Плазма

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 19944 (2022) Цитировать эту статью

1442 Доступа

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Из-за нехватки средств индивидуальной защиты (СИЗ) во время пандемии COVID-19 возрос интерес и спрос на стерилизационные устройства для повторного использования СИЗ. Для повторного использования масок для лица их необходимо эффективно обеззараживать от потенциальных инфекционных агентов, не нарушая при этом их фильтрующую способность во время стерилизации. В этом исследовании мы использовали импульсный диэлектрический барьерный разряд атмосферного давления (DBD) в сочетании с распыленными микрокаплями жидкости для создания плазменно-активируемого тумана (PAM). Бактериофаги MS2 и T4 использовались для проведения тестов по обеззараживанию двух типов респираторов N95. Результаты показали по крайней мере 2-логарифмическое снижение MS2 и T4 на респираторах N95, обработанных за один цикл 7,8% перекисью водорода ПАМ, и по меньшей мере 3-логарифмическое снижение при обработке 10% перекисью водорода ПАМ. Кроме того, было обнаружено, что после 20 циклов не наблюдалось значительного снижения эффективности фильтрации респираторов N95 (3M 1860 и 1804), обработанных 10% перекисью водорода PAM. Что касается возможности повторного использования масок после обработки, как было установлено, было показано, что эластичные ремни 3М 1804 фрагментировались после 20 циклов обработки, что делало их непригодными для использования, в то время как ремни 3М 1860 не подвергались негативному воздействию даже после 20 циклов дезинфекции.

С момента выявления первого случая заболевания в декабре 2019 года коронавирусная болезнь 2019 года (COVID-19) быстро распространилась во многих странах и была объявлена ​​Всемирной организацией здравоохранения пандемией в марте 2020 года1. Вирус, вызывающий заболевание COVID-19, называется тяжелым. Коронавирус острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) может распространяться среди людей воздушно-капельным путем при кашле и чихании, аэрозолями при дыхании и разговоре, а также через фомиты2. Предыдущие исследования рекомендовали носить маски для лица (также называемые респираторами) в общественных местах, чтобы ограничить распространение COVID-193,4. Хирургическая маска может блокировать капли крупных частиц, брызги, аэрозоли или брызги, которые могут содержать микробы (вирусы и бактерии), а респиратор N95 может эффективно фильтровать частицы в воздухе не менее 95%. Края респиратора N95 спроектированы таким образом, чтобы соответствовать лицу пользователя и не допускать попадания воздуха, содержащего загрязняющие вещества, в нос и рот пользователя без фильтрации через респиратор5. В дополнение к маскам для лица, другие средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как перчатки, лицевые щитки и халаты, также пользовались большим спросом во всех частях земного шара, поскольку случаи заболевания COVID-19 продолжают расти6. В начале пандемии поставки и распространение СИЗ не соответствовали высокому спросу, что вынуждало работников здравоохранения и службы экстренного реагирования повторно использовать СИЗ, такие как хирургические респираторы и респираторы N95.

Из-за нехватки СИЗ, особенно респираторов N95, в начале пандемии COVID-19 был проведен широкий спектр исследований, посвященных обеззараживанию и повторному использованию СИЗ, включая использование ультрафиолетового бактерицидного облучения (УФГИ), испаренной перекиси водорода. (VHP), оксид этилена (EtO), микроволновая печь, отбеливатель, термическая обработка, этанол, жидкая перекись водорода, автоклав, изопропиловый спирт, средства для протирания, водопроводная вода, мыло и вода, а также традиционная электрическая рисоварка7. Сравнивать эффективность различных подходов непросто, поскольку с помощью каждого метода, а также на различных материалах масок были протестированы разные вирусы и бактерии. Например, UVGI может снизить количество спор гриппа H1N1 как минимум на 3 log8, а VHP может снизить количество спор Geobacillus stearothermophilus на респираторе N959 на 6 log. Однако некоторые методы, такие как UVGI, VHP, микроволновая печь, отбеливание, термическая обработка и автоклав, снижают качество респиратора N95 за счет снижения эффективности фильтрации или нарушения целостности материала ремней маски7.

Доказано, что нетермическая плазма, включая прямое воздействие и дистанционное воздействие, как низкотемпературный метод стерилизации поверхностей и материалов, эффективна для микробного обеззараживания. Исследования показали, что плазменные технологии позволяют инактивировать болезнетворные микроорганизмы на поверхности медицинских изделий10 и сельскохозяйственной продукции11. Что касается пандемии COVID-19, недавние исследования показали, что прямая нетермическая плазма может инактивировать РНК SARS-CoV-2 в биоаэрозолях12. В другом исследовании им удалось продемонстрировать использование поверхностного диэлектрического барьерного разряда (DBD) для инактивации псевдовируса с помощью S-белка SARS-CoV-2 в условиях холодовой цепи хранения и транспортировки13. Помимо нанесения плазмы непосредственно на материалы для дезинфекции, также было широко доказано, что активированная плазмой вода (PAW) может действовать как эффективный бактерицидный раствор14,15. Более щадящий и универсальный подход, аналогичный PAW, — это производство PAM, при котором распыленные капли воды или других растворов подвергаются воздействию плазменного разряда. Вместо того, чтобы погружать материалы в PAW, методы PAM производят капли, которые могут переносить генерируемые плазмой химические соединения, обладающие способностью инактивировать микроорганизмы и вирусы и стерилизовать поверхности. Предыдущее исследование показало, что ПАМ накапливает высокие концентрации перекиси водорода и приобретает кислый pH, что создает внутри ПАМ подходящие условия для мощной антимикробной активности16. Активные формы кислорода (АФК) и активные формы азота (РНС) считаются наиболее важной ролью дезинфекции при PAM17. АФК в основном включают радикалы, перекись водорода, синглетный кислород, супероксид-анионы и озон, тогда как РНС в основном включает нитрат, нитрит, пероксинитрит, радикал оксида азота, аммиак и азот15. Было показано, что эти АФК и РНС реагируют с ДНК вируса (двух- и одноцепочечной) и РНК18,19. Например, предыдущее исследование показало, что АФК- и РНС-содержащие ПАМ могут инактивировать бактерии на поверхности капусты без повреждения самой поверхности20. Таким образом, PAM может инактивировать SARS-Cov-2 на поверхности респираторов N95, не снижая его способности защищать пользователя. Более того, сочетание 7,8% аэрозольной перекиси водорода и плазмы повышало эффективность инактивации Salmonella и L. innocua на поверхности свежих продуктов21. Эта комбинация также может быть эффективным методом лечения СИЗ.