DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-88369-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39953074
تاريخ النشر: 2025-02-14
المؤلف: Palma Rosa Rotondo وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات البلازما والتشخيصات
نظرة عامة
تتناول هذه القسم من ورقة البحث فعالية الماء المنشط بالبلازما (PAW)، الذي يتم إنتاجه عبر تفريغ العازل السطحي، ضد ملوثات ميكروبية متنوعة، بما في ذلك العامل الفطري Botrytis cinerea والبكتيريا المسببة للأمراض (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria) والبكتيريا المفيدة (Bacillus amyloliquefaciens). تدرس الدراسة كيف يؤثر وقت التعرض لعلاج البلازما ومعدل تدفق الغاز على التركيب الكيميائي لـ PAW، مع التركيز بشكل خاص على الأنواع التفاعلية مثل النترات ($\text{NO}_3^-$)، والنيتريت ($\text{NO}_2^-$)، وبيروكسيد الهيدروجين ($\text{H}_2\text{O}_2$)، بالإضافة إلى الرقم الهيدروجيني وإمكانات الأكسدة والاختزال.
تشير النتائج إلى أن فترات العلاج الأطول تؤدي إلى تركيزات أعلى من الأنواع التفاعلية ومستويات pH أقل، مما يتوافق مع زيادة الفعالية المضادة للميكروبات. تكشف دراسة الارتباط وتحليل المكونات الرئيسية أن محتوى الأنواع التفاعلية للأكسجين والنيتروجين (RONS) في PAW يؤثر بشكل كبير على نشاطه المضاد للميكروبات، مع تسليط الضوء بشكل خاص على الارتباطات القوية بين $\text{NO}_2^-$، و$\text{H}_2\text{O}_2$، وتثبيط نمو الفطريات والبكتيريا. من الجدير بالذكر أنه تم تحقيق تثبيط بكتيري شبه كامل بعد دقيقة واحدة من العلاج (تقليل لوغاريتمي قدره 4.5 لـ B. amyloliquefaciens و5.1 لـ X. campestris)، بينما لوحظ تثبيط بنسبة حوالي 90% لنمو الجراثيم لـ B. cinerea بعد 3 دقائق. توفر هذه النتائج رؤى قيمة لتحسين ظروف علاج PAW للتطهير المضاد للميكروبات للمنتجات النباتية.
الطرق
تحدد قسم “الطرق” المواد والإجراءات المستخدمة في البحث. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى مصادرها وطرق تحضيرها. كما يصف القسم التصميم التجريبي، بما في ذلك البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات وتحليلها.
تحدد الطرق الإحصائية المستخدمة لتفسير البيانات، مما يضمن أن النتائج قوية وقابلة للتكرار. يبرز القسم أهمية الصرامة المنهجية في التحقق من النتائج ويناقش أي ضوابط أو متغيرات تم أخذها بعين الاعتبار خلال التجارب. بشكل عام، يوفر هذا القسم نظرة شاملة على المنهجيات التي تدعم نتائج البحث.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج بشكل منهجي، مع تسليط الضوء على نقاط البيانات والاتجاهات الهامة التي لوحظت خلال الدراسة. غالبًا ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية ذات صلة، والتي قد تشمل قيم p، وفترات الثقة، أو أحجام التأثير، لدعم النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتم استخدام تمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح البيانات بشكل أكثر فعالية، مما يسمح بفهم أوضح للعلاقات أو الأنماط المحددة. يختتم القسم بمناقشة تداعيات هذه النتائج، موصلًا إياها بأسئلة البحث أو الفرضيات المطروحة في بداية الدراسة. بشكل عام، يعمل هذا القسم على تقديم نظرة شاملة على الأدلة التجريبية التي تم جمعها، مما يمهد الطريق لمزيد من التفسير والنقاش في الأقسام اللاحقة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة من ورقة البحث الضوء على فعالية الماء المنشط بالبلازما (PAW) كعامل تطهير ضد البكتيريا والفطريات، والتي تُعزى أساسًا إلى الأنواع التفاعلية الناتجة خلال علاج البلازما. استخدمت الدراسة دفعة متكررة من 24.6 كيلو فولت من الجهد المتردد لضمان تفريغات دقيقة موحدة، مما أدى إلى إنتاج أنواع تفاعلية مثل بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، والنيتريت (NO₂⁻)، والنترات (NO₃⁻) في PAW. تم حساب الجرعة القصوى المحتملة من البلازما (Dₘₐₓ) بناءً على الطاقة لكل دفعة، ووقت العلاج، وكتلة العينة، مما يكشف عن ارتباط قوي بين مدة العلاج وتركيز الأنواع التفاعلية، والتي بدورها أثرت على الفعالية المضادة للميكروبات.
تشير النتائج إلى أن النشاط المضاد للميكروبات ضد Botrytis cinerea وسلالات البكتيريا (Bacillus amyloliquefaciens وXanthomonas campestris) يتحسن بشكل كبير مع زيادة وقت العلاج وتركيز الأنواع التفاعلية. من الجدير بالذكر أنه تم تحقيق تثبيط كامل لنمو الجراثيم الفطرية عند تركيزات أعلى من H₂O₂ وNO₂⁻، بينما كانت تقليلات لوغاريتمية للبكتيريا مرتبطة بتركيزات أقل من هذه الأنواع. تؤكد الدراسة على التأثيرات التآزرية لـ H₂O₂ والنيتريت في الظروف الحمضية، مما يعزز الخصائص المضادة للميكروبات لـ PAW، على الرغم من أن الآليات الدقيقة تظل معقدة وغير مفهومة تمامًا. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام PAW كبديل قابل للتطبيق للتطهير الميكروبي في التطبيقات الزراعية وسلامة الغذاء.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-88369-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39953074
Publication Date: 2025-02-14
Author(s): Palma Rosa Rotondo et al.
Primary Topic: Plasma Applications and Diagnostics
Overview
This section of the research paper investigates the efficacy of plasma-activated water (PAW), produced via Surface Dielectric Barrier Discharge, against various microbial contaminants, including the fungal pathogen Botrytis cinerea and both pathogenic (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria) and beneficial (Bacillus amyloliquefaciens) bacteria. The study examines how exposure time to plasma treatment and gas flow rate influence the chemical composition of PAW, specifically focusing on reactive species such as nitrate ($\text{NO}_3^-$), nitrite ($\text{NO}_2^-$), and hydrogen peroxide ($\text{H}_2\text{O}_2$), as well as pH and oxidation-reduction potential.
Findings indicate that longer treatment durations lead to higher concentrations of reactive species and lower pH levels, which correlate with increased antimicrobial efficacy. A correlation study and Principal Component Analysis reveal that the content of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) in PAW significantly impacts its antimicrobial activity, particularly highlighting strong correlations between $\text{NO}_2^-$, $\text{H}_2\text{O}_2$, and the inhibition of fungal and bacterial growth. Notably, nearly complete bacterial inhibition was achieved after 1 minute of treatment (log reductions of 4.5 for B. amyloliquefaciens and 5.1 for X. campestris), while approximately 90% inhibition of conidial germination for B. cinerea was observed after 3 minutes. These results provide valuable insights for optimizing PAW treatment conditions for the antimicrobial decontamination of plant products.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and procedures employed in the research. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as their sources and preparation methods. The section also describes the experimental design, including the protocols followed for data collection and analysis.
Statistical methods utilized for data interpretation are specified, ensuring that the findings are robust and reproducible. The section emphasizes the importance of methodological rigor in validating the results and discusses any controls or variables that were accounted for during the experiments. Overall, this section provides a comprehensive overview of the methodologies that underpin the research findings.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It systematically details the outcomes, highlighting significant data points and trends observed during the study. The results are often accompanied by relevant statistical analyses, which may include p-values, confidence intervals, or effect sizes, to substantiate the findings.
Additionally, visual representations such as graphs or tables may be utilized to illustrate the data more effectively, allowing for a clearer understanding of the relationships or patterns identified. The section concludes with a discussion of the implications of these results, linking them back to the research questions or hypotheses posed at the outset of the study. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the empirical evidence gathered, setting the stage for further interpretation and discussion in subsequent sections.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the effectiveness of Plasma Activated Water (PAW) as a decontamination agent against bacteria and fungi, primarily attributed to the reactive species generated during plasma treatment. The study employed a repetitive burst of 24.6 kV peak-to-peak AC voltage to ensure uniform micro-discharges, leading to the production of reactive species such as hydrogen peroxide (H₂O₂), nitrite (NO₂⁻), and nitrate (NO₃⁻) in PAW. The maximum potential plasma dose (Dₘₐₓ) was calculated based on the energy per burst, treatment time, and sample mass, revealing a strong correlation between treatment duration and the concentration of reactive species, which in turn influenced antimicrobial efficacy.
The findings indicate that the antimicrobial activity against Botrytis cinerea and bacterial strains (Bacillus amyloliquefaciens and Xanthomonas campestris) is significantly enhanced with increased treatment time and reactive species concentration. Notably, a complete inhibition of fungal conidial germination was achieved at higher concentrations of H₂O₂ and NO₂⁻, while bacterial log reductions were associated with lower concentrations of these species. The study emphasizes the synergistic effects of H₂O₂ and nitrite in acidic conditions, which enhance the antimicrobial properties of PAW, although the precise mechanisms remain complex and not fully understood. The results underscore the potential of PAW as a viable alternative for microbial decontamination in agricultural and food safety applications.