Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KHẢ NĂNG DIỆT KHUẨN S AUREUS CỦA PLASMA LẠNH Ở ÁP SUẤT THƯỜNG TRÊN KHĂN LẠNH EFFECTS OF COLD-PLASMA AT ATMOSPHERIC PRESSURE ON KILLING OF S.AUREUS ON COLD TISSUE Thái Văn Phước1a, Trần Ngọc Đảm2b Phòng Nghiên cứu Năng lượng Môi trường, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.HCM a phuoctv@hcmute.edu.vn; b.damtn@hcmute.edu.vn 1, TÓM TẮT Các loại khăn lạnh sản xuất-đóng gói thị trường sử dụng loại hóa chất bảo quản với nồng độ cao nhằm tăng thời gian sử dụng bảo quản Các loại hóa chất phần lớn chứa lượng lớn paraben ảnh hưởng lớn đến sức khỏe người dùng môi trường xung quanh Trong phần nghiên cứu này, mô hình xử lý khăn lạnh công nghệ Plasma lạnh nghiên cứu thiết kế để khắc phục nhược điểm Ưu điểm mô hình xử lý trực tiếp dây chuyền đóng gói khăn lạnh, sử dụng điện nhằm tạo môi trường diệt khuẩn mạnh mẽ mà không sử dụng loại hóa chất độc hại Kết cho thấy với mức lượng đầu vào 165Wh (110V×1.5A) tốc độ xử lý m/ph, tổng số vi khuẩn S aureus miếng vải Rayon giảm đơn vị log (từ 4.4×103 )trên mẫu đối chứng Từ khóa: Plasma lạnh, diệt khuẩn, S aureus, khăn lạnh, parapen ABSTRACT All most commercial cold tissue is soaked in a chemical solution to keep in good condition The chemical solution is harmful for health and the environment due to containing a certain amount of parapens In this paper, the cold-plasma model of sterilizingcold-tissue is studied to solve above-mentioned weakness The advantages of the plasma model are that using directly on cold tissue production line; moreover, the environment isn’t polluted out of using chemical solusion At last, the result of experiments shows that S Aureus on cold-tissue (control samples –4.4×103) was reduced by 4-log, sterilizing speed – m/min and supplied power plasma – 165Wh (110V×1.5A) Keywords: cold-Plasma, sterilizing, S Aureus, cold-tissue, parapen GIỚI THIỆU Hiện nhu cầu sử dụng khăn lạnh Việt Nam lớn, nhiên với quy trình sản xuất-đóng gói việc sử dụng khăn lạnh ẩn chứa nhiều nguy sức khỏe người Cụ thể, quy trình đóng gói khăn lạnh (hình 1) phôi vải cuộn (1) làm vật liệu vải Rayon có bề rộng 24cm gấp nếp để giảm bề rộng xuống 6cm; sau gấp nếp, phôi nhúng vào dung dịch gồm hóa chất bảo quản tạo mùi hương (2), tiếp đến cắt gấp nếp lần (3) trước đóng gói lưu trữ (4) Để tăng thời gian bảo quản, sử dụng làm giảm phát triển nhiễm khuẩn, nấm mốc, trình đóng gói khăn lạnh tẩm dung dịch chứa nhiều loại chất bảo quản với nồng độ cao Các loại chất bảo quản, đặc biệt hai loại hóa chất bảo quản Paraben Methylisothiazolinone, ảnh hưởng đến sức khỏe người gây kích ứng da, tác động đến hệ nội tiết, chí vô sinh, ung thư [1] Để giải vấn đề trên, nhóm nghiên cứu ứng dụng công nghệ Plasma lạnh nhằm làm tiêu diệt vi sinh vật khăn lạnh trình đóng gói 654 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Plasma trạng thái thứ tư vật chất, chứa electrons, ion dương, nguyên tử hay phân tử khí trung tính, tia UV nguyên tử, phân tử trạng thái kích thích Khi hướng hạt kích thích lên bề mặt chứa vi khuẩn, nấm mốc, Plasma bắn phá lên thành tế bào nấm mốc, vi khuẩn, vi rút làm cho thành tế bào, liên kết thành phần tế bào bị phá vỡ [2] Đồng thời, Plasma chứa gốc oxy hóa bậc cao O*, HO* gốc oxy hóa bậc cao tác động, phá vỡ cấu trúc DNA phân tử tế bào vi khuẩn, vi rút nấm mốc Bên cạnh đó, nhiệt độ tia, UV xuất trình tạo Plasma gây ức chế, phá hủy cấu trúc DNA, phá hủy thành tế bào vi khuẩn, vi rút, nấm mốc [2-4] Phôi vải (vải cuộn) (1) Gấp nếp + tẩm hóa chất (2) Gấp nếp lần (3) Đóng gói (4) Hình 1: Quy trình đóng gói khăn lạnh Hình 2: Ảnh hưởng gốc oxy hóa bật cao HO*, O* lên cấu trúc phân tử tế bào, vi rút, vi khuẩn, nấm mốc [3] Hình 3: Ảnh hưởng tia UV lên cấu trúc DNA [3] THÍ NGHIỆM 2.1 Mô hình thí nghiệm Hình mô tả nguyên lý hoạt động mô hình diệt khuẩn khăn lạnh Plasma lạnh Cấu tạo thiết bị gồm điện cực nối vào nguồn điện áp tần số cao, điện cực (một đồng với đường kính 10 mm dài 180 mm) đặt 655 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ống ceramic (hình 2) điện cực làm từ khối nhôm (100x100x75 mm) gắn với trục vít-me, truyền động từ động bước (hình 4) Bộ nguồn AC cung cấp nguồn điện xoay chiều 220V, 50Hz qua hệ thống khuếch tạo hai điện cực điện áp cao tần số lớn: 5÷20 kV; 5÷40 kHz Khi cung cấp điện áp cao tần số lớn hai điện cực tạo vùng điện trường lớn kết không khí hai cực bị ion hóa tạo thành chùm tia Plasma hình Hình 5: Ảnh thực tế mô hình Hình 4: Nguyên lý làm việc mô hình Bảng 1:Thông số thí nghiệm Hình 6: Quá trình xử lý thực tế Điện áp đầu vào …….…….… V 100÷220 Dòng điện đầu vào ……….… A 1÷2.5 Vận tốc xử lý …………… m/ph 0,1 2,5 Bề rộng vùng Plasma mm 150 Khoảng cách cực mm Đường kính ống ceramic, mm 25 Đường kính ống ceramic, mm 19 2.2 Tiến hành thí nghiệm Một miếng vải Rayon có kích thước 50×50mm, sau tiệt trùng nồi hấp Autoclave nhúng vào dung dịch chứa vi khuẩn S aureus (ATCC 25213) nhằm làm cho vải bị nhiễm khuẩn Tiếp đến, miếng vải đặt lên thủy tinh điện cực hình xử lý qua Plasma Sau miếng vải đặt vào ống nghiệm chứa 10ml nước tinh khiết lắc phút để vi khuẩn vải khuyếch tán vào lọ thủy tinh ml nước chứa vi khuẩn khuyếch tán lấy trải đĩa petri chứa môi trường Tryptic Soy Broth (TSB, Himedia Labs, Mumbai, India) Đĩa petri tủ cấy 370C, sau 24 số lượng vi khuẩn đĩa đếm đối chiếu với đĩa đối chứng (vải không xử lý) Các thí nghiệm lặp lại với vận tốc xử lý lượng đầu vào khác Hiệu suất xử lý tính theo công thức: Trong đó: 𝐻𝐻 = 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑈𝑈đố𝑖𝑖 𝑐𝑐ℎứ𝑛𝑛𝑛𝑛 − 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑈𝑈𝑥𝑥ử 𝑙𝑙ý × 100% 𝐶𝐶𝐶𝐶𝑈𝑈đố𝑖𝑖 𝑐𝑐ℎứ𝑛𝑛𝑛𝑛 CFU đối chứng – tổng số vi khuẩn đĩa không xử lý; CFU xử lý – tổng số vi khuẩn đĩa bị xử lý 656 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 7.Vi khuẩn đĩa petri: a) Đĩa đối chứng (không xử lý); b) Xử lý với 110V, 1A, 1.6 m/ph; c) Xử lý với 110V, 1A, 1.2 m/ph KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Bảng cho thấy ảnh hưởng tốc độ xử lý đến hiệu suất xử lý, thí nghiệm thực với thông số điện áp đầu vào-110V, cường độ dòng điện-1A Kết cho thấy tốc độ xử lý thấp hiệu xử lý tăng, cụ thể xử lý với tốc độ 0.8 m/ph hiệu suất đạt 99.77%, tổng số vi khuẩn mẫu vải chưa xử lý 44×103 CFU/ml giảm xuống 1×102 CFU/ml (giảm đơn vị log) sau xử lý Khi tốc độ xử lý tăng lên 1.6 m/ph, hiệu xử lý 92.73, tổng số vi khuẩn giảm đơn vị log Bảng 2: Ảnh hưởng tốc độ xử lý đến hiệu suất xử lý Tốc độ xử lý (m/ph) 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 2.2 2.4 Tổng số vi 1×102 7×102 14×102 5×102 32×102 59×102 8×102 21×102 9×102 khuẩn CFU/ml Hiệu suất (%) 99.77 98.41 96.82 98.86 92.73 86.59 98.18 95.23 97.95 Điều cho thấy thời gian tương tác hạt điện tích gốc oxi hóa bậc cao chùm tia Plasma có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý Thời gian tương tác lâu tế bào vi khuẩn bị tổn thương lớn, khả phục hồi sinh sản giảm lớn Tuy nhiên, lượng hạt mang điện tích chùm tia Plasma ảnh hưởng lớn đến hiệu suất xử lý Cụ thể, bảng cho thấy tăng cường độ dòng điện đầu vào nguồn Plasma từ 0.5 A lên A (năng lượng xử lý tăng gấp đôi) hiệu tăngtừ 97.27 (giảm đơn vị log) lên 98.18 (giảm đơn vị log), tăng lên 1.5 A hiệu đạt 100%, thí nghiệm thực với thông số: điện áp đầu vào 110V, tốc độ xử lý 1m/ph Khi lượng Plasma tăng, có nghĩa lượng dạng động hạt mang điện tích chùm tia Plasma tăng theo, khả phá vỡ thành tế bào, phá hủy DNA vi khuẩn tăng lên; đồng thời lượng gốc oxi hóa bậc cao tăng lên, hiệu suất xử lý tăng lên nhiều Bảng 3: Ảnh hưởng cường độ dòng điện đến hiệu suất xử lý Dòng điện đầu vào I (A) Tổng số vi khuẩn CFU/ml Hiệu suất (%) 0.5 1.2×103 97.27 8×102 98.18 1.5 100 657 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT LUẬN Từ kết cho thấy Plasma lạnh có khả diệt khuẩn khăn lạnh, cụ thể hiệu xử lý đạt 100% (giảm đơn vị log) điện áp đầu vào 110V, cường độ dòng điện 1.5 A tốc độ xử lý m/ph Thực tế thí nghiệm cho thấy, mẫu vải có bề rộng 50 mm, nhiên chùm tia Plasma có bề rộng 150 mm, lượng xử lý thực tế 55Wh (năng lượng chùm tia Plasma tạo 165Wh) Plasma thiết kế dạng trục-rulo nên dễ dàng lắp ghép máy đóng gói khăn lạnh có thị trường Công nghệ Plasma lạnh sử dụng hoàn toàn điện năng, không dùng loại hóa chất nên khả ứng dụng vào thực tế lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://nld.com.vn/suc-khoe/canh-bao-doc-chat-tu-khan-giay-uot20150521211318399.htm [2] Mounir Laroussi, Low-Temperature Plasma for Medicine? IEEE Transactions on Plasma science, Vol 37, No 6, June 2009 [3] http://itcanbeshown.com/NERS590/Plasma%20Sterilization.ppt [4] E Stoffels, Plasma needle for in vivo medical treatment: recent developments and perspectives Plasma Sources Sci technol 15 (2006) S169-S180 [5] Mounir Laroussi,Low Temperature Plasma-Based Sterilization: Overview and State-ofthe-Art.Plasma Processes and Polymers.Volume 2, Issue 5, pages 391–400, June 14, 2005 AUTHOR’S INFORMATION Thái Văn Phước Phòng Nghiên Cứu Năng Lượng Môi Trường, Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM phuoctv@hcmute.edu.vn +84907504297 Trần Ngọc Đảm Phòng Nghiên cứu Năng lượng Môi trường, Khoa Cơ khí Chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM damtn@hcmute.edu.vn +84947760123 658 ... toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT LUẬN Từ kết cho thấy Plasma lạnh có khả diệt khuẩn khăn lạnh, cụ thể hiệu xử lý đạt 100% (giảm đơn vị log) điện áp đầu vào 110V, cường độ dòng điện 1.5 A tốc độ xử... hình thí nghiệm Hình mô tả nguyên lý hoạt động mô hình diệt khuẩn khăn lạnh Plasma lạnh Cấu tạo thiết bị gồm điện cực nối vào nguồn điện áp tần số cao, điện cực (một đồng với đường kính 10 mm... tia Plasma có bề rộng 150 mm, lượng xử lý thực tế 55Wh (năng lượng chùm tia Plasma tạo 165Wh) Plasma thiết kế dạng trục-rulo nên dễ dàng lắp ghép máy đóng gói khăn lạnh có thị trường Công nghệ Plasma