PL242412B1 - Sposób dezaktywacji antybiotyków w roztworach wodnych - Google Patents
Sposób dezaktywacji antybiotyków w roztworach wodnych Download PDFInfo
- Publication number
- PL242412B1 PL242412B1 PL431823A PL43182319A PL242412B1 PL 242412 B1 PL242412 B1 PL 242412B1 PL 431823 A PL431823 A PL 431823A PL 43182319 A PL43182319 A PL 43182319A PL 242412 B1 PL242412 B1 PL 242412B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- apgd
- glow discharge
- antibiotics
- antibiotic
- solution
- Prior art date
Links
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 title description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000002417 atmospheric pressure glow discharge ionisation Methods 0.000 claims abstract 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 19
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 13
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000012984 antibiotic solution Substances 0.000 claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 28
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 abstract description 20
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 8
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 abstract description 8
- JGSARLDLIJGVTE-MBNYWOFBSA-N Penicillin G Chemical compound N([C@H]1[C@H]2SC([C@@H](N2C1=O)C(O)=O)(C)C)C(=O)CC1=CC=CC=C1 JGSARLDLIJGVTE-MBNYWOFBSA-N 0.000 description 47
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 25
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 24
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 24
- 229960000723 ampicillin Drugs 0.000 description 23
- AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N ampicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=CC=C1 AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 23
- 229940056360 penicillin g Drugs 0.000 description 23
- 229960005091 chloramphenicol Drugs 0.000 description 22
- WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N chloramphenicol Chemical compound ClC(Cl)C(=O)N[C@H](CO)[C@H](O)C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 WIIZWVCIJKGZOK-RKDXNWHRSA-N 0.000 description 22
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 18
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 18
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 17
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 15
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 13
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 12
- 238000002768 Kirby-Bauer method Methods 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000009036 growth inhibition Effects 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 9
- MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N ciprofloxacin Chemical compound C12=CC(N3CCNCC3)=C(F)C=C2C(=O)C(C(=O)O)=CN1C1CC1 MYSWGUAQZAJSOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 7
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 6
- 241001360526 Escherichia coli ATCC 25922 Species 0.000 description 6
- 239000002246 antineoplastic agent Substances 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 229940127089 cytotoxic agent Drugs 0.000 description 6
- 125000001475 halogen functional group Chemical group 0.000 description 6
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 6
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 6
- SEEPANYCNGTZFQ-UHFFFAOYSA-N sulfadiazine Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)NC1=NC=CC=N1 SEEPANYCNGTZFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229960004306 sulfadiazine Drugs 0.000 description 6
- 229960002135 sulfadimidine Drugs 0.000 description 6
- ASWVTGNCAZCNNR-UHFFFAOYSA-N sulfamethazine Chemical compound CC1=CC(C)=NC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1 ASWVTGNCAZCNNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229960005404 sulfamethoxazole Drugs 0.000 description 6
- 229960001544 sulfathiazole Drugs 0.000 description 6
- JNMRHUJNCSQMMB-UHFFFAOYSA-N sulfathiazole Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)NC1=NC=CS1 JNMRHUJNCSQMMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N sulphamethoxazole Chemical compound O1C(C)=CC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1 JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 5
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000036457 multidrug resistance Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229960003405 ciprofloxacin Drugs 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 4
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 3
- 238000000692 Student's t-test Methods 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 description 3
- 238000000326 densiometry Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 3
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- -1 sulfatiazole Chemical compound 0.000 description 3
- 229940124530 sulfonamide Drugs 0.000 description 3
- 150000003456 sulfonamides Chemical class 0.000 description 3
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 3
- IEDVJHCEMCRBQM-UHFFFAOYSA-N trimethoprim Chemical compound COC1=C(OC)C(OC)=CC(CC=2C(=NC(N)=NC=2)N)=C1 IEDVJHCEMCRBQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229960001082 trimethoprim Drugs 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- 239000004099 Chlortetracycline Substances 0.000 description 2
- 239000004100 Oxytetracycline Substances 0.000 description 2
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229940123317 Sulfonamide antibiotic Drugs 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- CYDMQBQPVICBEU-UHFFFAOYSA-N chlorotetracycline Natural products C1=CC(Cl)=C2C(O)(C)C3CC4C(N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)C4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O CYDMQBQPVICBEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229960004475 chlortetracycline Drugs 0.000 description 2
- 235000019365 chlortetracycline Nutrition 0.000 description 2
- CYDMQBQPVICBEU-XRNKAMNCSA-N chlortetracycline Chemical compound C1=CC(Cl)=C2[C@](O)(C)[C@H]3C[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O CYDMQBQPVICBEU-XRNKAMNCSA-N 0.000 description 2
- 239000013068 control sample Substances 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229960000625 oxytetracycline Drugs 0.000 description 2
- 235000019366 oxytetracycline Nutrition 0.000 description 2
- IWVCMVBTMGNXQD-PXOLEDIWSA-N oxytetracycline Chemical compound C1=CC=C2[C@](O)(C)[C@H]3[C@H](O)[C@H]4[C@H](N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)[C@@]4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O IWVCMVBTMGNXQD-PXOLEDIWSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- IWVCMVBTMGNXQD-UHFFFAOYSA-N terramycin dehydrate Natural products C1=CC=C2C(O)(C)C3C(O)C4C(N(C)C)C(O)=C(C(N)=O)C(=O)C4(O)C(O)=C3C(=O)C2=C1O IWVCMVBTMGNXQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WZRJTRPJURQBRM-UHFFFAOYSA-N 4-amino-n-(5-methyl-1,2-oxazol-3-yl)benzenesulfonamide;5-[(3,4,5-trimethoxyphenyl)methyl]pyrimidine-2,4-diamine Chemical compound O1C(C)=CC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1.COC1=C(OC)C(OC)=CC(CC=2C(=NC(N)=NC=2)N)=C1 WZRJTRPJURQBRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SPFYMRJSYKOXGV-UHFFFAOYSA-N Baytril Chemical compound C1CN(CC)CCN1C(C(=C1)F)=CC2=C1C(=O)C(C(O)=O)=CN2C1CC1 SPFYMRJSYKOXGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OJMMVQQUTAEWLP-UHFFFAOYSA-N Lincomycin Natural products CN1CC(CCC)CC1C(=O)NC(C(C)O)C1C(O)C(O)C(O)C(SC)O1 OJMMVQQUTAEWLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N Methicillin Chemical compound COC1=CC=CC(OC)=C1C(=O)N[C@@H]1C(=O)N2[C@@H](C(O)=O)C(C)(C)S[C@@H]21 RJQXTJLFIWVMTO-TYNCELHUSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930182555 Penicillin Natural products 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006652 catabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000973 chemotherapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 229960000740 enrofloxacin Drugs 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 229960005287 lincomycin Drugs 0.000 description 1
- OJMMVQQUTAEWLP-KIDUDLJLSA-N lincomycin Chemical compound CN1C[C@H](CCC)C[C@H]1C(=O)N[C@H]([C@@H](C)O)[C@@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](SC)O1 OJMMVQQUTAEWLP-KIDUDLJLSA-N 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002906 medical waste Substances 0.000 description 1
- 230000004066 metabolic change Effects 0.000 description 1
- 229960003085 meticillin Drugs 0.000 description 1
- 229940049954 penicillin Drugs 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest sposób dezaktywacji antybiotyków z roztworów, polegający na tym, że roztwór wodny antybiotyku poddaje się działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD w ciągłym układzie przepływowym. W sposobie tym roztwór antybiotyków traktuje się wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD w celu degradacji antybiotyków powszechnie stosowanych w medycynie i weterynarii. Według wynalazku, opracowano metodykę do unieczynnienia antybiotyków z wykorzystaniem plazmy generowanej poprzez wyładowania typu dc-APGD. Najlepsze wyniki zaobserwowano dla roztworu wodnego NaCl, najlepiej o stężeniu 0,85%. Korzystnie, opracowane dodatkowe parametry przyczyniające się do podnoszenia efektywności zaproponowanego sposobu dezaktywacji antybiotyków z roztworów wodnych.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób dezaktywacji antybiotyków z roztworów wodnych z zastosowaniem stałoprądowego wyładowania jarzeniowego, generowanego pod ciśnieniem atmosferycznym (ang. direct current atmospheric pressure glow discharge, dc-APGD) w kontakcie z przepływającą cieczą w ciągłym układzie przepływowym. Wynalazek umożliwia dezaktywację antybiotyków przed uwolnieniem ich do środowiska naturalnego i w efekcie ograniczenie rozprzestrzeniania się oporności na antybiotyki, m.in. wśród bakterii patogennych względem człowieka czy też zwierząt hodowlanych i użytkowych.
Mając na uwadze powszechne wykorzystanie antybiotyków w medycynie bądź ich prewencyjne podawanie zwierzętom hodowlanym (w celu osiągnięcia przez nie szybszego przyrostu biomasy oraz obniżenia padnięć), antybiotyki przenikają do środowiska naturalnego, tj. gleb czy też wód powierzchniowych, przyczyniając się do zwiększenia powszechności występowania zjawiska wielolekooporności wśród mikroorganizmów. Z tego względu, znalezienie skutecznej metody dezaktywacji antybiotyków jest niezwykle ważne. Odpowiedzią na ten problem może być przedstawiony w zgłoszeniu wynalazek, który może znaleźć zastosowanie zwłaszcza w medycynie, w przemyśle farmaceutycznym, przy hodowli zwierząt, w rolnictwie do dezaktywacji antybiotyków rozpuszczalnych w wodzie - zwłaszcza ampicyliny, chloramfenikolu oraz penicyliny G.
Znane są różne układy stosowane do generowania zimnych plazm atmosferycznych wykorzystujące m.in. wyładowania barierowe (ang. dielectric barrier discharge, DBD), wyładowania jarzeniowe (ang. glow discharge, GD), ślizgające wyładowania łukowe (ang. gliding arc discharge, GAD) oraz wyładowania iskrowe generowane w cieczy (ang. underwater spark discharge, USD). Poza rodzajem wyładowań wykorzystywanych do generowania zimnych plazm atmosferycznych, wspomniane układy różnią się m.in. parametrami pracy, tj. napięciem, natężeniem prądu, stosowanym gazem wyładowczym oraz konstrukcją.
W publikacji autorstwa K-S. Kim, C.-S. Yang, Y.S. Mok pt.: „Degradation of veterinary antibiotics by dielectric barrier discharge plasma” (Chemical Engineering Journal 2013, 219, 19-27) opisano sposób degradacji antybiotyków (linkomycyny, cyprofloksacyny, enrofloksacyny, chlorotetracykliny, oksytetracykliny, sulfatiazolu, sulfametoksazolu, sulfametazyny oraz trimetoprimu w stężeniu 5 mg L-1) z roztworów wodnych z użyciem wyładowań barierowych (ang. dielectric barrier discharge, DBD). Zastosowany do degradacji antybiotyków reaktor plazmowy z wyładowaniami DBD składał się z kwarcowej rurki, stalowej elektrody oraz ceramicznego dyfuzora gazu. Wyładowania DBD były generowane w atmosferze tlenu bądź powietrza, w wyniku zasilania reaktora plazmowego prądem zmiennym o częstotliwości 60 Hz. Efektywna długość tak powstałej plazmy wynosiła 20 cm, natomiast objętość traktowanego roztworu za pomocą wyładowań DBD wynosiła 1000 cm3.
W kontekście wykorzystania metody do unieczynnienia antybiotyków wykazano jednakże, że współczynniki degradacji tych chemioterapeutyków zależą głównie od ilości dostarczonej e nergii oraz efektywnego wytwarzania ozonu. W celu uzyskania 60% efektywności degradacji danego antybiotyku z użyciem DBD generowanych w atmosferze powietrza potrzebne były nakłady energetyczne 0,26 kJ/mg (dla sulfatiazolu) oraz 1,49 kJ/mg (dla cyprofloksacyny), podczas gdy 90% dezaktywacja analizowanych chemioterapeutyków z zastosowaniem DBD generowanych również w atmosferze powietrza wymagała zastosowania energii 0,39 kJ/mg (dla sulfatiazolu) oraz 2,06 kJ/mg (dla cyprofloksacyny). Unieczynnienie cyprofloksacyny, trimetoprimu oraz sulfametoksazolu okazało się być efektywniejsze niż sulfatiazolu, chlorotetracykliny oraz oksytetracykliny. Przykładowo, stężenie trimetoprimu malało do ok. zera przy ekspozycji roztworu tego antybiotyku na wyładowania DBD o mocy 5,2, 6,8 bądź 8,9 przez odpowiednio 20, 25 bądź 30 min. Czas ten można uznać za relatywnie długi, mogący mieć wpływ na możliwe ograniczenia w przyszłym zastosowaniu tego rozwiązania. Dodatkowo, bez względu na przyłożoną moc, dostarczenie energii rzędu 10 kJ okazało się być niezbędne do całkowitej degradacji trimetoprimu (w stężeniu 5 mg/dm3) w roztworze wodnym. Jest to stosunkowo wysoka wartość, zwiększająca znacząco koszty proponowanej metody dezaktywacji antybiotyków z użyciem technologii plazmowej.
W artykule K.-S. Kim, S. K. Kam oraz Y. S. Mok pt.: „Elucidation ofthe degradation pathways of sulfonamide antibiotics in a dielectric barrier discharge plasma system” (Chemical Engineering Journal 2015, 271,31-42), opisano wyniki prac badawczych nt. możliwości wykorzystania wyładowań DBD do degradacji wodnych roztworów antybiotyków sulfonamidowych, tj. sulfatiazolu, sulfametazyny i sulfa metoksazolu w stężeniu 50 mg/dm3. Wspomniane wyładowania DBD były generowane w reaktorze plazmowym, w atmosferze powietrza bądź tlenu. Parametry pracy wspomnianego reaktora były takie same jak w poprzedniej pracy tego zespołu pt.. „Degradation of veterinary antibiotics by dielectric barrier discharge plasma”.
Odnosząc się do możliwości wykorzystania wyładowań DBD do dezaktywacji antybiotyków, spośród analizowanych chemioterapeutyków sulfametazyna okazała się być najbardziej wrażliwym związkiem na działanie wygenerowanych w reaktorze plazmowym wyładowań DBD, w przeciwieństwie do sulfametoksazolu, którego degradacja była najmniej efektywna. Jak zasugerowali badacze, jest to związane z różnicą w strukturze chemicznej tych związków. Porównując wpływ gazów wyładowczych na skuteczność procesu dezaktywacji antybiotyków, opisano, że zastosowanie tlenu zamiast powietrza skutkowało możliwością uzyskania całkowitego rozkładu analizowanych antybiotyków, co wyjaśniono zwiększeniem stężenia wygenerowanego w takich warunkach ozonu (z 5,6 mg/dm3 do 14,2 mg/dm3). Korzystne działanie ozonu wynika też z jego pośredniego działania, gdyż w efekcie rozpuszczania w wodzie ozonu generowane są rodniki hydroksylowe o silniejszych właściwościach utleniających (potencjał oksydacyjny 2,8 V) od tych wykazywanych przez samą molekułę ozonu (potencjał oksydacyjny 2,07 V). Aby uzyskać 60% wydajność rozkładu sulfatiazolu, sulfametazyny i sulfametoksazolu należało dostarczyć energię wynoszącą odpowiednio 67,2, 53,1 bądź 80,2 J/mg (w atmosferze powietrza) lub 36,1,30,8 bądź 41,3 J/mg (w atmosferze tlenu), podczas gdy 90% efektywność degradacji powyższych sulfonamidów została uzyskana przy odpowiednio 87,2, 70,7 oraz 104,8 J/mg (w atmosferze powietrza) lub 43,7, 37,8 bądź 50,3 J/mg (w atmosferze tlenu). Moc zmierzona przy przyłożonym napięciu 20,1 kV oscylowała od 2,82 W (w atmosferze powietrza) do 4,06 W (w atmosferze tlenu). Ponadto, stwierdzono, że proces mineralizacji produktów degradacji sulfonamidów zachodzi efektywniej w atmosferze tlenu w porównaniu do stosowanej atmosfery powietrza, co wynika ze wzrostu w zmierzonej przewodności elektrycznej oraz spadku pH traktowanych za pomocą DBD wodnych roztworów antybiotyków. Procentowa różnica w zawartości całkowitego węgla organicznego skorelowana z efektywnością usuwania sulfatiazolu, sulfametazyny bądź sulfametoksazolu z roztworu wyniosła odpowiednio 10,9%, 16,3% bądź 12,1% (atmosfera powietrza) lub 34,7%, 24,2% bądź 24,3% (atmosfera tlenu) w trakcie wyładowania generowanego przez 60 min. Zaobserwowano, że wynika to z formowania się niskocząsteczkowych związków organicznych. Oprócz wspomnianych powyżej niskocząsteczkowych związków organicznych, w roztworze poddanym działaniu DBD (generowanego w obu zadanych warunkach) wykryto również jony azotanowe (V), amonowe (IV) oraz siarczanowe (VI). Czas ekspozycji wyładowania barierowego na roztwór, wynoszący 15 min bądź 25-40 min (w zależności od tego czy układ pracował w atmosferze tlenu czy suchego powietrza) był niezbędny, aby dezaktywować antybiotyki w stężeniu 50 mg/dm3 z wodnych roztworów. Metoda ta wykazuje niedogodności związane z powstawaniem licznych produktów ubocznych podczas tak prowadzonego rozkładu i aby osiągnąć całkowitą mineralizację chemioterapeutyków, wymagane jest zastosowanie dłuższych czasów ekspozycji i/lub dostarczenie większej ilości energii do układu.
W manuskrypcie S. Rong i Y. Sun pt.: „Wetted-wall corona discharge induced degradation of sulfadiazine antibiotics in aqueous solution” (Journal of Chemical Technology & Biotechnology 2014, 89(9), 1351-1359), opisano możliwość wykorzystania wyładowań koronowych generowanych w kontakcie z filmem cieczy do degradacji sulfadiazyny. Sulfadiazyna to antybiotyk klasyfikowany do sulfonamidów, stosowany w medycynie i weterynarii w celu inaktywacji mikroorganizmów chorobotwórczych. Ze względu na powszechne wykorzystanie tego chemioterapeutyku w hodowli zwierząt, jego podstawowa forma strukturalna (bądź acetylowa pochodna powstająca w wyniku przemian metabolicznych) często przenika z aplikowanych na pola nawozów pochodzenia odzwierzęcego do środowiska naturalnego (gleb czy też wód powierzchniowych), przyczyniając się do zwiększenia powszechności występowania zjawiska wielolekooporności wśród mikroorganizmów. W publikacji opisano zastosowanie wyładowania koronowego (ang. corona discharge CD), generowanego w dwucylindrycznym układzie reakcyjno-wyładowczym, w kontakcie z filmem cieczy, tj. roztworem wodnym antybiotyku przeznaczonym do unieczynnienia, z zastosowaniem generatora prądu zmiennego w atmosferze powietrza. Szybkość przepływu roztworu wodnego sulfadiazyny przez układ plazmowy wynosiła według opisanej metodyki 50 cm3/min. Aby dezaktywować roztwór wodny zawierający 10 mg/dm3 sulfadiazyny, wyładowania koronowe były generowane przez 30 min w 150 mm obszarze wyładowczym podczas kontaktu z filmem cieczy. Opisano wpływ wielu czynników zewnętrznych jak np. obecność jonów Fe2+ na efektywność metody. Pomimo długiego czasu oddziaływania (30 min) wyładowań DBD na poddawany dezaktywacji roztwór antybiotyku, dalej stwierdzano obecność produktów pośrednich zachodzącej reakcji rozkładu sulfadiazyny. Opisana metoda ma zatem pewne niedogodności, znacząco ograniczające późniejsze zastosowanie przemysłowe w przedstawionej formie.
Jak dotąd możliwości wykorzystania technologii plazmowej do degradacji antybiotyków, zostały opisane w nielicznych pracach, zwłaszcza pod kątem praktycznego zastosowania plazmy do unieczynnienia antybiotyków. Wiele danych wskazuje również na ograniczenia dotąd podjętego kierunku badań. Warto podkreślić, że w dostępnej literaturze szacowano metodami analitycznymi jedynie efektywność degradacji wspominanych leków oraz dyskutowano możliwe mechanizmy rozkładu tych związków w kontekście wykrywanych form pośrednich. Co istotne, według naszej najlepszej twórców przedmiotowego wynalazku, nie przedstawiono w znanym stanie techniki dowodów na możliwość zniwelowania antybakteryjnych właściwości antybiotyków z użyciem technologii plazmowej.
Należy nadmienić, że obecnie antybiotyki są masowo uwalniane do środowiska naturalnego, przez co powstaje presja selekcyjna skutkująca efektywnym rozprzestrzenianiem się bakterii wielolekoopornych, między innymi wśród bakterii patogennych względem człowieka i zwierząt hodowlanych. Opracowanie skutecznej metody dezaktywacji antybiotyków mogłoby przyczynić się do ograniczenia tego niekorzystnego trendu. Istotnym jest, że usuwanie aktywnych cząsteczek chemioterapeutyków z ciekłych odpadów medycznych, produktów ubocznych pochodzących z koncernów farmaceutycznych, wód pohodowlanych czy wód kanalizacyjnych, metodami powszechnie stosowanymi w oczyszczalniach ścieków, jest skrajnie nieefektywne ze względu na silne właściwości biobójcze tej grupy związków chemicznych. Stanowiło to cel przedstawionego wynalazku.
Twórcy metody wykazali możliwość wykorzystania plazmy przy opracowanej charakterystyce metody.
Według wynalazku roztwór antybiotyków traktuje się wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD w celu degradacji antybiotyków powszechnie stosowanych w medycynie i weterynarii. Według wynalazku, opracowano metodykę do unieczynnienia antybiotyków z wykorzystaniem plazmy generowanej poprzez wyładowania typu dc-APGD. Istota sposobu dezaktywacji antybiotyków, według wynalazku, polega na tym, że roztwór wodny antybiotyku w stężeniach 0,0001 do 1000 mg/dm3 poddaje się działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD w ciągłym układzie przepływowym, przy czym wodny roztwór antybiotyku wprowadza się w temperaturze pokojowej z szybkością przepływu w zakresie 0,120,0 cm3/min do układu reakcyjno-wyładowczego za pomocą wężyka perystaltycznego do kwarcowej kapilary, na której umieszczona jest rurka grafitowa. Wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD generuje się, na skutek przyłożenia do elektrod napięcia w zakresie 200-2000 V oraz natężenia prądu 15-60 mA w przestrzeni pomiędzy stałą metaliczną anodą a przepływającej ciekłą katodą, będącą dezaktywowanym roztworem antybiotyku, i traktuje się nim pełniący funkcję przepływającej ciekłej katody analizowany wodny roztwór antybiotyku aż do jego dezaktywacji. Korzystnie, wodny roztwór antybiotyku wprowadza się w temperaturze pokojowej z szybkością przepływu w zakresie 3,0 cm3/min. Korzystnie, wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD generuje się, na skutek przyłożenia do elektrod napięcia w zakresie 1200 V oraz natężenia prądu 40 mA. Korzystnie roztwór wodny antybiotyku w stężeniach 5 mg/dm3, poddaje się działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. Korzystnie, przestrzeń pomiędzy stałą metaliczną anodą a przepływającej ciekłą katodą, będącą dezaktywowanym roztworem antybiotyku ma długość 4,0 mm. Korzystnie, do dezaktywacji wodnych roztworów antybiotyków stosuje się roztwory po dodaniu jonów zwiększających siłę jonową roztworu, najkorzystniej Na+ oraz Cl-.
Najlepsze wyniki zaobserwowano dla podanych poniżej wartości parametrów.
Korzystnie jest dezaktywować wodne roztwory antybiotyków w przypadku obecności substancji zwiększających siłę jonową roztworu, najkorzystniej przy dodaniu NaCl do stężenia końcowego 0,85%.
Najlepiej jest wprowadzać do układu reakcyjno-wyładowczego z wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD roztwory antybiotyków o temperaturze w zakresie 15-25°C (temperatura pokojowa).
Z zastosowaniem wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD wodne roztwory antybiotyków nawet z roztworów zawierających te związki w stężeniach zdecydowanie wyższych niż opisywane dotąd w literaturze jako odnotowywane w ściekach, ciekach wodnych czy środowisku naturalnym. Najkorzystniej dezaktywuje się wodne roztwory antybiotyków w stężeniu 5 mg/dm3.
Opracowana metoda, według wynalazku, zapewnia utratę lub znaczące obniżenie (w zależności od analizowanego stężenia) antybakteryjnej aktywności wodnych roztworów antybiotyków, co pokazano w odniesieniu do epidemiologicznie istotnych drobnoustrojów chorobotwórczych względem ludzi i zwierząt. Wykazano, że metoda prowadzi do dezaktywacji, z zastosowaniem wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD roztworów wodnych antybiotyków powszechnie stosowanych w medycynie, weterynarii i rolnictwie, w szczególności ampicyliny, penicyliny G oraz chloramfenikolu. Metoda umożliwia dezaktywację antybiotyków prowadząc do utraty przez te związki właściwości antybakteryjnych względem bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych, najkorzystniej przynależących do gatunków Staphylococcus aureus oraz Escherichia coli, co wykazano w badaniach.
Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach jego realizacji nieograniczających jego zakresu oraz na figurach obrazujących co następuje:
- na fig. 1 zaprezentowano schemat układu reakcyjno-wyładowczego z wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD, stosowanego do dezaktywacji wodnych roztworów antybiotyków. Na fig. 1. elementy konstrukcyjne układu z wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD opisano w następujący sposób: (1) - wodny roztwór analizowanego antybiotyku; (2) - dc-APGD; (3) - wężyk perystaltyczny; (4) - czterokanałowa pompa perystaltyczna; (5) - kwarcowa kapilara; (6) - rurka grafitowa; (7) - elektroda wolframowa; (8) - generator wysokiego napięcia; (9) - dezaktywowany za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD wodny roztwór antybiotyku.
- na fig. 2 przedstawiono obniżenie aktywności antybakteryjnej chloramfenikolu względem szczepu referencyjnego Escherichia coli ATCC 25922, uzyskane poprzez traktowanie wodnych roztworów chloramfenikolu w stężeniach 250 mg/dm3, 500 mg/dm3 oraz 1000 mg/dm3 wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD, zgodnie z istotą wynalazku. Innymi słowy, fig. 2. obrazuje zmiany w średnicy stref zahamowania wzrostu wspomnianego patogena w teście dyfuzyjno-krążkowym, wynikające z różnic w antybakteryjnej aktywności wodnych roztworów chloramfenikolu traktowanych za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, w porównaniu do roztworów nietraktowanych tym wyładowaniem.
- na fig. 3 przedstawiono obniżenie aktywności antybakteryjnej ampicyliny względem szczepu referencyjnego Escherichia coli ATCC 25922, uzyskane poprzez traktowanie wodnych roztworów ampicyliny w stężeniach 250 mg/dm3, 500 mg/dm3 oraz 1000 mg/dm3 wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD, zgodnie z istotą wynalazku. Fig. 3 obrazuje zmiany w średnicy stref zahamowania wzrostu wspomnianego patogena w teście dyfuzyjno-krążkowym, wynikające z różnic w antybakteryjnej aktywności wodnych roztworów ampicyliny traktowanych za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, w porównaniu do roztworów nietraktowanych tym wyładowaniem.
- na fig. 4 przedstawiono spadek aktywności antybakteryjnej penicyliny G względem trzech szczepów Staphylococcus aureus: Newman, USA 300, ATTC 25923 (uwzględniono zarówno szczepy metycylinooporne o dużym znaczeniu klinicznym jak i metycylinowrażliwe), uzyskany poprzez traktowanie dc-APGD zgodnie z istotą wynalazku, wodnego roztworu penicyliny G w stężeniu 5 mg/dm3. Uwzględnione w analizie stężenie antybiotyku jest bardziej zbliżone do stężeń chemoterapeutyków obserwowanych w środowisku naturalnym, tj. przykładowo dla sulfatiazolu, sulfametazyny czy sulfametoksazolu stężenia odnotowywane w wodach powierzchniowych wynoszą odpowiednio 0-2,11 μg/dm3, 0-1,36 μg/dm3 bądź 0-0,48 μg/dm3 (Chemical Engineering Journal 2015, 271, 31-42). Fig. 4 obrazuje zmiany w średnicy stref zahamowania wzrostu wspomnianych patogenów w teście dyfuzyjno-krążkowym, wynikające z różnic w antybakteryjnej aktywności 5 mg/dm3 wodnego roztworu penicyliny G traktowanego za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, w porównaniu do roztworu 5 mg/dm3 tego antybiotyku nietraktowanego tym wyładowaniem.
- na fig. 5 przedstawiono przykładowy wynik testu dyfuzyjno-krążkowego, z widocznymi strefami zahamowania wzrostu bakterii patogennej wywołanymi aktywnością antybiotyku oraz brak stref zahamowania wzrostu, gdy antybiotyk poddano wcześniej działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD.
Przykład 1
Sposób degradacji antybiotyków, na przykładzie wodnych roztworów zawierających chloramfenikol w stężeniu 250, 500 i 1000 mg/dm3, polegający na dezaktywacji tych związków za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, generowanego w kontakcie z przepływającą cieczą w ciągłym układzie przepływowym.
0,00 cm3 wodnego roztworu antybiotyku (1), w tym przypadku chloramfenikolu w stężeniu 250, 500 lub 1000 mg/dm3, po dodaniu NaCl aż do uzyskania stężenia 0,85%, zapewniającego optymalną siłę jonową roztworu, wprowadza się do układu reakcyjno-wyładowczego (fig. 1) z wyładowaniem jarze niowym typu dc-APGD (2) za pomocą sterylnego wężyka perystaltycznego (3), połączonego z czterokanałową pompą perystaltyczną (4), z szybkością przepływu 3,0 cm 3/min. Poddawany dezaktywacji wodny roztwór antybiotyku (1) o zadanym stężeniu jest wprowadzany z wężyka perystaltycznego do kwarcowej kapilary (5), na której umieszczono rurkę grafitową (6). Istotnym elementem układu reakcyjno-wyładowczego z dc-APGD jest wolframowa elektroda (7), zamontowana w odległości 4,00 mm, współosiowo do rurki kwarcowo-grafitowej. W wyniku przyłożenia do rurki grafikowej (poprzez drucik platynowy) oraz do wolframowej elektrody wysokiego napięcia rzędu 1200 V z generatora wysokiego napięcia (8), w przestrzeni pomiędzy wprowadzanym do układu dezaktywowanym wodnym roztworem chloramfenikolu - przepływającą ciekłą katodą (1) a stałą metaliczną anodą (7) inicjowane jest wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD (2). Wartość natężenia prądu w badanym układzie reakcyjno-wyładowczym wynosi 40 mA. Po traktowaniu wodnego roztworu chloramfenikolu wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD jest ten roztwór zbierany do jałowych probówek o pojemności 10,00 cm3 (9).
Następnie przygotowuje się zawiesinę bakterii E. coli ATTC 25922 w soli fizjologicznej (0,85 NaCl). Szczep bakterii E. coli ATTC 25922 przetrzymywany w warunkach głębokiego zmrożenia w -80°C wysiewany jest sposobem redukcyjnym na podłoże hodowlane LA. Tak inokulowane podłoże inkubuje się w cieplarce, w temperaturze 37°C, przez okres 24 h. Następnie pobiera się ezą jedną kolonię E. coli ATTC 25922 i inokuluje pożywkę płynną LB. Tak uzyskaną hodowlę inkubuje się w temperaturze 37°C przez okres 24 h z wytrząsaniem 120 rpm. Następnie 1,50 cm3 hodowli nocnej komórek E. coli ATTC 25922 przenosi się do probówki typu Eppendorf i wiruje przy 6500 rpm przez 10 min. Supernatant jest usuwany. Pozostały osad bakteryjny zawiesza się w 1,5 cm3 jałowej soli fizjologicznej. Wykonuje się następnie kolejne płukanie tj. zawieszone komórki wiruje się przy 6500 rpm przez 10 min, usuwa supernatant i raz jeszcze zawiesza w 1,50 cm3 jałowej soli fizjologicznej. Po wykonaniu kolejnego wirowania (6500 rpm przez 10 min), komórki bakteryjne E. coli ATTC 25922 wprowadza się do jałowej soli fizjologicznej w szklanej probówce tak, aby na podstawie pomiarów densytometrycznych, gęstość uzyskanej zawiesiny bakteryjnej wyniosła 0,5 McF.
Tak przygotowaną zawiesinę komórek bakteryjnych E. coli ATTC 25922 o gęstości 0,5 McF używa się do przeprowadzenia testów dyfuzyjno-krążkowych, w których analizuje się właściwości antybakteryjne roztworów chloramfenikolu poddanych działaniu dc-APGD. 100 μl zawiesiny bakteryjnej komórek E. coli ATTC 25922 wysiewa się metodą posiewu na murawę na płytkę zawierającą 20 cm3 podłoża Mueller-Hinton. Na powierzchni płytki Petriego o średnicy 92 mm układa się jałowe krążki bibułowe o średnicy 5 mm (min. 2 cm odległości pomiędzy krążkami; maksymalnie 4 krążki na płytkę z podłożem Mueller-Hinton); po 1 krążku dla każdego z testowanych roztworów o różnych stężeniach chloramfenikolu, tj. 250, 500 lub 1000 mg/dm3, poddanych działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD oraz po 1 krążku przeznaczonym na naniesienie każdego wodnego roztworu chloramfenikolu w stężeniach 250, 500 lub 1000 mg/dm3, nietraktowanych za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. Na jeden krążek nanosi się 10 μl testowanego wodnego roztworu chloramfenikolu w stężeniu 250, 500 lub 1000 mg/dm3, poddanego działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD bądź 10 μl takiego samego stężenia wodnego roztworu chloramfenikolu, ale niepoddanego działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, stanowiącego próbę kontrolną. Następnie tak przygotowane hodowle inkubuje się w temperaturze 4°C przez 1 h, a kolejno w temperaturze 37°C przez 24 h. Efektywność degradacji chloramfenikolu określa się przez obserwowane zmniejszenie właściwości antybakteryjnych roztworów chloramfenikolu poddanych działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD względem E. coli ATTC 25922, w porównaniu do prób kontrolnych nietraktowanych za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. Efektywność dezaktywacji chloramfenikolu jest wyrażana poprzez redukcję średnicy zahamowania wzrostu tego drobnoustroju (tzw. strefy „halo”). Przedstawione doświadczenie wykonano w trzech powtórzeniach.
Efektywność degradacji chloramfenikolu: na Fig. 2. przedstawiono obniżenie właściwości antybakteryjnych chloramfenikolu względem szczepu referencyjnego Escherichia coli ATCC 25922, uzyskane poprzez traktowanie wodnych roztworów chloramfenikolu w stężeniach 250, 500 lub 1000 mg //dm3 za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, zgodnie z istotą wynalazku. Fig 3. obrazuje średnicę (średnia ± odchylenie standardowe) stref zahamowania wzrostu wspomnianego patogena (czyli średnicę strefy halo) w teście dyfuzyjno-krążkowym, wynikającą z aktywności antybakteryjnej roztworów chloramfenikolu poddanych działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD oraz tych nietraktowanych tym wyładowaniem, a stanowiących próby kontrolne. Gwiazdką oznaczono statyst ycznie istotne różnice (test t-studenta przy p < 0,05).
W ten sposób wykazano, że wodne roztwory chloramfenikolu o zadanych stężeniach, traktowane wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD według wynalazku, wykazują znacząco niższe właściwości antybakteryjne względem szczepu referencyjnego Escherichia coli ATCC 25922 (analogicznie do efektu przedstawionego na fig. 5), także po uwolnieniu do środowiska naturalnego nie będą powodować równie silnej presji selekcyjnej w porównaniu do roztworów antybiotyków niepoddanych dezaktywacji. Ze względu na powyższe, rozprzestrzenianie się wielolekooporności wśród patogenów ludzi i zwierząt hodowlanych może zostać znacząco ograniczone.
Przykład 2
Sposób degradacji antybiotyków, na przykładzie wodnych roztworów zawierających ampicylinę w stężeniu 250, 500 i 1000 mg/dm3, polegający na ich dezaktywacji za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, generowanego w kontakcie z przepływającą cieczą w ciągłym układzie przepływowym .
10,00 cm3 wodnego roztworu antybiotyku (1), w tym przypadku ampicyliny w stężeniu 250, 500 lub 1000 mg/dm3, po dodaniu NaCl do uzyskania stężenia 0,85%, zapewniającego optymalną siłę jonową roztworu, wprowadza się do układu reakcyjno-wyładowczego (fig. 1) z wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD (2) za pomocą sterylnego wężyka perystaltycznego (3), połączonego z czterokanałową pompą perystaltyczną (4), z szybkością przepływu 3,0 cm3/min. Poddawany dezaktywacji wodny roztwór ampicyliny o zadanym stężeniu jest wprowadzany z wężyka perystaltycznego do kwarcowej kapilary (5), na której umieszczono rurkę grafitową (6). Istotnym elementem układu reakcyjno-wyładowczego z dc-APGD jest wolframowa elektroda (7), zamontowana w odległości 4,00 mm, współosiowo do rurki kwarcowo-grafitowej. W wyniku przyłożenia do rurki grafitowej (poprzez drucik platynowy) oraz do wolframowej elektrody wysokiego napięcia rzędu 1200 V z generatora wysokiego napięcia (8), w przestrzeni pomiędzy wprowadzanym do układu wodnym roztworem ampicyliny - przepływającą ciekłą katodą a stałą metaliczną anodą inicjowane jest wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD (2). Wartość natężenia prądu w badanym układzie reakcyjno-wyładowczym wynosi 40 mA. Po traktowaniu wodnego roztworu ampicyliny wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD jest on zbierany do jałowych probówek o pojemności 10,00 cm3 (9).
Następnie przygotowuje się zawiesinę bakterii E. coli ATTC 25922 w soli fizjologicznej (0,85 NaCl). Szczep bakterii E. coli ATTC 25922 przetrzymywany w warunkach głębokiego zmrożenia w -80°C wysiewany jest sposobem redukcyjnym na podłoże hodowlane LA. Tak inokulowane podłoże inkubuje się w cieplarce, w temperaturze 37°C, przez okres 24 h. Następnie pobiera się ezą jedną kolonię E. coli ATTC 25922 i inokuluje pożywkę płynną LB. Tak uzyskaną hodowlę inkubuje się w temperaturze 37°C przez okres 24 h z wytrząsaniem 120 rpm. Następnie 1,50 cm3 hodowli nocnej komórek E. coli ATTC 25922 przenosi się do probówki typu Eppendorf i wiruje przy 6500 rpm przez 10 min. Supernatant jest usuwany. Pozostały osad bakteryjny zawiesza się w 1,5 cm3 jałowej soli fizjologicznej. Wykonuje się następnie kolejne płukanie tj. zawieszone komórki wiruje się przy 6500 rpm przez 10 min, usuwa supernatant i raz jeszcze zawiesza w 1,50 cm3 jałowej soli fizjologicznej. Po wykonaniu kolejnego wirowania (6500 rpm przez 10 min), komórki bakteryjne E. coli ATTC 25922 wprowadza się do jałowej soli fizjologicznej w szklanej probówce tak, aby na podstawie pomiarów densytometrycznych, gęstość uzyskanej zawiesiny bakteryjnej wyniosła 0,5 McF.
Tak przygotowaną zawiesinę komórek bakteryjnych E. coli ATTC 25922 o gęstości 0,5 McF używa się do przeprowadzenia testów dyfuzyjno-krążkowych, w których analizuje się właściwości antybakteryjne roztworów ampicyliny poddanych działaniu dc-APGD. 100 μl zawiesiny bakteryjnej komórek E. coli ATTC 25922 wysiewa się metodą posiewu na murawę na płytkę zawierającą 20 cm3 podłoża Mueller-Hinton. Na powierzchni płytki Petriego o średnicy 92 mm układa się jałowe krążki bibułowe o średnicy 5 mm (min. 2 cm odległości pomiędzy krążkami; maksymalnie 4 krążki na płytkę z podłożem Mueller-Hinton); po 1 krążku dla każdego z testowanych roztworów o różnych stężeniach ampicyliny, tj. 250, 500 lub 1000 mg/dm3, poddanych działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD oraz po 1 krążku przeznaczonym na naniesienie każdego wodnego roztworu ampicyliny w stężeniach 250, 500 lub 1000 mg/dm3, nietraktowanych za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. Na jeden krążek nanosi się 10 μl testowanego wodnego roztworu ampicyliny w stężeniu 250, 500 lub 1000 mg//dm3, poddanego działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD bądź 10 μl takiego samego stężenia wodnego roztworu ampicyliny, ale niepoddanego działaniu wyładowania jarzeniowego typu dcAPGD, stanowiącego próbę kontrolną. Następnie tak przygotowane hodowle inkubuje się w temperaturze 4°C przez 1 h, a kolejno w temperaturze 37°C przez 24 h. Efektywność degradacji ampicyliny określa się przez obserwowane zmniejszenie właściwości antybakteryjnych roztworów ampicyliny poddanych działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD względem E. coli ATTC 25922, w porównaniu do prób kontrolnych nietraktowanych za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. Efektywność dezaktywacji ampicyliny jest wyrażana poprzez redukcję średnicy zahamowania wzrostu tego drobnoustroju (tzw. strefy „halo”). Przedstawione doświadczenie wykonano w trzech powtórzeniach.
Efektywność degradacji ampicyliny: na Fig. 3. przedstawiono obniżenie aktywności antybakteryjnej roztworów ampicyliny względem szczepu referencyjnego Escherichia coli ATCC 25922, uzyskane poprzez traktowanie wodnych roztworów ampicyliny w stężeniach 250, 500 lub 1000 mg/dm3 za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, zgodnie z istotą wynalazku. Fig. 3. obrazuje średnicę (średnia ± odchylenie standardowe) stref zahamowania wzrostu (czyli średnicę strefy halo) wspomnianego patogena w teście dyfuzyjno-krążkowym, wynikającą z aktywności antybakteryjnej roztworów ampicyliny poddanych działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD oraz tych nietraktowanych tym wyładowaniem, a stanowiących próby kontrolne. Gwiazdką oznaczono statystycznie istotne różnice (test t-studenta przy p < 0,05).
W ten sposób wykazano, że wodne roztwory ampicyliny o zadanych stężeniach, traktowane wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD według wynalazku, wykazują znacząco niższe właściwości antybakteryjne względem szczepu referencyjnego Escherichia coli ATCC 25922 (analogicznie do efektu przedstawionego na fig. 5), także po uwolnieniu do środowiska naturalnego nie będą powodować równie silnej presji selekcyjnej w porównaniu do roztworów antybiotyków niepoddanych dezaktywacji. Ze względu na powyższe rozprzestrzenianie się wielolekooporności wśród patogenów ludzi i zwierząt hodowlanych może zostać znacząco ograniczone. Przykład 3
Sposób degradacji antybiotyków, na przykładzie wodnego roztworu zawierającego penicylinę G w stężeniu 5 mg/dm3, polegający na jego dezaktywacji za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dcAPGD, generowanego w kontakcie z przepływającą cieczą w ciągłym układzie przepływowym.
10,00 cm3 wodnego roztworu antybiotyku (1), w tym przypadku penicyliny G w stężeniu 5 mg/dm3, po dodaniu NaCl do uzyskania stężenia 0,85% (m/v), zapewniającego optymalną siłę jonową roztworu, wprowadza się do układu reakcyjno-wyładowczego (fig. 1) z wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD (2), za pomocą sterylnego wężyka perystaltycznego (3), połączonego z czterokanałową pompą perystaltyczną (4), z szybkością przepływu 3,0 cm3/min. Poddawany dezaktywacji wodny roztwór penicyliny G o zadanym stężeniu (1) jest wprowadzany z wężyka perystaltycznego do kwarcowej kapilary (5), na której umieszczono rurkę grafitową (6). Istotnym elementem układu reakcyjno-wyładowczego z dcAPGD jest wolframowa elektroda (7), zamontowana w odległości 5,00 mm, współosiowo do rurki kwarcowo-grafitowej. W wyniku przyłożenia do rurki grafitowej (poprzez drucik platynowy) oraz do wolframowej elektrody wysokiego napięcia rzędu 1200 V z generatora wysokiego napięcia (8), w przestrze ni pomiędzy wprowadzanym do układu wodnym roztworem penicyliny G - przepływającą ciekłą katodą a stałą metaliczną anodą inicjowane jest wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD (2). Wartość natężenia prądu w badanym układzie reakcyjno-wyładowczym wynosi 40 mA. Po traktowaniu wodnego roztworu penicyliny G wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD, jest on zbierany do jałowych probówek o pojemności 10,00 cm3 (9).
Następnie przygotowuje się zawiesinę bakterii S. aureus szczepu Newman w soli fizjologicznej (0,85% (m/v) NaCl). S. aureus szczep Newman przetrzymywany w warunkach głębokiego zmrożenia w -80°C wysiewany jest sposobem redukcyjnym na podłoże hodowlane LA. Tak inokulowane podłoże inkubuje się w cieplarce, w temperaturze 37°C, przez okres 24 h. Następnie pobiera się ezą jedną kolonię S. aureus szczepu Newman i inokuluje pożywkę płynną LB. Tak uzyskaną hodowlę inkubuje się w temperaturze 37°C przez okres 24 h z wytrząsaniem 120 rpm. Następnie 1,50 cm3 hodowli nocnej komórek S. aureus szczepu Newman przenosi się do probówki typu Eppendorf i wiruje przy 6500 rpm przez 10 min. Supernatant jest usuwany. Pozostały osad bakteryjny zawiesza się w 1,5 cm3 jałowej soli fizjologicznej. Wykonuje się następnie kolejne płukanie tj. zawieszone komórki wiruje się przy 6500 rpm przez 10 min, usuwa supernatant i raz jeszcze zawiesza w 1,50 cm3 jałowej soli fizjologicznej. Po wykonaniu kolejnego wirowania (6500 rpm przez 10 min), komórki bakteryjne S. aureus szczepu Newman wprowadza się do jałowej soli fizjologicznej w szklanej probówce tak, aby na podstawie pomiarów densytometrycznych, gęstość uzyskanej zawiesiny bakteryjnej wyniosła 0,5 McF. Analogicznie przygotowuje się zawiesiny bakteryjne o gęstości 0,5 McF dla S. aureus szczepu USA 300 oraz S. aureus szczepu ATTC 25923.
Tak uzyskane zawiesiny komórek bakteryjnych S. aureus szczepu Newman, USA 300 oraz ATTC 25923 o gęstości 0,5 McF używa się do przeprowadzenia testów dyfuzyjno-krążkowych, w których testuje się właściwości antybakteryjne wodnego roztworu penicyliny G o stężeniu 5 mg/dm3, traktowanego za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. 100 μl zawiesiny bakteryjnej komórek S. aureus szczepu Newman wysiewa się metodą posiewu na murawę na płytkę zawierającą 20 cm3 podłoża Mueller-Hinton. Na powierzchni płytki Petriego o średnicy 92 mm układa się jałowe krążki bibułowe o średnicy 5 mm (min. 2 cm odległości pomiędzy krążkami; maksymalnie 4 krążki na płytkę z podłożem Mueller-Hinton); stosuje się 1 krążek do nałożenia wodnego roztworu penicyliny G o stężeniu 5 mg/dm3 poddanego działaniu dc-APGD jak i 1 krążek na naniesienie wodnego roztworu penicyliny G w stężeniu 5 mg/dm3, nieeksponowanego na wypływ wyładowań jarzeniowych typu dc-APGD. Na jeden krążek nanosi się 5 μl wodnego roztworu penicyliny G poddanego działaniu dc-APGD bądź 5 μl wodnego roztworu penicyliny G w stężeniu takim samym jak w przypadku roztworu traktowanego plazmą, ale niepoddanego działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, co stanowi próbę kontrolną. Następnie tak przygotowane hodowle inkubuje się w temperaturze 4°C przez 1 h, a kolejno w temperaturze 37°C przez 24 h. Efektywność degradacji penicyliny G jest wyrażana poprzez redukcję średnicy zahamowania wzrostu (tzw. strefy „halo”) S. aureus szczepu Newman określoną na podstawie obserwowanych właściwości antybakteryjnych penicyliny G poddanej działaniu wyładowania jarzeniowego typu dcAPGD względem S. aureus szczepu Newman w porównaniu do próby kontrolnej, czyli efektu aplikacji roztworu penicyliny G nietraktowanego za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD. Przedstawione doświadczenie wykonano w trzech powtórzeniach. Analogicznie przeprowadzono doświadczenie ze szczepami S. aureus USA 300 oraz ATTC 25923.
Efektywność degradacji penicyliny G: na Fig. 4. przedstawiono całkowite zniesienie właściwości antybakteryjnych wodnego roztworu penicyliny względem S. aureus szczepu Newman, S. aureus szczepu USA 300 oraz S. aureus szczepu ATTC 25923, uzyskane poprzez traktowanie wodnego roztworu penicyliny G w stężeniu 5 mg/dm3 za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, zgodnie z istotą wynalazku. Fig. 4. obrazuje średnicę (średnia ± odchylenie standardowe) stref zahamowania wzrostu (czyli średnicę strefy „halo”) wspomnianych patogenów w teście dyfuzyjno-krążkowym, wynikającą z aktywności antybakteryjnej wodnego roztworu penicyliny G nietraktowanego z użyciem wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD, w porównaniu do braku aktywności antybakteryjnej obserwowanej w przypadku naniesienia wodnego roztworu penicyliny G traktowanego tym wyładowaniem. Gwiazdką oznaczono statystycznie istotne różnice (test t-studenta przy p < 0,05).
W ten sposób wykazano, że wodne roztwory ampicyliny o zadanych stężeniach, traktowane wyładowaniem jarzeniowym typu dc-APGD, według wynalazku, wykazują brak właściwości antybakteryjnych względem trzech szczepów S. aureus tj. Newman, USA 300 oraz ATTC 25923 (analogicznie do efektu przedstawionego na fig. 5). Można na tej podstawie stwierdzić, że po uwolnieniu do środowiska naturalnego traktowany za pomocą wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD roztwór wodny antybiotyku nie będzie wywierać znaczącej presji selekcyjnej. Stąd, rozprzestrzenianie się wielolekooporności wśród patogenów ludzi i zwierząt hodowlanych może zostać znacząco ograniczone.
Claims (6)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób dezaktywacji antybiotyków z roztworów za pomocą wyładowania jarzeniowego, znamienny tym, że roztwór wodny antybiotyku w stężeniach 0,0001 do 1000 mg/dm3 poddaje się działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD w ciągłym układzie przepływowym, przy czym wodny roztwór antybiotyku wprowadza się w temperaturze pokojowej z szybkością przepływu w zakresie 0,1-20,0 cm3/min do układu reakcyjno-wyładowczego za pomocą wężyka perystaltycznego do kwarcowej kapilary, na której umieszczona jest rurka grafitowa, a wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD generuje się, na skutek przyłożenia do elektrod napięcia w zakresie 200-2000 V oraz natężenia prądu 15-60 mA w przestrzeni pomiędzy stałą metaliczną anodą a przepływającej ciekłą katodą, będącą dezaktywowanym roztworem antybiotyku, i traktuje się nim pełniący funkcję przepływającej ciekłej katody analizowany wodny roztwór antybiotyku aż do jego dezaktywacji.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodny roztwór antybiotyku wprowadza się w temperaturze pokojowej z szybkością przepływu w zakresie 3,0 cm3/min.PL 242412 Β1
- 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyładowanie jarzeniowe typu dc-APGD generuje się, na skutek przyłożenia do elektrod napięcia w zakresie 1200 V oraz natężenia prądu 40 mA.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór wodny antybiotyku w stężeniach 5 mg/dm3, poddaje się działaniu wyładowania jarzeniowego typu dc-APGD.
- 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przestrzeń pomiędzy stałą metaliczną anodą a przepływającej ciekłą katodą, będącą dezaktywowanym roztworem antybiotyku ma długość 4,0 mm.
- 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do dezaktywacji wodnych roztworów antybiotyków stosuje się roztwory po dodaniu jonów zwiększających siłę jonową roztworu, najkorzystniej Na+ oraz Ch.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL431823A PL242412B1 (pl) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Sposób dezaktywacji antybiotyków w roztworach wodnych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL431823A PL242412B1 (pl) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Sposób dezaktywacji antybiotyków w roztworach wodnych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL431823A1 PL431823A1 (pl) | 2020-11-16 |
| PL242412B1 true PL242412B1 (pl) | 2023-02-20 |
Family
ID=73197034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL431823A PL242412B1 (pl) | 2019-11-15 | 2019-11-15 | Sposób dezaktywacji antybiotyków w roztworach wodnych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL242412B1 (pl) |
-
2019
- 2019-11-15 PL PL431823A patent/PL242412B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL431823A1 (pl) | 2020-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oh et al. | Comparison of different disinfection processes in the effective removal of antibiotic-resistant bacteria and genes | |
| Long et al. | Subcellular mechanism of Escherichia coli inactivation during electrochemical disinfection with boron-doped diamond anode: a comparative study of three electrolytes | |
| Patinglag et al. | Non-thermal plasma-based inactivation of bacteria in water using a microfluidic reactor | |
| Matsunaga et al. | Electrochemical disinfection of bacteria in drinking water using activated carbon fibers | |
| Zhang et al. | Combined treatment of Pseudomonas aeruginosa biofilms with bacteriophages and chlorine | |
| US6749759B2 (en) | Method for disinfecting a dense fluid medium in a dense medium plasma reactor | |
| Soghomonyan et al. | Millimeter waves or extremely high frequency electromagnetic fields in the environment: what are their effects on bacteria? | |
| Rincón et al. | Use of coaxial photocatalytic reactor (CAPHORE) in the TiO2 photo-assisted treatment of mixed E. coli and Bacillus sp. and bacterial community present in wastewater | |
| Dezest et al. | Oxidative modification and electrochemical inactivation of Escherichia coli upon cold atmospheric pressure plasma exposure | |
| KR101179691B1 (ko) | 기체-방전 플라즈마에 의한 물 및 수용액 처리 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치 | |
| Su et al. | Inactivation efficacy of nonthermal plasma-activated solutions against Newcastle disease virus | |
| Fang et al. | Simultaneous removal of antibiotic resistant bacteria and antibiotic resistance genes by molybdenum carbide assisted electrochemical disinfection | |
| Yao et al. | Disinfection and mechanism of super-resistant Acinetobacter sp. and the plasmid-encoded antibiotic resistance gene blaNDM-1 by UV/peroxymonosulfate | |
| Vukusic et al. | Liquid-phase electrical discharge plasmas with a silver electrode for inactivation of a pure culture of Escherichia coli in water | |
| Suwal et al. | Mechanism characterization of bacterial inactivation of atmospheric air plasma gas and activated water using bioluminescence technology | |
| Terefinko et al. | Removal of clinically significant antibiotics from aqueous solutions by applying unique high-throughput continuous-flow plasma pencil and plasma brush systems | |
| Edelblute et al. | Surface-dependent inactivation of model microorganisms with shielded sliding plasma discharges and applied air flow | |
| Ahmed et al. | High-frequency underwater plasma discharge application in antibacterial activity | |
| Fu et al. | Mechanisms on the removal of gram-negative/positive antibiotic resistant bacteria and inhibition of horizontal gene transfer by ferrate coupled with peroxydisulfate or peroxymonosulfate | |
| Liu et al. | Inactivation of antibiotic resistant bacterium Escherichia coli by electrochemical disinfection on molybdenum carbide electrode | |
| Banaschik et al. | Comparison of pulsed corona plasma and pulsed electric fields for the decontamination of water containing Legionella pneumophila as model organism | |
| Okochi et al. | Electrochemical disinfection of drinking water using an activated-carbon-fiber reactor capable of monitoring its microbial fouling | |
| Li et al. | Simultaneous removal of antibiotic-resistant bacteria and its resistance genes in water by plasma oxidation: Highlights the effects of inorganic ions | |
| Jain et al. | Vertical electric field induced bacterial growth inactivation on amorphous carbon electrodes | |
| Juswono et al. | Bacterial Sterilization using non-thermal plasma method surface dielectric barrier discharge (SDBD): Effect of treatment duration on colony count, DNA, protease enzymes, and cell morphology |