Studium dílčích inaktivačních mechanismů uplatňujících se při sterilizaci prokaryotních systémů v dielektrickém bariérovém výboji
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Předložená diplomová práce je zaměřena na studium dílčích inaktivačních mechanismů uplatňujících se při sterilizaci prokaryotických systémů v dielektrickém bariérovém výboji (DBD). Sterilizace je důležitou biomedicínskou i potravinářskou technologií a plazmová sterilizace je jednou z metod, které vyhovují požadavkům na sterilizaci teplotně senzitivních materiálů a materiálů citlivých na chemické látky. Pro opracování vzorků byl použit dielektrický bariérový výboj pracující za atmosférického tlaku. Výboj byl generován v argonu a dusíku, hustota plazmového výkonu pro argon činila 2725,93 mW cm–3, v případě použití dusíku to bylo 2325,93 mW cm–3. Jako prokaryotní mikroorganismus byla použita grampozitivní bakterie Bacillus subtilis a gramnegativní bakterie Escherichia coli. Vzorky byly naneseny na filtračním papíře Whatman 1. Byl posuzován vliv sterilizačního účinku UV záření, teploty, reaktivních částic a plazmového výboje, kde působí tyto agens dohromady. Účinky UV záření a teploty byly studovány odděleně. Vliv UV záření byl zjišťován za použití křemenného skla, jež UV záření propouští. Část vzorků byla při opracování zakryta sklem, část byla ponechána volně. Vzorky přikryté sklem byly vystaveny působení UV záření a teploty (tu nelze eliminovat), vzorky ponechány volně byly vystavené přímému působení plazmatu. Z výsledků je patrné, že u vzorků zakrytých sklem bylo dosaženo nižší inaktivace než u vzorků, které byly vystaveny přímému působení plazmatu. V plazmatu totiž na vzorky působí kromě UV záření a teploty také reaktivní částice. Při studiu vlivu teploty byly nejprve pomocí termočlánku změřeny teploty působící mezi elektrodami. Poté byly vzorky v termostatu vystaveny působení stejných teplot. Výsledky byly srovnány s výsledky při přímé expozici plazmatem a bylo zjištěno, že vliv teploty na inaktivaci mikroorganismů je velmi malý. Pomocí optické emisní spektroskopie byla provedena diagnostika plazmatu. Vzorky vystavené působení DBD byly analyzovány za pomoci skenovací elektronové mikroskopie (SEM). Bylo sledováno poškození buněčné stěny vlivem plazmatu a účinek plazmatu na strukturu papíru, přičemž bylo zjištěno, že buněčná stěna Bacillus subtilis je účinky plazmatu poškozena. Žádné účinky plazmatu na filtrační papír nebyly zjištěny.
Presented master’s thesis is focused on the study of the elementary inactivation processes acting during sterilization of procaryotic systems in dielectric barrier discharge (DBD). Sterilization is an important biomedical and food-industry application and plasma sterilization is one of the methods, which are suitable for sterilization of heat and chemical sensitive materials. Biologically contaminated samples were treated in dielectric barrier discharge operated at atmospheric pressure. The discharge was generated in argon and in nitrogen. The plasma power density was 2725,93 mW cm–3 in argon and 2325,93 mW cm–3 in nitrogen. Gram positive bacteria Bacillus subtilis and gram negative bacteria Escherichia coli were used as a bioindicator. Bacteria were spread onto the surface of Whatman No.1 filtration paper. The influence of UV radiation, reactive species, heat and plasma discharge where the synergistic function of all of the agents was studied. Effects of UV radiation and temperature were studied separately. In order to separate the effect of UV radiation generated by DBD the quartz glass transmitting UV radiation was employed. During the plasma exposition selected samples were covered with the quartz window while other samples were directly exposed to the plasma. Covered samples were exposed to UV radiation and temperature (which cannot be eliminated), samples without quartz window were directly plasma exposed (treated). Results show that for covered samples the lower inactivation was reached than by the samples directly exposed to plasma. When studying the effect of temperature, the temperature between the DBD electrodes was measured by means of a thermocouple. Afterwards the samples were placed in an oven and exposed to the same temperature as was measured between the electrodes. By comparing the results of heat treated samples and plasma treated samples it can be assumed that the influence of the temperature during the sterilization process in DBD is very low. The discharge parameters were studied by means of the Optical Emission Spectroscopy. Plasma treated samples were assessed employing Scanning Electron Microscopy (SEM). Damage of Bacillus subtilis cell wall due to the effect of plasma was observed while no effect of plasma on the structure of filtration paper was detected.
Presented master’s thesis is focused on the study of the elementary inactivation processes acting during sterilization of procaryotic systems in dielectric barrier discharge (DBD). Sterilization is an important biomedical and food-industry application and plasma sterilization is one of the methods, which are suitable for sterilization of heat and chemical sensitive materials. Biologically contaminated samples were treated in dielectric barrier discharge operated at atmospheric pressure. The discharge was generated in argon and in nitrogen. The plasma power density was 2725,93 mW cm–3 in argon and 2325,93 mW cm–3 in nitrogen. Gram positive bacteria Bacillus subtilis and gram negative bacteria Escherichia coli were used as a bioindicator. Bacteria were spread onto the surface of Whatman No.1 filtration paper. The influence of UV radiation, reactive species, heat and plasma discharge where the synergistic function of all of the agents was studied. Effects of UV radiation and temperature were studied separately. In order to separate the effect of UV radiation generated by DBD the quartz glass transmitting UV radiation was employed. During the plasma exposition selected samples were covered with the quartz window while other samples were directly exposed to the plasma. Covered samples were exposed to UV radiation and temperature (which cannot be eliminated), samples without quartz window were directly plasma exposed (treated). Results show that for covered samples the lower inactivation was reached than by the samples directly exposed to plasma. When studying the effect of temperature, the temperature between the DBD electrodes was measured by means of a thermocouple. Afterwards the samples were placed in an oven and exposed to the same temperature as was measured between the electrodes. By comparing the results of heat treated samples and plasma treated samples it can be assumed that the influence of the temperature during the sterilization process in DBD is very low. The discharge parameters were studied by means of the Optical Emission Spectroscopy. Plasma treated samples were assessed employing Scanning Electron Microscopy (SEM). Damage of Bacillus subtilis cell wall due to the effect of plasma was observed while no effect of plasma on the structure of filtration paper was detected.
Description
Citation
BITTNEROVÁ, Z. Studium dílčích inaktivačních mechanismů uplatňujících se při sterilizaci prokaryotních systémů v dielektrickém bariérovém výboji [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2011.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Potravinářská chemie a biotechnologie
Comittee
prof. Ing. Peter Šimko, DrSc. (předseda)
doc. Ing. Jiřina Omelková, CSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (člen)
doc. RNDr. Alena Španová, CSc. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Rittich, CSc. (člen)
Date of acceptance
2011-06-07
Defence
1. Diplomantka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce.
2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci.
3. Diplomantka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři.
4. Diskuse:
prof. Šimko a) Co je rotační teplota dusíku?
b) Dochází k poškození spor vnitřním nebo vnějším tlakem?
c( Proč je studován výboj v argonu, sterilace výbojem ve vzduchu by byla levnější?
doc. Španová Jak působí výboj na DNA?
doc. Márová Počítá se s rozšířením této metody do praxe ke sterilaci potravin?
Studentka odpověděla na všechny otázky komise úspěšně.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení