřížky. Oboje ve stejné vzdálenosti povrchu živného
média od záporné elektrody.
Vypracovala: Eva Kvasničková
18. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky expozice přes neuzemněnou mřížku
Porovnání velikosti ploch zón s mřížkou a bez mřížky
u E.coli
méně čistá zóna
90 čistší zóna
80
70
60
S (cm2) 50
40
30
20
10
0
s mřížkou bez mřížky
typ uspořádání
Vypracovala: Eva Kvasničková
19. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky expozice přes neuzemněnou mřížku
Porovnání velikosti ploch zón s mřížkou a bez mřížky
u S.epidermidis
méně čistá zóna
250 čistší zóna
200
150
S (cm2)
100
50
0
s mřížkou bez mřížky
typ uspořádání
Vypracovala: Eva Kvasničková
20. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
výsledky expozice přes neuzemněnou mřížku
Porovnání velikosti ploch zón s mřížkou a bez mřížky
u C.albicans
méně čistá zóna
50
45 čistší zóna
40
35
30
S (cm2) 25
20
15
10
5
0
s mřížkou bez mřížky
typ uspořádání
Vypracovala: Eva Kvasničková
21. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
srovnání způsobů expozice
Porovnání inhibičním zón pro C.albicans, zleva: bez mřížky při vzdálenosti 15 mm, bez mřížky při vzdálenosti 8mm,
s neuzemněnou mřížkou při vzdálenosti 15 mm. Všechny zobrazené misky byly exponovány „kometárnímu“ výboji
po dobu 10 min.
Vypracovala: Eva Kvasničková
22. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
doplňkové experimenty
Použití „kometárního“ výboje na mikroorganismy v počáteční fázi
růstu.
Petriho misky s mikroorganismy, exponovanými „kometárnímu“ výboji, v počáteční fázi růstu.
Nalevo vidíme sterilní plochu, vzniklou působením „kometárního“ výboje po dobu 30 minut,
napravo kontrolní misku, která nebyla výboji exponována.
Vypracovala: Eva Kvasničková
23. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE –
doplňkové experimenty
Použití „kometárního“ výboje k desinfekci lidské tkáně.
Exponování lidské tkáně „kometárnímu“ výboji.
Vypracovala: Eva Kvasničková
24. ZÁVĚR
Podařilo se nám potvrdit mikrobicidní účinky ,,kometárního“
korónového výboje.
V případě neuzemněné mřížky byla vzniklá inhibiční zóna
v některých případech výrazně větší.
Z doplňkových experimentů vyplývá, že „kometární“ výboj je
schopen inaktivace i mikroorganismů v počáteční fázi růstu.
Působením „kometárního“ výboje na lidskou pokožku na ní
dochází ke snížení počtu živých bakterií.
Vypracovala: Eva Kvasničková
25. POUŽITÁ LITERATURA
Chen F. F. (1984): Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha, 327 s.
Friedman G. a kol. (2006b) Bio-Medical Applications of Non-Thermal Atmospheric Pressure Plasma. Proceedings
of AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, San Francisco, California.
Friedman G. a kol. (2008) Applied plasma medicine. Plasma Processes and Polymers, s. 503–533.
Kuo S. P. a kol. (2011) Non-equilibrium air plasma for wound bleeding control. In Proceedings of NATO Advanced
Research Workshop: Plasma for bio-decontamination, medicine and food security, Jasná, Slovensko s. 61-62.
Machala Z. a kol. (2010) Plasma agents in bio-decontamination by dc
discharges in atmospheric air. Journal of Physics D: Applied
Physisics, 43, s. 1-7.
Martišovitš V. (2004): Základy fyziky plazmy, MFF UK, Bratislava, 216 s.
McKane L., Kandel J. (1996): Microbiology : Essentials and applications, McGraw-Hill, United States of America,
New York, 843 s.
Vypracovala: Eva Kvasničková
