DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1774713
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41800402
تاريخ النشر: 2026-02-20
المؤلف: Manca Lunder وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات البلازما والتشخيصات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الفعالية المضادة للميكروبات للبلازما الباردة في الغلاف الجوي (CAP) الناتجة عن خلال جهاز تفريغ العازل (DBD)، مع التركيز على تطبيقها في تعقيم المياه. توضح الدراسة أن الماء المنشط بالبلازما (PAW) يقوم بشكل فعال بتعطيل الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، محققًا تخفيضات لوجارية قدرها 1.09 و3.27، على التوالي، بعد معالجة لمدة 3 دقائق. ومن الجدير بالذكر أن PAW المخزن عند 4 درجات مئوية لمدة 24 ساعة حافظ على تعطيل كامل لكلا السلالتين البكتيريتين، مما يُعزى إلى وجود أنواع الأكسجين والنيتروجين التفاعلية طويلة العمر (RONS). كما تسلط الدراسة الضوء على التفاعلات الديناميكية بين RONS والبكتيريا، مع استنفاد كبير لبيروكسيد الهيدروجين والأوزون أثناء التخزين، بينما ظلت النترات والنيتريت مستقرة، مما يشير إلى دورها المحتمل في التأثيرات المضادة للميكروبات الممتدة.
تؤكد النتائج على أهمية التحييد الفوري لـ PAW لضمان اختبار مضاد للميكروبات بدقة. تم تحديد تركيبة محايدة مشتركة، تُعرف باسم “Mix” (تتكون من PBS، NaCl مع تريبتون، بوليسوربات 80، ليتسين، وثيوكبريتات الصوديوم)، كأكثر فعالية في إخماد RONS المتبقية بينما تكون غير سامة للبكتيريا. توصي الدراسة باستخدام هذه المحايدة جنبًا إلى جنب مع وسائط غير انتقائية أو معتدلة الانتقائية لتحسين قابلية التكرار في اختبار PAW المضاد للميكروبات. بشكل عام، تساهم هذه الدراسة في توحيد المنهجيات في تقييم خصائص PAW المضادة للميكروبات، مع التأكيد على الحاجة إلى بروتوكولات تحييد مصممة خصيصًا لتعزيز موثوقية التقييمات الميكروبية في أنظمة المياه المعالجة بـ CAP. يمكن أن تستكشف التحقيقات المستقبلية المزيد من الآثار المترتبة على هذه النتائج من خلال اختبارات جزيئية أو استقلابية.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على الأهمية الحاسمة للنتائج الميكروبيولوجية الدقيقة، لا سيما في سياق تقييم فعالية المنتجات القاتلة للميكروبات. أحد الجوانب الرئيسية لهذا التقييم هو تحييد النشاط المضاد للميكروبات لمنع النتائج المضللة الناتجة عن وجود عوامل قاتلة للميكروبات المتبقية في وسائط الثقافة. يتم استخدام طرق مختلفة، بما في ذلك الترشيح والتحييد الكيميائي، لتحقيق ذلك، مع كون الأخيرة هي النهج المفضل وفقًا للأدوية الأمريكية (USP). توصي البروتوكولات الموحدة بمحيطات محددة لمركبات مضادة للميكروبات مختلفة، ومع ذلك، فإن التقنيات الناشئة مثل البلازما الباردة في الغلاف الجوي (CAP) تقدم تحديات جديدة بسبب الأنواع التفاعلية طويلة العمر (RONS) التي تولدها، والتي تتطلب استراتيجيات تحييد مصممة خصيصًا.
تسلط الورقة الضوء على أنه بينما تمتلك المضادات الميكروبية الكيميائية التقليدية طرق تحييد مثبتة، فإن الخصائص الفريدة لـ CAP والماء المنشط بالبلازما الناتج (PAW) تتطلب إعادة تقييم بروتوكولات التحييد. إن استمرار RONS طويلة العمر في PAW يشكل خطرًا على استمرار النشاط المضاد للميكروبات بعد أخذ العينات، مما قد يؤدي إلى تقديرات مبالغ فيها للفعالية في الاختبارات الميكروبيولوجية. يشير المؤلفون إلى نقص الدراسات المنهجية حول المحايدات المناسبة لـ PAW، مما يبرز الحاجة إلى بروتوكولات موحدة لتقييم آثارها المضادة للميكروبات بدقة. تهدف الدراسة إلى تقييم النشاط المضاد للميكروبات الممتد لـ PAW، وتقييم قدرة التحييد لمختلف العوامل، وتحديد ظروف الزراعة المثلى، وبالتالي المساهمة في إنشاء بروتوكولات تحييد فعالة لـ PAW في الاختبارات الميكروبيولوجية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد التحقيق، مع تأكيد التحليلات الإحصائية على قوة هذه العلاقات. ومن الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في النتائج المستهدفة، كما يتضح من المقاييس الكمية المبلغ عنها.
علاوة على ذلك، تكشف النتائج أن ظروفًا أو معايير معينة أثرت بشكل كبير على فعالية التدخل، مما يشير إلى طرق محتملة لمزيد من البحث. تدعم النتائج التمثيلات الرسومية والجداول التي توضح الاتجاهات والتغيرات الملحوظة طوال الدراسة، مما يعزز الاستنتاجات المستخلصة من تحليل البيانات. بشكل عام، يبرز القسم أهمية النتائج في المساهمة في المعرفة الحالية في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تطوير جهاز تفريغ عازل (DBD) لتوليد الماء المنشط بالبلازما (PAW) باستخدام نظام تدفق، مما يعالج بشكل فعال المياه العسرة المعدة في المختبر الملوثة بالإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية. عمل جهاز DBD تحت ظروف محددة، حيث قدم نبضات عالية الجهد لإنشاء بيئة بلازمية أدت إلى تخفيضات ميكروبية كبيرة قدرها 1.09 لوج CFU/mL للإشريكية القولونية و3.27 لوج CFU/mL للمكورات العنقودية الذهبية بعد معالجة لمدة 3 دقائق. تم الحفاظ على الفعالية المضادة للميكروبات لـ PAW لمدة 24 ساعة بعد المعالجة، مما يظهر إمكانيته كطريقة تعقيم مستقرة.
استكشفت الدراسة أيضًا استمرار أنواع الأكسجين والنيتروجين التفاعلية (RONS) في PAW، والتي تعتبر حاسمة لنشاطه المضاد للميكروبات. أشارت القياسات إلى انخفاض في تركيزات RONS الرئيسية، مثل الأوزون وبيروكسيد الهيدروجين، مع مرور الوقت، خاصة في وجود البكتيريا، مما يشير إلى أن التفاعلات الميكروبية تؤثر بشكل كبير على التركيب الكيميائي لـ PAW. ومن الجدير بالذكر أنه بينما أظهر PAW نشاطًا مضادًا للميكروبات متبقيًا، فإن فعاليته تضاءلت بعد التخزين، مما يبرز أهمية طرق التحييد لضمان تقييمات دقيقة للنشاط المضاد للميكروبات. تؤكد النتائج على الطبيعة الديناميكية لـ PAW كعامل مضاد للميكروبات والحاجة إلى اعتبار دقيق لبارامترات المعالجة وسلوك ما بعد المعالجة في التطبيقات المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1774713
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41800402
Publication Date: 2026-02-20
Author(s): Manca Lunder et al.
Primary Topic: Plasma Applications and Diagnostics
Overview
This research investigates the antimicrobial efficacy of cold atmospheric plasma (CAP) generated via a flow-through dielectric barrier discharge (DBD) reactor, focusing on its application for water disinfection. The study demonstrates that plasma-activated water (PAW) effectively inactivates Escherichia coli and Staphylococcus aureus, achieving log reductions of 1.09 and 3.27, respectively, after a 3-minute treatment. Notably, PAW stored at 4°C for 24 hours maintained complete inactivation of both bacterial strains, attributed to the presence of long-lived reactive oxygen and nitrogen species (RONS). The study also highlights the dynamic interactions between RONS and bacteria, with significant depletion of hydrogen peroxide and ozone during storage, while nitrite and nitrate remained stable, suggesting their potential role in prolonged antimicrobial effects.
The findings underscore the importance of immediate neutralization of PAW to ensure accurate antimicrobial testing. A combined neutralizer formulation, referred to as “Mix” (comprising PBS, NaCl with tryptone, polysorbate 80, lecithin, and sodium thiosulphate), was identified as the most effective in quenching residual RONS while being non-toxic to bacteria. The study recommends using this neutralizer alongside non-selective or mildly selective media for improved reproducibility in PAW antimicrobial testing. Overall, the research contributes to the standardization of methodologies in evaluating PAW’s antimicrobial properties, emphasizing the need for tailored neutralization protocols to enhance the reliability of microbial assessments in CAP-treated water systems. Future investigations could further explore the implications of these findings through molecular or metabolic assays.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the critical importance of accurate microbiological results, particularly in the context of evaluating the efficacy of biocidal products. A key aspect of this evaluation is the neutralization of antimicrobial activity to prevent misleading results caused by residual biocidal agents in culture media. Various methods, including filtration and chemical neutralization, are employed to achieve this, with the latter being the preferred approach according to the United States Pharmacopeia (USP). Standardized protocols recommend specific neutralizers for different antimicrobial compounds, yet emerging technologies like Cold Atmospheric Plasma (CAP) introduce new challenges due to the long-lived reactive species (RONS) they generate, which require tailored neutralization strategies.
The paper highlights that while traditional chemical antimicrobials have established neutralization methods, the unique properties of CAP and its resultant Plasma Activated Water (PAW) necessitate a reevaluation of neutralization protocols. The persistence of long-lived RONS in PAW poses a risk of continued antimicrobial activity post-sampling, potentially leading to overestimations of efficacy in microbiological assays. The authors note a lack of systematic studies on neutralizers suitable for PAW, underscoring the need for standardized protocols to accurately assess its antimicrobial effects. The study aims to evaluate the prolonged antimicrobial activity of PAW, assess the neutralizing capacity of various agents, and determine optimal culturing conditions, thereby contributing to the establishment of effective neutralization protocols for PAW in microbiological testing.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicates a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the target outcomes, as evidenced by the quantitative metrics reported.
Furthermore, the findings reveal that certain conditions or parameters significantly influenced the effectiveness of the intervention, suggesting potential avenues for further research. The results are supported by graphical representations and tables that illustrate the trends and variations observed throughout the study, reinforcing the conclusions drawn from the data analysis. Overall, the section underscores the importance of the findings in contributing to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this study, a dielectric barrier discharge (DBD) device was developed to generate plasma-activated water (PAW) using a flow-through system, effectively treating laboratory-prepared hard water contaminated with Escherichia coli and Staphylococcus aureus. The DBD reactor operated under specific conditions, delivering high-voltage pulses to create a plasma environment that resulted in significant microbial reductions of 1.09 log CFU/mL for E. coli and 3.27 log CFU/mL for S. aureus after a 3-minute treatment. The antimicrobial efficacy of PAW was maintained for 24 hours post-treatment, demonstrating its potential as a stable disinfection method.
The study further explored the persistence of reactive oxygen and nitrogen species (RONS) in PAW, which are crucial for its antimicrobial activity. Measurements indicated a decline in concentrations of key RONS, such as ozone and hydrogen peroxide, over time, particularly in the presence of bacteria, suggesting that microbial interactions significantly influence PAW’s chemical composition. Notably, while PAW exhibited residual antimicrobial activity, its efficacy diminished after storage, highlighting the importance of neutralization methods to ensure accurate antimicrobial assessments. The findings underscore the dynamic nature of PAW as an antimicrobial agent and the need for careful consideration of treatment parameters and post-treatment behavior in future applications.