大気圧空気プラズマ中で発生する窒素酸化物による細管の滅菌特性

May 25, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6947 (2023) この記事を引用

388 アクセス

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

シリコーンチューブの内面で空気と酸素を使用する大気誘電体バリア放電プラズマによって生成される活性種の滅菌特性を研究した。 誘電体バリア放電トーチプラズマ装置がチューブの一端に設置され、チューブ内に流入する長寿命の活性種を生成しました。 105 細胞の細菌胞子を備えたストリップ型の生物学的インジケーターを 60 cm チューブの反対側の端に配置しました。 空気プラズマから生成される活性粒子により30分以内に滅菌が完了しました。 空気プラズマによる滅菌に寄与する主な要因は、HNO3 と N2O5 でした。 細菌の胞子の成分を反映する有機物質（ケラチン、アスパラギン酸、ジピコリン酸）を滅菌処理した場合、ジピコリン酸にはほとんど影響がありません。 ケラチンは、酸素プラズマから生成されるオゾンと空気プラズマから生成される NOx によって酸化されました。 アスパラギン酸は、酸素プラズマから生成されたオゾンによって組成がほとんど変化しませんでしたが、ニトロ (NO2)、ニトロソ (NO)、およびアルデヒド (CHO) 基は、空気プラズマから生成されたオゾンと NOx から生成されました。

医療機器の滅菌は、病院において機器の再利用を促進する重要な手順です。 医療用プラスチックチューブは細長い形状をしており、滅菌が困難です。 このように、医療用チューブは頻繁に使用されるため、大量に消費されます。 医療費を削減するにはチューブを滅菌して再利用することが望ましいですが、有効な滅菌方法はありません。 輸送できる機器の量が限られている宇宙空間においても、医療機器の再利用は重要です。 現在医療現場で使用されているチューブの滅菌に適用できる滅菌方法には、エチレンオキサイドガス（EOG）滅菌や過酸化水素（H2O2）滅菌などがあります。 ただし、これらの化学物質は有毒で比較的安定しているため、細いプラスチックチューブから除去するのが難しい残留物が残ります1、2。 通常、滅菌後に医療機器から EOG を除去するには約 1 日かかります。 残留する有毒化学物質および/または発がん性化学物質は、患者、滅菌オペレーター、および医療専門家を危険にさらす可能性があります。 最近、低毒性と滅菌時間の短縮の可能性を理由に、プラズマ滅菌法が研究されています 2,3,4,5,6。 多くのプラズマ滅菌方法がプラスチックチューブに適用されていますが、チューブ材料に生じる熱と損傷のため、効果的な滅菌方法はまだ開発されていません7、8、9、10。

空気中で放電が発生すると、オゾン (O3)11、12、13、14 および一酸化窒素 (NO)、二酸化窒素 (NO2)、五酸化二窒素 (N2O5) などの窒素酸化物 (NOx)15、16、17 が発生します。 )、大気圧で得られます。 また、NOxやオゾンに由来するNO3や活性酸素種などの短寿命ラジカルも生成されます。 これらの窒素種や活性酸素種は反応性が高く、タンパク質、アミノ酸、DNAなどの生体材料を分解または変性させます。 注目すべきことに、これらの安定な反応種は室温のプラズマ中で生成されます。 したがって、オゾンやNOxによる滅菌では、プラスチックチューブの熱劣化や表面損傷が起こりにくくなります。

近年、細長いチューブの内壁を酸素プラズマで滅菌する試みが行われている10。 ただし、これらのアプローチでは長い処理時間が必要でした。 酸素プラズマと紫外線（UV）光照射を組み合わせることで、比較的短時間で細長いチューブの内壁の滅菌を実現しました。 ただし、UV 光源が障害物になると、この滅菌アプローチが制限される可能性があります。 この研究では、酸素ガスと空気を供給ガスとして使用した大気誘電体バリア放電 (DBD) トーチ プラズマから生成された長寿命活性種に基づいて細管の滅菌を研究しました。 細菌胞子を含む有機材料に対するプラズマ滅菌の影響を調査しました。 本研究では、酸素ガスと空気を用いたプラズマにより、医療用として十分な長さを有する細長い管の内壁の滅菌と十分な材料適合性を両立できることを実証し、滅菌に寄与する粒子種を検討した。 得られた成果は、細長管内壁殺菌法の実証に大きく貢献するものとなります。

図1a、bに実験装置の概略図とDBDトーチプラズマ装置の写真をそれぞれ示します。 プラズマ生成用の誘電体バリア放電 (DBD) トーチプラズマ装置を、滅菌するサンプルシリコンチューブの端に取り付けました。 DBDトーチプラズマ生成用のセラミックス管の寸法は、外径φ3.0、内径φ3.0、長さ100mmです。 セラミックス管の内面に50メッシュ/インチ、厚さ0.23mmのステンレスメッシュを放電電極として巻回しています。 セラミックス管内に設置したメッシュ型電極に高電圧・高周波を印加すると、図1cに示すようにメッシュ電極の周囲にDBDが発生しました。 メッシュ型電極付近では放電による発光が観察されます。 この研究で使用した電圧源は、最大出力電力が 100 W の容量結合 AC 高電圧電源 (Logy Electric、LHV-10AC) でした。 電極に印加した電圧は８．１ｋＶｐｋ－ｐｋ、印加電圧の周波数は９．８ｋＨｚであった。 プラズマ生成のための供給ガスは、酸素ガス (純度 99.99%) または周囲空気でした。 酸素ガスはガスボンベから供給し、小型エアコンプレッサーを使用して周囲の空気をプラズマトーチとサンプルシリコンチューブに導入しました。 ガス流量は０．４Ｌ／分に維持した。 DBDトーチプラズマ装置に酸素ガスまたは空気を導入することにより、空気および酸素プラズマ中に活性種が生成されました。 活性種は、ガス流の下で DBD トーチ プラズマ デバイスから流出し、サンプルのシリコン チューブ内に輸送され、その内面が滅菌されました。 プラズマ生成に周囲空気が使用され、空気湿度が制御されていない場合、一般に、バリア放電電極のセラミック誘電体に吸収された水分により、放電が消滅するか弱くなる傾向があります。 表面バリア放電に使用されるセラミック誘電体は、放電中の高エネルギー粒子の衝突によって効果的に加熱され、誘電体中の水は放電開始から数分後に蒸発します18。 その後、湿潤条件下での放電は回復し、乾燥空気下での放電とほぼ同じになります19。 この実験では、放電開始から 30 分間のウォームアップ後に滅菌プロセスを開始します。

実験装置の概略図(a)、DBDトーチプラズマ装置の写真(b)、セラミック管内のプラズマの軸方向から見た図(c)。

微生物の不活化に関与する活性種を特定するために、サンプルシリコンチューブからのガス流排気中の活性種の組成を調査しました。 空気プラズマから発生するガス流に含まれる比較的長寿命の種である O3 と NO2 の濃度をガス検知管で測定しました。 流れ中の他のガス種は、フーリエ変換赤外分光法 (FTIR) によって分析されました。 FTIR スペクトルは、プラズマ源 (トーチ) を通るガス流、滅菌されるシリコン チューブ、および接続された FTIR ガス セルから測定されました。 ガスはシリコンチューブから約 0.4 L/min の流量で FTIR ガス測定セル (容量 50 mL) に流れました。 したがって、セル内のガスは 1 分以内に置換されました。 FTIR スペクトルの測定に必要な時間は約 30 秒でした。 したがって、チューブから噴出するガスの分析に要する時間は約 2 分でした。 この時間は、HNO3 および N2O5 の半減期 (両方とも数時間) に比べて十分に短いため、これらの種の分解は無視できます。 測定は、プラズマ生成の開始から 10 分後に実行されました。 滅菌プロセス全体を通して、プラズマは常に生成され、生成されたプラズマの密度にほぼ比例するオゾン濃度は一定値に達しました。 したがって、O3、NO2、HNO3、N2O5 などのガス種の発生量は時間の経過とともに一定になります。 FTIRスペクトルは8回測定し、平均値を求めた。 O3、NO2、HNO3、および N2O5 のスペクトルの変動は 1% 未満でした。

空気プラズマと酸素プラズマの両方において、活性酸素種は滅菌に寄与する重要な成分です。 試料細管先端の活性酸素量の測定には、原子状酸素を検出するケミカルインジケーター（CI）を使用しました。 CIはフタロシアニン顔料でコーティングされたシートで、活性酸素種との接触の度合いに応じて紫色から緑色に変化します。 CI は、滅菌処理のためにサンプルが配置される図 1 のターゲットに配置されました。 CI の緑色への色の変化率は、カラー モデル (RGB) に基づいたスキャナーからの数値 G (緑色) 値として決定されました。 活性酸素種の量を定量化するために、ΔGは処理前後のG値の差を示します。 チューブの長さと活性酸素の到達範囲の関係、および空気プラズマと酸素プラズマの違いを評価しました。

DBD トーチ プラズマ装置を内径 4 mm のサンプル シリコーン チューブの端に取り付けました。 この方法の滅菌特性を評価するために、細菌胞子 (G. stearothermophilus、約 105 個の細胞) を含むストリップ型の生物学的インジケーター (BI) をプラズマ装置の反対側のチューブの端に配置しました。 15分から180分の範囲の照射時間を調べた。 各照射条件に対して 3 つの BI を使用しました。 処理した BI をトリプシン大豆ブロス中で 58 °C で培養しました。 殺菌効果は、24時間培養後の培養液中のpH指示薬の色の変化に基づいて判定した。 プラズマ装置とチューブ内の BI の間の距離は 20 ～ 100 cm の範囲で変化しました。

プラズマから発生する活性種の照射による材料劣化を調べるため、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリ塩化ビニル（PVC）、シリコーンの表面の化学結合の変化をATR-FTIRで測定しました。 各材料の FTIR スペクトルの典型的なピークの高さの変化を使用して、表面構造の分解または変性を推測しました。 組成変化率は、未処理の材料サンプルと滅菌済みの材料サンプルのピークの高さを比較することによって計算されました。 スペクトルは、2 cm-1 のスペクトル分解能で 4000 ～ 500 cm-1 の波長範囲にわたって記録されました。 バックグラウンドスペクトルは周囲空気中で測定されました。 材料適合性測定用のサンプルを準備するために、PET または PVC ストリップを幅 4 mm に切断し、長さ 60 cm のチューブ内の BI と同じ位置に置き、滅菌を受けました。 シリコーンサンプルについては、処理済みの６０ｃｍシリコーンチューブの端を切断して幅２ｍｍの小片を得た。 これらのサンプルは、0、2、4、8、および 10 時間滅菌されました。

細菌の胞子で汚染された有機材料の化学組成の放射線照射による変化を調べるために、フッ化カルシウムプレートに付着させた純粋な粉末試薬（すなわち、ケラチン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ジピコリン酸）を使用してサンプルを調製しました。 これらの化学物質は、細菌の胞子に含まれる有機物の成分です。 これらの有機サンプルに活性種を照射し、物質の化学組成の変化をFTIRで測定しました。 羊毛ケラチンは、細菌胞子のケラチン様タンパク質に類似しているため、ケラチン試薬として選択されました 20,21。

プラズマ中に発生する滅菌因子の粒子を特定するために、チューブからの排ガスのFTIRスペクトルを測定しました。 酸素プラズマの場合、オゾンが生成され、サンプル管内に輸送されます。 オゾンは自己分解により、酸素分子と活性酸素種、一重項酸素原子 O(1D) に解離します。 酸素プラズマにさらされた細長い管の滅菌は、主に、強い酸化電位と比較的長い寿命を有するオゾン由来の O(1D) によるものでした。 空気プラズマの場合、窒素酸化物が生成され、オゾンと相互作用します22。 図2に示すように、1325cm-1にHNO3、1627cm-1にNO2、1718cm-1にN2O5、2210cm-1と2236cm-1にN2Oに起因するピークが観察されました。 ガス検出により測定されたNO2濃度チューブ内の濃度は 25 ppm 未満であり、NO は検出されませんでした。 オゾンは、FTIR スペクトルでも約 1030 および 1055 cm-1 で観察されました。 ガス検知管内のオゾン濃度は管の長さに関係なく 100 ～ 280 ppm の範囲でした。 酸素プラズマの場合、オゾン濃度は５００～７６０ｐｐｍの範囲であった。 したがって、オゾンと NOx はチューブ内の滅菌に貢献します。 オゾンやNOxから生成される比較的寿命が長く、反応性の高い化合物が殺菌に貢献しました。

空気プラズマから生成された排気ガスの典型的な IR スペクトル。

試料管内を流れる活性酸素種の量を確認するために、照射時間とCIの変色率の関係を調査しました。 この研究では、オゾンに由来する O(1D) が CI の色を変化させる主な活性酸素種であると推定されました。 図3に示すように、空気プラズマ由来のO(1D)の量は、約60分間の照射時間とともに増加し、その後は照射時間にわたって徐々に増加した。 また、検出されるオゾン量は管の長さに依存し、40～60cmと80～100cmでは色の変化率の差は約10％以内でした。 酸素プラズマと空気プラズマの活性酸素種の量を比較した。 図4に示すように、長さ100cmの管内では、空気プラズマよりも酸素プラズマからより多くのO(1D)が生成されました。

チューブの長さとエアプラズマ処理時間に対するCI変色率。

100cmチューブの空気プラズマと酸素プラズマのCI変色率。

BI の滅菌特性を評価しました。 表 1 に長さ 20 cm のサンプル管にセットした BI の空気および酸素プラズマによる滅菌結果を示します。 結果を表１および表２に示す。酸素プラズマの場合、３０分間の処理を受けた１つのサンプルのみについてＢＩの滅菌が成功した。 逆に、エアプラズマの場合は、すべての条件で滅菌が成功しました。 表 2 に、長さ 40 ～ 100 cm のチューブに対するエアプラズマによる滅菌結果を示します。 長さ 60 cm のチューブはエアプラズマによって 30 分以内に完全に滅菌されました。 図 4 および表 2 に示すように、チューブ長を変えた BI の ΔG と滅菌確率の関係は、若干の変動はあるものの同様の傾向を示しました。そのため、サンプルチューブの端まで到達した活性酸素種は、殺菌を誘導することもできます。

オゾン濃度は管の長さに依存しませんでした。 酸素プラズマは高いオゾン密度を生成しましたが、酸素プラズマの滅菌率ははるかに低かったです。 したがって、空気プラズマと酸素プラズマの滅菌率の差はオゾン濃度だけでは決まりません。 さらに、オゾンが長いチューブの端に到達した場合でも、オゾン濃度の低下はありませんでした。 したがって、オゾンの大部分は解離されず、オゾンの形でチューブから流出しました。 したがって、チューブ内のオゾンの自己分解によって形成される O(1D) の密度は比較的小さかった。 O(1D) は、オゾンの自然な自己分解によって生成されるのではなく、BI 内の CI や細菌胞子などの反応性表面との相互作用によって生成される可能性があります。 酸化反応により CI の変色と BI の滅菌が発生した可能性があります。

この実験では、図4に示すように、100 cmチューブの端で空気プラズマにより100〜280 ppmの濃度のオゾンが生成され、酸素プラズマよりも少量の活性酸素が生成されました。例えば、G. stearothermophilus の滅菌は、濃度 250 ppm のオゾンを使用し、処理時間 100 分で達成できます 23。 したがって、空気プラズマ中での滅菌に寄与する唯一の要因がオゾンである場合、完全な滅菌には 100 分以上が必要になります。 したがって、オゾンと O(1D) だけが殺菌に寄与する要因ではありません。 別の研究では、5,000 ppm の NO2 が細菌の胞子を 30 分以内に殺菌したと報告しています24。 この実験における NO2 の濃度は約 25 ppm であり、上記の以前の研究の濃度よりも大幅に低かったため、NO2 は滅菌に大きな寄与をしていないと推測できます。

観察された空気プラズマの殺菌効果は、酸素プラズマの殺菌効果よりも高かった。 空気プラズマと酸素プラズマの滅菌率の違いは、他の NOx 種に起因する可能性があります。 図 5 は、60 cm チューブと 100 cm チューブの各コンポーネントのピーク高さと滅菌成功率を比較しています。 オゾンに関しては、60 cm チューブと 100 cm チューブの間に目立った違いはなく、これはオゾン濃度がチューブの長さ全体にわたって変化しなかったという事実と一致しています。 逆に、NOx のピークは 100 cm チューブよりも 60 cm チューブの方が高かった。 したがって、検知管では測定されなかった HNO3 と N2O5 の量は、60 cm 検知管の方が高くなる可能性があります。 HNO3 は強い酸化力があり、滅菌因子として機能する可能性があります。 N2O は、空気中では非常に反応性が低く、寿命が長いことが知られています。 さらに、次の方程式に示すように、N2O は成層圏で分解します 25。

空気プラズマとチューブの長さによるガス成分の吸収と滅菌率の関係。

NO は検知管や FTIR によって観察されなかったため、この研究では N2O の分解が滅菌に関与したり、N2O が滅菌対象物と反応したりする可能性は低いと考えられます。 式1に示すように、N2O5はNO3に関連しています。 (6)～(9)。 NO3 は酸化力が強く、不安定で反応性の高い分子です。 ただし、不対電子を持たず、反応性はOHラジカルほど高くありません。 したがって、NO3 はイオンや原子状酸素よりも寿命が長く、サンプル管を通過する可能性があると考えられます。 さらに、空気プラズマからのガス流中の NOx とオゾンの反応により、BI の周囲で瞬時に NO3 が生成され、その NO3 が酸化および/または硝化によって細菌に作用する可能性があります。 反応 (9) は熱分解を指し、40 °C 未満での分解率は 12% 未満です26。 実験条件下では、少量の NO3 が N2O5 の存在と平衡状態にありました。 したがって、この研究では NO3 がチューブの滅菌に寄与していると推測できます。

また、FTIR で定性分析した活性ガスからは、次のガス成分が二次的に生成すると推定されました。 図2に示すように、活性種には水が含まれており、NO3、O3、HNO3、N2O5、NO2、H2Oの反応生成物からは、FTIRスペクトルでは観察されなかった殺菌効果のある活性ガス成分が副生すると考えられます。 吐出領域 (約 60 °C) とチューブ (約 25 °C) の間の温度差によって生じる結露により、空気流中に液体状態の水が存在した可能性もあります。 したがって、反応 (10) ～ (14)14,27 に示すように、液体状態の水 (l, aq) が関与する化学反応によって生成される活性種も、ガス成分に加えて滅菌因子として機能すると推測される可能性があります。 15)-(20)28および(21)-(23)29。 潜在的な活性種の中で、ペルオキシ亜硝酸塩 (ONOO-) は、ニトロソ化 (つまり、NO 基の付加を受ける)、SH 基の酸化、NH2 基のニトロソ化 (つまり、NH2 から NO への変換)、細菌タンパク質の酸化、および脂質、DNA 成分の酸化とニトロソ化、リボソームからの水素の引き抜きによる DNA の損傷 30,31。 亜硝酸塩 (HONO) は、有機物質に対して HNO332 と同様の影響を及ぼし、ONOO- と HONO が殺菌因子である可能性があることを示唆しています。

(14)のH2O2より、

滅菌プロセスにより、サンプルチューブは原子状酸素や窒素酸化物などの空気プラズマ中の活性種にさらされます。 したがって、これらの反応種の材料適合性を確認する必要があります。 いずれの材質においても、滅菌処理による外観の劣化は見られませんでした。 したがって、材料表面の化学結合も FTIR 分光法を使用して調査されました。 大気血漿中の活性種による PET の処理により、ベンゼン環 (722 cm-1) の C-H 変化 -6.8%、C-H (メチレン基、2967 cm-1) の +18% など、最大の変化が生じました。 −1) 2 ～ 8 時間の治療後。 10 時間後、C-O-C (+ 2.6%) および C=O (+ 8.2%) の割合が酸化とともに増加しました。 PVC を処理すると、2 ～ 10 時間の処理後に C-Cl と C-H が減少しました。 最大の変化は、C-Cl: - 12%、C-H: - 17% でした。 AC=O フィーチャーは、6 時間の処理後に最大 - 21% の減少を示し、8 時間の処理後に酸化により + 3.8% の増加を示しました。 シリコーンチューブの処理により、C-Hを除くすべての成分[C-H、Si-O-Si、Si-C (786 cm-1)、Si-C (1258 cm-1)]の変化は5%以内となりました。 2 時間の処理後、+ 5.8% 増加しました。

大気バリア放電によって生成される酸素と空気プラズマを使用して、細長い管内で細菌の胞子が不活化されるメカニズムを調査する。 不活化メカニズムの可能性の 1 つは、細菌の胞子の表面の破壊です 33、34、35。 したがって、細菌の胞子皮の材料の分解特性が研究されてきました。 細菌の胞子の胞子皮の主な組成は、ケラチン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ジピコリン酸です35,36。 この実験では、酸素または空気プラズマを照射した後のこれらの材料の化学組成を、IR スペクトルを使用して分析しました。

図 6 は、空気プラズマおよび酸素プラズマからの活性種で処理されたケラチンの FTIR スペクトルを示しています。 空気および酸素プラズマの両方からの活性種は、ケラチンサンプル中に SO2 および N=O 二量体を生成しました。 空気プラズマ処理サンプルのスペクトルでは、塩橋 (つまり、COOH/COO- および NH2/NH3+ 相互作用を通じてイオン複合体を形成する 2 つのアミノ酸) からのアミドおよび NH3+ ピークが減少しました。したがって、塩橋は酸化され、これらの結合の数が減少し、ケラチンの剛性が低下した可能性があります。1290 ～ 1320 cm-1 のピークは、SO2-N および N=O に割り当てられます。図 7a、b は、図 7 に示された結果の拡大図を示しています。 6. 空気プラズマと酸素プラズマの両方で、SO2、CHO、およびケトン (C=O) の特徴が生成され、オゾンの酸化作用が確認されました。空気プラズマの場合、HNO3 もケラチンの酸化に寄与する可能性があります。

活性種で処理したウールケラチンのFTIRスペクトル。

(a) 1050 ～ 1200 cm-1 の範囲にわたる活性種で処理した羊毛ケラチンの FTIR スペクトル、および (b) 1690 ～ 1750 cm-1 の範囲。

図 8 は、空気プラズマおよび酸素プラズマからの活性種で処理されたアスパラギン酸の FTIR スペクトルを示しています。 酸素プラズマ処理後の FTIR 結果は、未処理サンプルの結果と同様でした。 オゾンによる酸化により、NH-H 領域付近のピークが若干減少しました。 逆に、空気プラズマで処理したサンプルのスペクトルは未処理サンプルのスペクトルとは著しく異なり、アルデヒド誘導体である C=O、亜硝酸塩 (ONO)、および N=O から新しい特徴が現れましたが、C-H および N からは新たな特徴が現れました。 –H ピークが減少しました。 空気プラズマと酸素プラズマの結果は、アスパラギン酸が特に空気プラズマに由来する窒素酸化物による変性を受けやすいことを示しています。 したがって、C-H と N-H が C=O と N=O に酸化された可能性があります。 さらに、空気プラズマのみの結果では、酸化によって生成された新しい C=O ピークが観察されました。 これらの結果は、空気プラズマによって生成される NOx と、酸素プラズマのオゾン酸化に追加された NOx から二次的に生成される ONOO- などの活性種の複合酸化能力を確認しました。 したがって、空気プラズマによってもたらされる非常に効果的な滅菌は、NOx およびオゾンと NOx の間で生成される活性種によって媒介される酸化による有機材料の組成変性に起因すると考えられます。

活性種で処理したアスパラギン酸のFTIRスペクトル。

図 9 は、空気プラズマおよび酸素プラズマから生成された活性種で処理されたグルタミン酸の FTIR スペクトルを示します。 未処理サンプルと酸素プラズマ処理サンプルのピーク位置はほぼ同一でした。 グルタミン酸とアスパラギン酸の結果は、構造が似ているため同様でした。 したがって、酸素プラズマからのオゾンがグルタミン酸に及ぼす影響は限定的でした。 逆に、空気プラズマの場合には、N=O およびアルデヒド由来の C=O ピークが確認されました。 これらの特徴は、NH2 と CH の酸化に起因すると考えられます。

活性種で処理したグルタミン酸のFTIRスペクトル。

図 10 は、空気および酸素プラズマ由来の活性粒子で処理したジピコリン酸の FTIR スペクトルを示しています。 未処理のサンプルと、空気および酸素プラズマにさらされたサンプルの間では、スペクトル ピークにほとんど差がありませんでした。 未処理のサンプルと酸素プラズマにさらされたサンプルでは、​​水蒸気のピークが 1300 ～ 2000 cm-1 に現れました。 ただし、これらのピークは機器に関連する外部汚染に起因すると考えられます。 ジピコリン酸は滅菌処理によって変性されないため、ジピコリン酸は消毒プロセスに直接関係しない可能性があります。

活性種で処理したジピコリン酸のFTIRスペクトル。

酸素ガスと空気を備えた DBD トーチ プラズマ源を使用して、直径 4 mm、長さ 60 cm のチューブの内部を 30 分で滅菌しました。 オゾンと NOx は FTIR によって同定され、HNO3 と N2O5 は細長いチューブの滅菌に効果的な活性種であることがわかりました。 この研究の滅菌方法は、材料の劣化を最小限に抑えながら、シリコーンチューブを効果的に滅菌しました。 細菌胞子を含む有機物（ケラチン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ジピコリン酸）の活性種処理の結果は以下の通りであった。 ケラチンは、酸素プラズマのみからのオゾンと空気プラズマ処理からのオゾンと NOx の両方から化学組成の変化を示しました。 他の有機材料の場合、オゾンは組成の変化を最小限に抑えましたが、オゾンと NOx はアスパラギン酸とグルタミン酸の組成を変化させました。 これらの結果は、空気プラズマ由来の活性ガスの高い滅菌性能は、オゾンとNOxの混合ガスによる有機材料の化学組成に対する強い変性効果に起因している可能性を示唆しています。

現在の研究で使用および分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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この研究は、宇宙航空研究開発機構（JAXA）の宇宙探査イノベーションハブセンター（TansaX）の支援を受けました。

〒816-8580 福岡県九州大学大学院総合理工学研究科先進エネルギー理工学専攻

Reona Muto & Nobuya Hayashi

九州大学宇宙惑星環境科学国際研究センター、福岡市、819-0395

Nobuya Hayashi

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RM は研究のアイデアを思いつき、実験を実行して原稿をまとめました。 NH はこの研究の基本的な概念を作成し、この研究の実施を監督しました。 両著者が議論し、原稿を編集しました。

Correspondence to Nobuya Hayashi.

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

武藤良、林直、大気圧空気プラズマ中で発生する窒素酸化物による細管の滅菌特性。 Sci Rep 13、6947 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-34243-3

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受信日: 2023 年 2 月 18 日

受理日: 2023 年 4 月 26 日

公開日: 2023 年 4 月 28 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34243-3

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