Характеристики стерилизации узких трубок оксидами азота, генерируемыми в плазме воздуха при атмосферном давлении

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6947 (2023) Цитировать эту статью

356 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Исследованы характеристики стерилизации активных частиц, генерируемых плазмой атмосферного диэлектрического барьерного разряда с использованием воздуха и кислорода на внутренней поверхности силиконовых трубок. Плазменное устройство с диэлектрическим барьерным разрядом было установлено на одном конце трубки и генерировало долгоживущие активные частицы, которые текли в трубку. На противоположный конец 60-сантиметровой пробирки помещали биологический индикатор стрипового типа со 105-клеточной бактериальной спорой. Стерилизация осуществлялась в течение 30 мин активными частицами, генерируемыми из плазмы воздуха. Основными факторами, способствующими стерилизации воздушной плазмой, были HNO3 и N2O5. При обработке органических материалов (кератина, аспарагиновой кислоты и дипиколиновой кислоты), отражающих компоненты бактериальных спор, методом стерилизации влияние на дипиколиновую кислоту было незначительным. Кератин окислялся озоном и NOx, образующимися из кислорода и плазмы воздуха соответственно. Аспарагиновая кислота мало изменила свой состав под действием озона, генерируемого из кислородной плазмы, тогда как нитро (NO2), нитрозо (NO) и альдегидные (CHO) группы образовались из озона и NOx, генерируемых из воздушной плазмы.

Стерилизация медицинского оборудования является важной процедурой в больницах, позволяющей повторно использовать оборудование. Медицинские пластиковые трубки имеют длинную и узкую форму и их трудно стерилизовать. Таким образом, из-за частого использования медицинские трубки потребляются в больших количествах. Хотя было бы желательно стерилизовать и повторно использовать трубки для снижения затрат на здравоохранение, эффективных методов стерилизации не существует. Повторное использование медицинского оборудования важно даже в космическом пространстве, где количество транспортируемого оборудования ограничено. Методы стерилизации, используемые в настоящее время в медицинской практике и применимые для стерилизации трубок, включают стерилизацию газообразным этиленоксидом (ЭОГ) и стерилизацию перекисью водорода (H2O2). Однако эти химические вещества токсичны и относительно стабильны, оставляя остатки, которые трудно удалить из узких пластиковых трубок1,2. Обычно для удаления ЭОГ из медицинских изделий после стерилизации требуется примерно 1 день. Остаточные токсичные и/или канцерогенные химические вещества могут представлять опасность для пациентов, операторов стерилизации и медицинских работников. Недавно были изучены методы плазменной стерилизации из-за их низкой токсичности и сокращения времени стерилизации2,3,4,5,6. Хотя к пластиковым трубкам применяется множество методов плазменной стерилизации, эффективные методы стерилизации еще не разработаны из-за нагревания и повреждения материала трубок7,8,9,10.

Когда в воздухе происходит электрический разряд, озон (O3)11,12,13,14 и оксиды азота (NOx)15,16,17, такие как окись азота (NO), диоксид азота (NO2) и пятиокись азота (N2O5), ), получены при атмосферном давлении. Также могут образовываться короткоживущие радикалы, такие как NO3 и активные формы кислорода, полученные из NOx и озона. Эти виды азота и активные формы кислорода обладают высокой реакционной способностью и подвергаются разложению или модификации биоматериалов, таких как белки, аминокислоты и ДНК. Примечательно, что эти стабильные реактивные частицы генерируются в плазме при комнатной температуре. Следовательно, стерилизация озоном и NOx вряд ли приведет к термическому разрушению или повреждению поверхности пластиковых трубок.

В последние годы предпринимались попытки стерилизовать внутренние стенки длинных узких трубок кислородной плазмой10; однако эти подходы потребовали длительного времени обработки. Сочетание кислородной плазмы с ультрафиолетовым (УФ) излучением позволило добиться стерилизации внутренних стенок длинных узких трубок за относительно короткое время. Однако любое препятствие источнику УФ-излучения может ограничить этот подход к стерилизации. В этом исследовании была исследована стерилизация узких трубок на основе долгоживущих активных частиц, генерируемых из плазмы факела атмосферного диэлектрического барьерного разряда (DBD) с использованием газообразного кислорода и воздуха в качестве питающих газов. Было исследовано влияние плазменной стерилизации на органические материалы, включая бактериальные споры. Это исследование показывает, что как стерилизация внутренней стенки длинной узкой трубки достаточной длины для медицинского использования, так и достаточная совместимость материалов могут быть достигнуты с помощью плазмы с использованием газообразного кислорода и воздуха, а также были исследованы виды частиц, которые способствуют стерилизации. Полученные результаты будут во многом способствовать демонстрации метода стерилизации внутренней стенки длинной узкой трубки.