DOI: https://doi.org/10.26642/tn-2018-1(81)-69-73

Використання низькотемпературної плазми для стерилізації об’єктів складної форми

R. O. Kolomiiets, T. M. Nikitchuk, D. S. Morozov, O. V. Hrek

Анотація


Рани, що погано загоюються, є досить складною проблемою для медиків, оскільки вони ускладнюють будь-яке, навіть саме успішне лікування. Наприклад, при цукровому діабеті рани виникають через пошкоджені хворобою судини, при онкології і ВІЛ – через пригнічення імунітету, а в літньому віці причиною є низька швидкість ділення клітин. Лікування таких ран звичайними методами дуже проблематичне, а іноді просто неможливе. Також це ускладнюється тим, що, зазвичай, такі рани мають великі розміри та ускладнені форми. Вирішити ці проблеми можливо за допомогою низькотемпературної плазми.

Розглянуто можливості використання потоку холодної плазми, її стерилізуючі та дезинфікуючі властивості. Методів стерилізації та дезинфекції на даний час у світі існує досить багато. Використання розчинів хімічних засобів, кип’ятіння, іонізуючого випромінювання, сухожарових шаф, газових стерилізаторів має свої переваги та недоліки. Холодну плазму можливо використовувати не лише для лікувальних впливів, але й для обробки інструментів та матеріалів для боротьби з внутрішньолікарняною інфекцією. Запропоновано будову конструкції, яка дає змогу збільшити площу обробки струменями холодної плазми. Розглянуто можливість обробки важкодоступних областей та об’єктів складної форми.

У висновках проведено аналіз використання конструкції багатоструменевого генератора холодної плазми для лікувальних впливів та для досягнення антибактеріальних ефектів.


Ключові слова


холодна плазма; багатоструменевий генератор холодної плазми; розряд типу pin-to-hole

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Sato, T., Miyahara, T., Doi, A. and Ochiai, S. (2006), «Sterilization mechanism for Escherichia coli by plasma flow at atmospheric pressure», Appl. Phys. Lett., Vol. 89, No. 073902, [On-line], available at: https://doi.org/10.1063/1.2336594

Yu, H., Perni, S., Shi, J.J., Wang, D.Z., Kong, M.G. and Shama, G. (2006), «Effects of cell surface loading and phase of growth in cold atmospheric gas plasma inactivation of Escherichia coli K12», J. Appl. Microbiol., Vol. 101 (6), pp. 1323–1330.

Laroussi, M., Tendero, C., Lu, X., Alla, S. and Haynes, W.L. (2006), «Inactivation of Bacteria by the Plasma Pencil», Plasma Process. Polym., Vol. 3, P. 470, [On-line], available at: https://doi.org/10.1002/ppap.200600005

Kong, M.G., Kroesen, G., Morfill, G., Nosenko, T., Shimizu, T., Dijk, van J. and Zimmermann, L. (2009), «Plasma medicine: an introductory review», New Journal of Physics, Vol. 11.

Yousfi, M., Merbahi, N., Pathak, A. and Eichwald, O. (2014), «Low‐temperature plasmas at atmospheric pressure: toward new pharmaceutical treatments in medicine», Fundamental and Clinical Pharmacoldgy, Vol. 28, p.p. 123–135.

Morfill, G.E. (2009), «The Munich plasma medicine project: results and current status 2nd Int.», Conf. Plasma Medicine, from 16–20 March, San Antonio, TX, USA.

Fridman, G., Shereshevsky, A., Jost, M.M., Brooks, A.D., Fridman, A., Gutsol, A., Vasilets, V. and Friedman, G. (2007), «Floating electrode dielectric barrier discharge plasma in air promoting apoptotic behavior in melanoma skin cancer cell lines», Plasma Chemestry and Plasma Processing, Vol. 27, pp. 163–176.

Kim, G.C., Kim, G.J., Park, S.R., Jeon, S.M., Seo, S.J., Iza, F. and Lee, J.K. (2009), «Air plasma coupled with antibody-conjugated nanoparticles: a new weapon against cancer», Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 42, No. 3.

Lee, H.J., Shon, C.H., Kim, Y.S., Kim, S., Kim, G.C. and Kong, M.G. (2009), «Degradation of adhesion molecules of G361 melanoma cells by a non-thermal atmospheric pressure microplasma», New Journal of Physics, Vol. 11, No. 115026.

Deng, S., Ruan, R., Mok, C.K., Huang, G., Lin, X. and Chen, P. (2007), «Inactivation of Escherichia coli on almonds using nonthermal plasma», J. Food Sci., Vol. 72, No. 62.

Perni, S., Liu, D.W., Shama, G. and Kong, M.G. (2008), «Cold atmospheric plasma decontamination of the pericarps of fruit», Journal of food protection, Vol. 71 (2), pp. 302–308.

Perni, S., Shama, G. and Kong, M.G. (2008), «Cold atmospheric plasma disinfection of cut fruit surfaces contaminated with migrating microorganisms», Journal of food protection, Vol. 71 (8), pp. 1619–1625.

Selcuk, M., Oksuz, L. and Basaran, P. (2008), «Decontamination of grains and legumes infected with Aspergillus spp. and Penicillum spp. by cold plasma treatment», Bioresour Technology, Vol. 99 (11), pp. 5104–5109.

Leveille, V. and Coulombe, S. (2005), «Design and preliminary characterization of a miniature pulsed RF APGD torch with downstream injection of the source of reactive species», Plasma Sources Science and Technology, Vol. 14, pp. 467–476.

Lu, X.P., Cao, Y.G., Yang, P., Xiong, Q., Xiong, Z.L., Xian, Y.B. and Pan, Y. (2009), «An RC Plasma Device for Sterilization of Root Canal of Teeth», IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 37, pp. 668–673.

Lee, H.W., Kim, G.J., Kim, J.M., Park, J.K., Lee, J.K. and Kim, G.C. (2009), «Tooth bleaching with nonthermal atmospheric pressure plasma», Journal of endodontics, Vol. 35 (4), pp. 587–591.

Jiang, C., Chen, M.T., Schaudinn, C., Gorur, A., Vernier, P.T., Costerton, J.W., Jaramillo, D.E., Sedghizadeh, P.P. and Gundersen, M.A. (2009), «Pulsed Atmospheric-Pressure Cold Plasma for Endodontic Disinfection», IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 37, pp. 1190–1195.

Laroussi, M. (2009), «Low-temperature plasma in medicine», IEEE Transactions of Plasma Sciences, Vol. 37, No. 6, pp. 714–725.

Fridman, G., Friedman, G., Gutsol, A., Shekhter, A., Vasilets, V. and Fridman, А. (2008), «Applied plasma medicine», Plasma Processes and Polymers, No. 5, pp. 503–533.

Han, J. (2013), «Review of major directions in non-equilibrium atmospheric plasma treatments in medical, biological, and bioengineering applications», Plasma Medicine, No. 3 (3), pp. 173–242.

Isbary, G., Shimizu, T., Li, Y.-F., Stolz, W., Thomas, H.M., Morfill, G.E. and Zimmermann, J.L. (2013), «Cold atmospheric plasma devices for medical issues», Expert Rev. Med. Device, No. 10 (3), pp. 367–377.

Dobrynin, D., Wasko, K., Friedman, G., Fridman, A., Fridman, G. (2011), «Cold Plasma Sterilization of Open Wounds: Live Rat Model», Plasma Medicine, No. 1, No. 2, pp. 109–114.

Keidar, M., Shashurin, A., Volotskova, O., Stepp, M.A., Srinivasan, P., Sandler, A., Trink, B. (2013), «Cold Atmospheric Plasma in Cancer Therapy», Physics of Plasmas, Vol. 20, No. 5, 057101, [On-line], available at: DOI: 10.1063/1.4801516

Robinson, R.D., Gutsol, K., Rabinovich, A. and Fridman, A. (2012), «Plasma acid production in a gliding arc plasmatron», Plasma Medicine, Vol. 2 (4), pp. 249–258.

Zablotskii, V., Churpita, O., Hubička, Z., Jastabrík, L. and Dejneka, A. (2011), «Multijet atmospheric plasma device for biomedical application», Plasma medicine, No. 2, pp. 135–141.

Kolomiiets, R. (2017), «Cold plasma generator for medical use», Plasma Medicine, Vol. 7 (1), pp. 1–6.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Sterilization mechanism for Escherichia coli by plasma flow at atmospheric pressure / T.Sato, T.Miyahara, A.Doi, S.Ochiai // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89, No. 073902 [On-line]. – Access mode : https://doi.org/10.1063/1.2336594.
  2. Effects of cell surface loading and phase of growth in cold atmospheric gas plasma inactivation of Escherichia coli K12 / H.Yu, S.Perni, J.J. Shi, D.Z. Wang, M.G. Kong, G.Shama // J. Appl. Microbiol. – 2006. – Vol. 101 (6). – Pp. 1323–1330.
  3. Inactivation of Bacteria by the Plasma Pencil / M.Laroussi, C.Tendero, X.Lu, S.Allа, W.L. Haynes // Plasma Process. Polym. – 2006. – Vol. 3. – P. 470 [On-line]. – Access mode : https://doi.org/10.1002/ppap.200600005.
  4. Plasma medicine: an introductory review / M.G. Kong, G.Kroesen, G.Morfill, T.Nosenko, T.Shimizu, J. van Dijk, J.L. Zimmermann // New Journal of Physics. – 2006. – Vol. 11.
  5. Low‐temperature plasmas at atmospheric pressure: toward new pharmaceutical treatments in medicine / M.Yousfi, N.Merbahi, A.Pathak, O.Eichwald // Fundamental and Clinical Pharmacoldgy. – 2014. – Vol. 28. – P.p. 123–135.
  6. Morfill G.E. The Munich plasma medicine project: results and current status 2nd Int. / G.E. Morfill // Conf. Plasma Medicine. – San Antonio, TX, USA. – 16–20 March, 2009.
  7. Floating electrode dielectric barrier discharge plasma in air promoting apoptotic behavior in melanoma skin cancer cell lines / G.Fridman, A.Shereshevsky, M.M. Jost, A.D. Brooks, A.Fridman, A.Gutsol, V.Vasilets, G.Friedman // Plasma Chemestry and Plasma Processing. –2007. – Vol. 27. – Pp. 163–176.
  8. Air plasma coupled with antibody-conjugated nanoparticles: a new weapon against cancer / G.C. Kim, G.J. Kim, S.R. Park, S.M. Jeon, S.J. Seo, F.Iza, J.K. Lee // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2009. – Vol. 42, No. 3.
  9. Degradation of adhesion molecules of G361 melanoma cells by a non-thermal atmospheric pressure microplasma / H.J. Lee, C.H. Shon, Y.S. Kim, S.Kim, G.C. Kim, M.G. Kong // New Journal of Physics. – 2009. – Vol. 11, No. 115026.
  10. Inactivation of Escherichia coli on almonds using nonthermal plasma / S.Deng, R.Ruan, C.K. Mok, G.Huang, X.Lin, P.Chen // J. Food Sci. – 2007. – Vol. 72, No. 62.
  11. Cold atmospheric plasma decontamination of the pericarps of fruit / S.Perni, D.W. Liu, G.Shama, M.G. Kong // Journal of food protection. – 2008. – Vol. 71 (2). – Pp. 302–308.
  12. Perni S. Cold atmospheric plasma disinfection of cut fruit surfaces contaminated with migrating microorganisms / S.Perni, G.Shama, M.G. Kong // Journal of food protection. – 2008. – Vol. 71 (8). – Рp. 1619–1625.
  13. Selcuk M. Decontamination of grains and legumes infected with Aspergillus spp. and Penicillum spp. by cold plasma treatment / M.Selcuk, L.Oksuz, P.Basaran // Bioresour Technology. – 2008. – Vol. 99 (11). – Pp. 5104–5109.
  14. Leveille V. Design and preliminary characterization of a miniature pulsed RF APGD torch with downstream injection of the source of reactive species / V.Leveille, S.Coulombe // Plasma Sources Science and Technology. – 2005. – Vol. 14. – Pp. 467–476.
  15. An RC Plasma Device for Sterilization of Root Canal of Teeth / X.P. Lu., Y.G. Cao, P.Yang., Q.Xiong, Z.L. Xiong, Y.B. Xian, Y.Pan // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2009. – Vol. 37. – Рp. 668–673.
  16. Tooth bleaching with nonthermal atmospheric pressure plasma / H.W. Lee., G.J. Kim., J.M. Kim, J.K. Park, J.K. Lee, G.C. Kim // Journal of endodontics. – 2009. – Vol. 35 (4). – Рp. 587–591.
  17. Pulsed Atmospheric-Pressure Cold Plasma for Endodontic Disinfection / C.Jiang, M.T. Chen, C.Schaudinn, A.Gorur, P.T. Vernier, J.W. Costerton, D.E. Jaramillo, P.P. Sedghizadeh, M.A. Gundersen // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2009. – Vol. 37. – Рp. 1190–1195.
  18. Laroussi M. Low-temperature plasma in medicine / M.Laroussi // IEEE Transactions of Plasma Sciences. – 2009. – Vol. 37, No. 6. – Pp. 714–725.
  19. Applied plasma medicine / G.Fridman, G.Friedman, A.Gutsol, A.Shekhter, V.Vasilets, А.Fridman / Plasma Processes and Polymers. – 2008. – No. 5. – Pp. 503–533.
  20. Han J. Review of major directions in non-equilibrium atmospheric plasma treatments in medical, biological, and bioengineering applications / J.Han // Plasma Medicine. – 2003. – No. 3 (3). – Pp. 173–242.
  21. Cold atmospheric plasma devices for medical issues / G.Isbary, T.Shimizu, Y.-F. Li, W.Stolz., H.M. Thomas, G.E. Morfill, J.L. Zimmermann // Expert Rev. Med. Device. – 2013. – No. 10 (3). – Pp. 367–377.
  22. Cold Plasma Sterilization of Open Wounds: Live Rat Model / D.Dobrynin, К.Wasko, G.Friedman, A.Fridman, G.Fridman // Plasma Medicine. – 2011. – No. 1, 2. – Pp. 109–114.
  23. Cold Atmospheric Plasma in Cancer Therapy / M.Keidar, A.Shashurin, O.Volotskova, M.A. Stepp, P.Srinivasan, A.Sandler, B.Trink // Physics of Plasmas. – 2013. – Vol. 20, No. 5, 057101 [On-line]. DOI : 10.1063/1.4801516.
  24. Operating Instruction for piezobrush® PZ2 handheld device. – 2013. – [On-line]. – Access mode : https://www.relyon-plasma.com/wp-content/uploads/2016/05/piezobrush-pz2-plasma-handheld-manual-ML\_F0351300.pdf.
  25. Plasma acid production in a gliding arc plasmatron / R.D. Robinson, K.Gutsol, A.Rabinovich, A.Fridman // Plasma Medicine. – 2012. – Vol. 2 (4). – Pp. 249–258.
  26. Multijet atmospheric plasma device for biomedical application / V.Zablotskii, O.Churpita, Z.Hubička, L.Jastabrík, A.Dejneka // Plasma medicine. – 2011. – No. 2. – Pp. 135–141.
  27. Kolomiiets R. Cold plasma generator for medical use / R.Kolomiiets // Plasma Medicine. – 2017. – Vol. 7 (1). – Pp. 1–6.




Copyright (c) 2018 R. O. Kolomiets, T. M. Nikitchuk, D. С. Morozov, O. V. Hrek

Ліцензія Creative Commons
Це видання ліцензовано за ліцензією Creative Commons Із Зазначенням Авторства - Некомерційна 4.0 Міжнародна.