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Efectos antibacterianos y desodorizantes del desodorante electrónico aplicado con plasma en atmósfera fría.

Efectos antibacterianos y desodorizantes del desodorante electrónico aplicado con plasma en atmósfera fría.

Desodorante electrónico aplicado con plasma frío

La figura 1 muestra un diagrama y mecanismo de funcionamiento de un desodorante electrónico. El desodorante incluye unidad de plasma, bomba de aire y fuente de alimentación. La unidad de plasma incluye un electrodo hueco, un aislante de alúmina de 1 mm de espesor y un electrodo de tierra externo de 5,5 mm de ancho. Se integra una bomba de aire para hacer circular los radicales reactivos generados durante la descarga del plasma, manteniendo un caudal de 2,7 litros estándar por minuto. La fuente de entrada de CC (12 V, 0,417 A) se convirtió en alimentación de CA mediante un inversor de tipo push-pull. En el aire ambiente, la descarga de plasma genera temporalmente partículas neutras, iones, radicales, electrones y radiación ultravioleta.8,9. Debido a la alta relación nitrógeno-oxígeno a presión atmosférica, cataliza principalmente la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y especies reactivas de nitrógeno (RNS).18. Estas especies activas alteran la membrana externa de las bacterias, lo que resulta en su esterilización.8,10. Entre los radicales generados, el ozono puede reaccionar con las moléculas de olor transfiriendo un átomo de oxígeno adicional de la molécula de ozono a la molécula de olor, actuando así como agente desodorizante.

Figura 1

Diagrama esquemático de un desodorante electrónico aplicado con plasma a presión atmosférica fría. El diagrama muestra un desodorante electrónico de plasma a presión atmosférica fría y representa el mecanismo de acción asociado con la esterilización y desodorización.

Propiedades físicas del desodorante de plasma.

Primero, evaluamos las propiedades físicas del plasma atmosférico frío en nuestro desodorante. La Figura 2A muestra formas de onda de voltaje y corriente de descarga típicas generadas durante la descarga de plasma en el proceso de generación de plasma. La corriente de descarga máxima alcanza los 241 mA y esta descarga se produce bajo un voltaje máximo de 16,4 kV a una frecuencia de 62 kHz. Entre los componentes generados por el plasma, ROS y RNS desempeñan papeles cruciales en la destrucción de bacterias. Por lo tanto, estas especies reactivas se investigaron mediante espectroscopía de emisión óptica (OES). Como se muestra en la Figura 2b, el dispositivo de plasma mostró picos prominentes en las líneas N2 del segundo sistema positivo (SPS), que cubren el rango de 310 a 380 nm (específicamente a 316 nm, 337 nm, 357 nm y 376 nm). Además, se observaron picos más débiles en las primeras líneas N2 del sistema positivo (FNS), que se extendían de 390 a 440 nm (específicamente a 399 nm, 405 nm y 427 nm). También detectamos una línea tenue en el rango de longitud de onda de 280 a 300 nm, que corresponde a NO19Identificó la línea del oxígeno atómico en una longitud de onda de 777 nanómetros.7. Se observaron picos de ROS y RNS en los rangos de 250 a 425 nm según la ref.19. Estos resultados indicaron la presencia de nitrógeno, oxígeno atómico, radicales hidroxilo, ROS y RNS en el plasma generado.8,10.

Figura 2
Figura 2

Propiedades físicas del desodorante de plasma. (a) Formas de onda de corriente y voltaje durante la descarga; (B) Espectros de emisión óptica (OES) del plasma; (Ch) Generación de ozono a diferentes distancias (3 cm en estado abierto, 30 cm en estado abierto y 30 cm en estado cerrado); (F) Imágenes de cámaras térmicas que muestran cambios de temperatura en la piel de cerdo a lo largo del tiempo durante la salida.

Debido a la capacidad del ozono generado para eliminar olores desagradables, medimos la concentración de ozono durante la descarga de plasma a una distancia de 3 cm. La descarga de plasma elevó el nivel de ozono a 1,5 ppm, que desapareció por completo cuando se apagó el plasma (Figura 2C). Se sabe que la inhalación de ozono puede suponer un peligro para el sistema respiratorio. Por lo tanto, las normas internacionales de seguridad para la exposición ocupacional al ozono durante las horas de trabajo incluyen un promedio ponderado en el tiempo (TWA) y un límite de exposición a corto plazo (STEL). Los límites de concentración de ozono permitidos se establecen en TWA 0,05 ppm durante 8 horas y STEL 0,20 ppm durante 15 minutos. Cuando la distancia de la axila a la nariz era de unos 30 cm, la concentración de ozono fue de 0,16 ppm cuando se midió en línea recta a una distancia de 30 cm (Figura 2D) y de 0 ppm cuando se midió en diagonal a la misma distancia (Figura 2D). 2e). Estos valores son significativamente más bajos que los estándares de seguridad internacionales.

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La Figura 2F muestra los cambios de temperatura después de la descarga de plasma sobre la piel de cerdo. Antes de la descarga del plasma, la temperatura de la piel del cerdo era de 17,40 °C, lo que equivale a la temperatura ambiente. Después de 5 minutos de descarga, la temperatura de la piel del cerdo aumentó a 19,06 °C, lo que resultó en un aumento general de 1,66 °C (Figura 2F). Este cambio de temperatura es significativamente menor que el de los dispositivos de plasma existentes en dermatología, que normalmente apuntan a generar calor por debajo de 40°C.20,21,22,23. Este bajo efecto térmico se debe principalmente al frío plasma atmosférico. Además, el sistema de circulación de aire de nuestra máquina de plasma ayuda a mantener una temperatura constante mientras descarga el plasma.

Efecto antibacteriano del desodorante plasmático.

Para evaluar la actividad funcional del desodorante, examinamos sus efectos antibacterianos después de la descarga de plasma. La figura 3 muestra el efecto antibacteriano en función de la distancia desde la que se descarga el plasma. hominis, que es una de las principales causas del olor axilar. Para mantener la distancia entre el dispositivo de plasma y la placa de agar, preparamos tapas de placas de Petri con alturas que oscilan entre 1 y 5 cm (Figura 3A). Posteriormente, comparamos las actividades antibacterianas a diferentes distancias después de 1 minuto de descarga de plasma. Como se muestra en la Figura 3B, las colonias bacterianas se resaltan en rojo utilizando el software ImageJ para facilitar el recuento de las bacterias restantes después de la descarga de plasma. Este resultado muestra que la cantidad de bacterias restantes depende de la mayor descarga de plasma en comparación con el control. La exposición al plasma se evitó significativamente hominis Crecimiento de manera dependiente de la distancia de descarga (Figura 3C). Esto indica que el dispositivo de plasma es eficaz para matar bacterias hasta a 5 cm de la superficie objetivo.

figura 3
figura 3

Eficiencia de esterilización Estafilococo epidermidis (hominis) en función de la distancia desde el punto de emisión al aire. (a) Imágenes del tapón de ajuste de la distancia entre bacterias y flujo de plasma. (B) Imágenes representativas de hominis 1 minuto después de la descarga de plasma. (C) Un gráfico que muestra el número de colonias. Las barras de error en los gráficos de medias se calcularon utilizando el mismo método que para los seis paneles. Todos los valores de la prueba t indican p <0,001 en comparación con el control, excepto 5 cm (p = 0,0047).

Además, la duración de la descarga de plasma es un factor crítico para la actividad antibacteriana. Por lo tanto, investigamos más a fondo los efectos antibacterianos contra ambos. hominis Y C. Sequía Basado en diferentes duraciones de descarga de plasma. La figura 4A muestra imágenes representativas del resto. hominis Y C. Sequía Bacterias durante períodos de exposición de 1, 2 y 3 minutos a una distancia de 1 cm. Como se muestra en la Figura 4B, existen diferencias significativas en el número hominis Las colonias entre los grupos de control y tratamiento fueron evidentes 1 minuto después de la salida (P <0,001). A medida que la distancia disminuyó, el número de colonias bacterianas disminuyó significativamente, y la tasa de inhibición alcanzó el 99,81%. hominis Después de 3 minutos de exposición. Asimismo, la diferencia en el número de colonias C. Sequía También fue significativo a partir de 1 minuto de descarga, alcanzando una inhibición del 90,99% después de 3 minutos de exposición (Figura 4C). Estos resultados indicaron una actividad antibacteriana de más del 90% contra la producción de olor axilar. hominis Y C. Sequía 3 minutos después de desembalar.

Figura 4
Figura 4

Eficiencia de esterilización hominis Y C. Sequía Basado en el tiempo de alta. (a(Imágenes representativas de esterilización)B) recuentos de colonias hominis (C) recuentos de colonias C. Sequía. Las barras de error para los datos medios se calcularon utilizando el mismo método que para los ocho paneles. Todos los valores de la prueba t indican p <0,001 en comparación con el control, excepto 1 min para C. Sequía (p = 0,0002).

En nuestro dispositivo de plasma, el flujo de aire difuso durante la descarga de plasma puede prevenir el crecimiento bacteriano debido al secado de la placa de agar como un efecto falso positivo. Por lo tanto, comparamos la actividad antibacteriana después de la exposición al flujo de aire sin descarga de plasma (Figura 5A). No hubo ningún efecto antibacteriano significativo contra hominis (Figura 5b) o C. Sequía (Figura 5C) después de la exposición al flujo de aire durante 3 min a una distancia de 1 cm. Esto apoya la idea de que el efecto antibacteriano de nuestro desodorante puede atribuirse a la irradiación de plasma.

Figura 5
Figura 5

Efecto del flujo de aire en la esterilización. hominis Y C. Sequía. (a(Imágenes representativas de esterilización)B) recuentos de colonias hominis; (C) recuentos de colonias C. Sequía. No se observó ningún efecto significativo (MS).

Efecto desodorizante del desodorante de plasma.

Los efectos desodorizantes de los desodorantes se evaluaron utilizando un sistema nasal electrónico. La Figura 6A muestra el sistema de nariz electrónica, que consta de un sensor de gas y componentes del conjunto de distribución de olores. Se sabe que el ácido 3-hidroxi-3-metilhexanoico (3M2H) y el 3-metil-3-sulfanihexano-1-ol (3M3SH) actúan como compuestos metabólicos en el olor axilar.24,2526. Como se muestra en la Figura 6b, estos compuestos contienen grupos butano, hidroxilo y/o azufre en su estructura química. Por lo tanto, el conjunto de sensores consta de sensores de gas sensibles a grupos butano, hidroxilo y/o azufre (Figura 6C). Se aplicaron 3M2H y 3M3SH a la piel de cerdo para imitar el olor axilar y posteriormente se colocaron dentro de la cámara de muestra con conexiones de entrada y salida. La manguera de entrada conectada al componente de suministro de aire fue responsable de introducir el 3M2H o 3M3SH en la cámara de muestra, mientras que el 3M2H o 3M3SH se transportó y midió dentro de la cámara del conjunto de sensores a través de la manguera de salida.

Figura 6
Figura 6

Configuración del sistema de nariz electrónica. (aUna imagen del sistema de nariz electrónica utilizado para medir el olor de muestras de piel de cerdo (B) Los COV, HMHA y 3M3SH utilizados en este experimento para inducir el olor de las axilas (C) Los sensores del conjunto están diseñados para detectar gases asociados con la medición del olor axilar, como compuestos orgánicos volátiles, compuestos de azufre y butano.

Para evaluar el efecto desodorizante, comparamos las lecturas del grupo de sensores después de la exposición al plasma durante 1, 3 y 5 minutos con las lecturas del grupo de control. El grupo de control estuvo expuesto al mismo tiempo de exposición al flujo de aire sin irradiación de plasma. La Figura 7A, D muestra las respuestas a 3M2H y 3M3SH después de la exposición al plasma durante 1, 3 y 5 minutos, respectivamente. Los valores máximos de 3M2H (Figura 7B) y 3M3SH (Figura 7E) disminuyeron en respuesta a cada sensor de manera dependiente del tiempo de exposición. En comparación con la respuesta general de todos los sensores, los olores 3M2H (Figura 7C) y 3M3SH (Figura 7F) se redujeron significativamente en todos los momentos en comparación con los del grupo de control. En particular, tanto 3M2H como 3M3SH se eliminaron aproximadamente en un 70% y un 73% después de la exposición al plasma durante 5 minutos, respectivamente.

Figura 7
Figura 7

Efecto desodorizante del dispositivo de plasma. (a) Histogramas de resistencia máxima para cada sensor con respecto al tiempo de descarga de plasma HMHA; (B) Relación de reducción (Ps/Pc) de los valores pico de HMHA en comparación con el control; (C) Valor máximo total (PT) de HMHA en comparación con el control. Todos los valores de la prueba t indican p <0,001 en comparación con el control; (Dr) Histogramas de resistencia máxima para cada sensor con respecto al tiempo de descarga de plasma para 3M3SH; (h) Relación de reducción (Ps/Pc) de los valores pico de 3M3SH en comparación con el control; (F) Valor máximo total (PT) de 3M3SH en comparación con el control. Todos los valores de la prueba t indican p <0,001 en comparación con el control, excepto 1 min y 3 min para 3M3SH (p = 0,0025 y 0,0027, respectivamente).