プラズマ

Scientific Reports volume 12、記事番号: 19944 (2022) この記事を引用

1442 アクセス

5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

新型コロナウイルス感染症のパンデミックによる個人用保護具（PPE）の不足により、PPEを再利用するための滅菌装置への関心と需要が高まっています。フェイスマスクを再利用するには、滅菌中の濾過能力を損なうことなく、潜在的な感染因子を効果的に除去する必要があります。この研究では、大気圧パルス誘電体バリア放電 (DBD) と噴霧液体微小液滴を組み合わせてプラズマ活性化ミスト (PAM) を生成しました。 MS2 および T4 バクテリオファージを使用して、2 種類の N95 マスクの除染テストが実施されました。結果は、7.8% 過酸化水素 PAM で 1 サイクル処理した N95 マスクでは MS2 と T4 が少なくとも 2 log 減少し、10% 過酸化水素 PAM で処理した場合は少なくとも 3 log 減少したことを示しました。さらに、10% 過酸化水素 PAM で処理した N95 マスク (3M 1860 および 1804) の濾過効率は、20 サイクル後に顕著な低下がないことがわかりました。測定された処理後のマスクの再利用可能性に関して、3M 1804 の弾性ストラップは 20 回の処理サイクル後に断片化して使用できなくなりましたが、3M 1860 のストラップは 20 回の消毒サイクル後でも悪影響を受けなかったことが示されました。

2019 年 12 月に最初の症例が確認されて以来、2019 年コロナウイルス感染症 (COVID-19) は複数の国で急速に蔓延し、2020 年 3 月に世界保健機関によってパンデミックと宣言されました 1。病気 COVID-19 を引き起こすウイルスは重症と呼ばれています。急性呼吸器症候群コロナウイルス 2 (SARS-CoV-2) の一種であり、咳やくしゃみによる飛沫、呼吸や会話によるエアロゾル、媒介物を介して人の間で感染する可能性があります2。これまでの研究では、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の感染拡大を制限するために、公共の場でフェイスマスク（レスピレーターとも呼ばれる）を着用することが奨励されてきた3,4。サージカルマスクは細菌（ウイルスや細菌）を含む可能性のある大きな粒子の飛沫、飛沫、スプレー、飛沫をブロックでき、N95マスクは浮遊粒子を少なくとも95％効率的に濾過できます。 N95 マスクの端は着用者の顔にフィットし、汚染物質を含む空気がマスクを通過せずに着用者の鼻や口に到達するのを防ぐように設計されています5。新型コロナウイルス感染症の感染者が増加し続ける中、フェイスマスクに加えて、手袋、フェイスシールド、ガウンなどの他の個人用保護具（PPE）も世界各地で高い需要がありました6。パンデミックの初期には、PPEの供給と流通が高い需要に追いついていないため、医療従事者や初期対応者は、外科用マスクやN95マスクなどのPPEを再利用することを余儀なくされています。

新型コロナウイルス感染症のパンデミックの初期には、PPE、特に N95 マスクが不足していたため、紫外線殺菌照射 (UVGI)、蒸発過酸化水素の使用など、PPE の除染と再利用に焦点を当てた幅広い研究が実施されました。 (VHP)、エチレンオキシド (EtO)、電子レンジ、漂白剤、熱処理、エタノール、液体過酸化水素、オートクレーブ、イソプロピルアルコール、ワイプ製品、水道水、石鹸と水、従来の電気炊飯器7。さまざまなウイルスや細菌が各方法およびさまざまなマスク素材でテストされたため、さまざまなアプローチの有効性を比較するのは簡単ではありません。たとえば、UVGI は H1N1 インフルエンザを少なくとも 3-log 削減できます8。一方、VHP は N95 マスク上の Geobacillus stearothermophilus 胞子を 6-log 削減できます9。ただし、UVGI、VHP、電子レンジ、漂白剤、熱処理、オートクレーブなどの一部の方法は、ろ過効率を低下させたり、マスクストラップの材質の完全性を損なったりして、N95 マスクの品質を低下させます7。

表面および材料の低温滅菌方法としての直接曝露および遠隔曝露を含む非熱プラズマは、微生物の除染に効果的であることが示されています。研究では、プラズマ技術が医療機器 10 や農産物 11 の表面の病原体を不活化できることが示されています。新型コロナウイルス感染症のパンデミックに関連して、最近の研究では、直接的な非熱プラズマがバイオエアロゾル中の SARS-CoV-2 RNA を不活化できることが実証されています 12。別の研究では、表面誘電体バリア放電 (DBD) を使用して、コールドチェーン保管および輸送環境において SARS-CoV-2 S タンパク質で偽ウイルスを不活化することを実証することができました 13。消毒のために材料にプラズマを直接適用することに加えて、プラズマ活性化水 (PAW) が効果的な殺菌溶液として機能することも広く示されています 14,15。 PAW に似た、より穏やかで汎用性の高いアプローチは、霧化された水またはその他の溶液の液滴がプラズマ放電にさらされる PAM の生成です。 PAM 法では、材料を PAW に浸すのではなく、表面を滅菌する微生物およびウイルスの不活化能力を備えたプラズマ生成反応性化学種を運ぶ液滴を生成します。以前の研究では、PAM が高濃度の過酸化水素を蓄積し、酸性 pH を獲得し、PAM 内に強力な抗菌活性に適した条件を作り出すことが示されていました 16。活性酸素種 (ROS) と活性窒素種 (RNS) は、PAM17 における消毒の最も重要な役割と考えられています。 ROS には主にラジカル、過酸化水素、一重項酸素、スーパーオキシドアニオン、オゾンが含まれますが、RNS には主に硝酸塩、亜硝酸塩、過酸化亜硝酸塩、一酸化窒素ラジカル、アンモニア、窒素が含まれます15。これらの ROS および RNS は、ウイルス DNA (二本鎖および一本鎖) および RNA と反応することが示されています 18,19。たとえば、以前の研究では、ROS および RNS を含む PAM がケールの表面自体を損傷することなく表面の細菌を不活化できることが示されました 20。したがって、PAM は、ユーザーを保護する能力を低下させることなく、N95 マスクの表面上の SARS-Cov-2 を不活性化する可能性があります。さらに、7.8% エアロゾル化過酸化水素と血漿の組み合わせは、生鮮食品の表面上のサルモネラ菌および L. イノクアの不活化効果を高めました 21。この組み合わせは、PPE の治療にも効果的な方法となる可能性があります。

この研究では、2 種類の N95 マスク (3M 1804 および 1860) 上で、PAM を生成するために噴霧される溶液が脱イオン化されている場合と、PAM を適用することにより、非エンベロープ型コリファージである MS2 および T4 の微生物除染効率をテストすることを目的としました。 (DI) 水、またはさまざまな濃度の H2O2 を含む水。また、N95 マスクの材料性能に悪影響があるかどうかを確認するために、粒子サイズ分析を使用して濾過効率をテストしたいと考えていました。

試作機は53Lの電気食器乾燥機で作成しました（図1）。 20 kHz 3,000 V 表面 DBD を食器乾燥機の外側に設置し、チャンバー内のチャンバーに接続しました。 750 mL の水容器を食器乾燥機の側面に固定し、DBD 反応器に接続された超音波ネブライザーに接続しました。

プラズマシステムの概略図。これは、PPE 用の 53 L の大きなオープンエリア、プラズマチャンバー (#1 ～ 6)、および加熱チャンバー (#7 ～ 9) の 3 つのチャンバーで構成されます。 1. プラズマチャンバーに空気を強制的に送り込むファン。 2. プラズマチャンバーから出て、プラズマ生成の活性酸素および窒素種 (RONS) と混合された液滴が PPE のある領域に導入されます。 3. プラズマは 20 kHz、3,000 V の誘電体バリア放電で生成されます。 4. 超音波ネブライザーを使用して、平均直径約 5 μm の水の微小液滴を生成します。 5. 水の微小液滴は、プラズマゾーンの直後に生成され、RONS と混合される濃霧を形成します。 6. 各サイクルは 1 ml の脱イオン水またはその他の溶液を消費します。現在のプロトタイプには 750 ml の容器が付いています。 7. 加熱空気サイクルの場合、空気 (残留 RONS と水分を含む) が PPE とともにチャンバーから吸い込まれます。 8. 残留反応性化学物質の除去と PPE の乾燥を促進するために、空気 RONS 水分を 50 °C に加熱します。 9. 暖かい空気がファンによって PPE の入ったチャンバー内に強制的に送られます。

事前に設定されたプログラムがArduinoを通じてシステムにインストールされました。このプログラムは、DBD リアクター、ファン、ネブライザー、乾燥システムの動作時間を制御するために使用されました。この研究では、消毒プロセスを 3 段階に分け、合計 20 分間設定しました。第 1 段階は、DBD リアクター、ファン、ネブライザーを 5 分間オンに設定しました。第 2 段階では、ネブライザーを使用せずに DBD リアクターとファンを 5 分間作動させました。第 3 段階では乾燥システムのみが 10 分間作動します。乾燥サイクル中、標準的なコンピューターファンを使用して抵抗加熱コイル上に約 30 CFM で空気を流すことにより、加熱ゾーンの出口の温度が 50 °C まで上昇しました。コイルへの電圧は Arduino マイクロコントローラーによって監視され、チャンバー温度を事前設定された 50 °C に維持するために増減されました。

2 つのバクテリオファージウイルス、MS2 (ATCC 15597-B1) および T4 (ATCC 11303-B4) の作業溶液は、テスト前に 4 °C で保存されました。ストックの濃度は、LB Agar22 上のオーバーレイプラークアッセイ法により適切な希釈液をプレーティングすることによって定量されました。簡単に言うと、下層寒天プレートをLB寒天(MP Biomedicals)から作製した。上の寒天は、同じ種類の培地から作られましたが、寒天の濃度は低くなりました。１００μＬのＭＳ２またはＴ４ストック、１００μＬの宿主（大腸菌ＭＧ１６５５）および５ｍＬの溶融トップ寒天の混合物を、下層寒天の上にプレーティングした。トップアガーが固化した後、プレートを 37 °C で一晩インキュベートしました。

この研究では、一般的に使用されている 2 つの N95 マスク (3M 1804 および 3M 1860) がテストされました。 3M 1860 の両面は異なる素材で作られていたため、テストされました。 N95 マスクを 1 × 6 cm のクーポンに切断しました。 100μLのウイルスストックを各クーポンにスポット接種した。クーポンは、処理前に乾燥するまで（約 3 時間）層流安全キャビネット内に放置されました。

次に、接種されたクーポンは当社のシステムによって処理され、微生物の不活化について分析されました。各条件について、クーポンの 3 ～ 6 つの複製を処理しました。ミストの生成には、過酸化水素 (7.8% および 10%) または脱イオン (DI) 水が使用されました。異なる濃度の過酸化水素を 35% 過酸化水素 (Arkema) から希釈しました。各実験ではネガティブコントロールも実施した。

処理後、10 mL または 15 mL の滅菌リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) 中で振盪またはボルテックスすることにより、フェイスマスク材料から T4 または MS2 を回収しました。 N95 1860 外層および 1804 クーポンを 15 mL の PBS で抽出しました。 N95 1860 の内層を 10 mL の PBS で抽出しました。 200 rpm で 20 分間振盪すると、1 分間ボルテックスするよりも高い回収効率が得られたため、この研究ではほとんどの実験で振盪が使用されました (補足資料 N95 マスク材料からの MS2 および T4 の回収効率)。

二重寒天オーバーレイプラークアッセイを使用して、プラーク形成単位 (PFU) の観点から回収された生存ウイルスを定量しました。また、システムでの治療に関連しない生存ウイルス (PFU) の損失を考慮して、治療なしの制御も実行されませんでした。

除染効率は次の方程式を使用して決定されました。ここで、Ntreated,avg は処理済みクーポンの平均 PFU/クーポン、Nuntreated,avg は未処理クーポンの平均 PFU/クーポンです。

PAM の化学的特性は、pH (Hydrion、範囲 0 ～ 3 および範囲 0 ～ 6)、NO3- (Quantofix、範囲 10 ～ 500 mg/L)、NO2- (Quantofix、範囲 1 ～ 80 mg/L) を測定することによって決定されました。）および総過酸化物（Quantofix、範囲 50 ～ 1000 ppm）を市販のテストストリップで測定します。テストストリップは、1 回の汚染除去サイクル中にシステムのチャンバーの中央に配置されました。サイクルが終了した後、メーカーが提供するカラーテーブルと比較してテストストリップを読み取りました。 1 サイクル処理 (図 1 の #2) のプラズマチャンバーの出口にアルミホイルをかぶせて凝縮水を収集し、テストストリップを介して pH、NO3-、および NO2- を測定しました。

温度と湿度はデータロガー（Elitech GSP-6G）で測定しました。プローブは動作中、チャンバーの中央に保持されました。オゾンは、254 nm の狭波長 UV 吸収 (モデル 106-M オゾンモニター、2B Technologies、ボルダー) を使用して測定されました。

N95 マスクの濾過効率は、当社のシステムで異なるサイクル数 (1 または 20 サイクル) の処理の前後で測定されました。粒子は、400 L ステンレス鋼チャンバー内で、(i) チャンバーから直接サンプリングされた空気と (ii) フィルター媒体を介してサンプリングされた空気の間で交互に粒子濃度を計数することによって生成されました。 N95 マスクの除去効率は、式 1 を使用して計算されました。 (1):

ここで、ηはフィルター除去効率です。 Cchamber と Cfilter (#/cm3) は、それぞれチャンバーからの空気中とフィルター媒体を通過した空気中の粒子濃度です。

～ 1 μm 未満の粒子は、エアロゾル化された塩化ナトリウム (NaCl) を使用して、次の一連のアイテムで構成されるエアロゾル生成システムによって生成されました。NaCl 粒子を生成するための脱イオン水と塩化ナトリウム (NaCl) の溶液を備えたアトマイザー (TSI エアロゾルジェネレーター 3076) ); 気流から水を除去する拡散乾燥機 (TSI 拡散乾燥機 3062)。標準的な平衡電荷分布を適用する中和剤 (TSI Aerosol Neutralizer 3077A)。濃度が均一になるようにチャンバーの空気をファンで混合しました。テストされたフィルター媒体は、3D プリントされたフィルターハウジング内に保持されました。流量は、フィルター媒体を通過する面速度が 10 cm/s になるように設計されました。粒子は、TSI Fast Mobility Particle Sizer (FMPS) 3091 で計数されました。この装置は、直径サイズ範囲 0.0056 ～ 0.56 μm の 32 チャンネルを使用してサイズ分布を毎秒測定します。この手順の結果は、テストされた各フィルター媒体について、粒子全体のフィルター除去効率と粒子サイズ (直径 0.0056 ～ 0.56 μm) の関数として決定されます。この手順の結果により、直径 0.3 μm の粒子の 95% の除去効率をテストする N95 テストの結果と比較することができます。

データセットは SPSS を使用して分析されました。 < 0.05 の P 値は有意であるとみなされます。データは平均値 ± 標準偏差 (SD) です。

この研究では、一般的に使用されている 2 種類の N95 マスクがテストされました。 N95 マスクに接種した MS2 または T4 の濃度は、6 ～ 8 log PFU/枚の範囲でした。当社のシステムで脱イオン水PAMを使用したN95マスククーポンの1サイクル処理では、MS2の0.5から0.7対数の減少と、T4の0.9対数以下の減少が示されました（図2および補足資料表S1）。 7.8% および 10% の過酸化水素を使用して PAM を生成した場合、結果は MS2 と T4 の両方の除染効率が高いことを示しました。対数減少の比較は、DI、7.8% および 10% 過酸化水素の治療群間の有意な差を示します (ANOVA、p < 0.05)。当社のシステムで 7.8% 過酸化水素 PAM で処理された N95 マスクは、MS2 および T4 に対して 2-log 以上を達成しました。 10% 過酸化水素 PAM について、当社のシステムは米国食品医薬品局 (FDA) の緊急使用許可 (EUA) 要求を超える 3 対数の不活化効率を達成しました。 FDA EUA は、少なくとも 3 log の非エンベロープウイルス攻撃を実証するバイオバーデン低減検証を要求しました 23。 7.8% 過酸化水素ミストを使用し、プラズマを使用しないシステムでの 1 サイクル処理では、N95 1804 で T4 まで 1.5 対数減少が達成されましたが、同じ条件でプラズマを使用すると 2.9 対数減少が達成できます。これは、プラズマが過酸化水素単独の不活化能力を向上させることができることを意味します。さらに、N95 1804 と 1860 のどちらのバクテリオファージの対数減少にも有意な差はありませんでした。

異なる組成の PAM で処理された N95 マスク上の MS2 および T4 の除染効率。プラズマを使用せずに 7.8% 過酸化水素ミストで処理した N95 1804 は、MS2 ではテストされませんでした。すべての治療は、未治療群と比較して、N95 1804 または 1860 の MS2 または T4 を有意に減少させることが判明しました (P < 0.05、独立した t 検定)。

市販のテストストリップを使用して、pH、NO3-、NO2-、および総過酸化物を定性的に測定しました。結果は定量的に正確ではありませんでしたが、市販のテストトリップの使用により、生成された PAM の化学についてある程度の洞察が得られました (補足資料図 S3)。 DI 水を PAM 源として使用した場合、pH ストリップは PAM の pH が約 1 であることを示しました。一方、10% 過酸化水素が PAM 源である場合、pH は 0 でした。脱イオン水 PAM 中で測定した NO3 - と NO2 - は、それぞれ 500 mg/L と 80 mg/L でした。残念ながら、10% 過酸化水素 PAM では NO3- と NO2- の結果は決定的ではありませんでした。これは、亜硝酸塩と硝酸塩のストリップの色が 1 サイクルの処理後に漂白されたように見えたためです。これらのインジケーターストリップを処理装置に配置することに加えて、これらのストリップを使用して、DI 水によって生成された PAM から収集された凝縮水の pH、NO3-、および NO2- も測定されました (補足資料図 S3)。凝縮水は 1.5、NO3- と NO2- はそれぞれ > 500 と 1 mg/L でした。

液滴の化学的性質に加えて、処理室内のオゾンなどの活性酸素種の濃度にも関心がありました。したがって、オゾン濃度も 1 回の動作サイクル中にシステム内の 2 か所で測定されました。1 か所は DBD プラズマリアクターに直接隣接し、2 か所はマスクが配置された処理チャンバー内の場所でした (図 3)。チャンバー内では、オゾン濃度が急激に増加し、最初の 10 分間は高レベルに留まったことが示されました。次の 10 分間に、DBD プラズマリアクターがオフになり、加熱がオンになったため、オゾン濃度が減少しました。マスクが置かれたチャンバー内のオゾンの最大濃度は約 170 ppm でしたが、DBD プラズマリアクター内のオゾンの最大濃度は 215 ppm でした。処理サイクル中、オゾン濃度はサイクル終了後に 0.03 ppm まで低下しました。

1 回の動作サイクル中にサンプルを配置したチャンバー (左) と DBD リアクターチャンバー (右) で測定されたオゾン濃度。

オゾンに加えて、チャンバー内の温度と湿度も測定しました（図4）。図 4 では、1 つの動作サイクル中に、ネブライザの動作中に温度が 30 °C 未満から 36 °C まで着実に上昇し、湿度が最初の 5 分間で最大 90% まで上昇したことがわかります。 5 分後にネブライザーの電源を切ると、湿度は治療サイクルの終了までに 33% まで低下しました。

DI 水 PAM による 1 サイクル処理の温度と湿度。

プラズマ処理の前に、2 つの N95 マスク (3 M 1860) の濾過効率をテストしました。次に、それらのマスクの 1 つをミスト源として DI 水を使用してシステムで 1 サイクル処理し、もう 1 つを 20 サイクル処理しました。それらの濾過効率が再度テストされました。 1 回または 20 回の処理後でもマスク除去効率に目立った変化はありませんでした。この結果は、マスクによる浮遊粒子やエアロゾルの除去に影響を与えるフィルター素材の劣化がないことを示しています。

3 M 1804 のストラップの弾性材料の断片化は、当社のシステムで DI 水単独および過酸化水素を使用した 1 サイクル処理後に見つかりました。対照的に、3 M 1860 ストラップでは、10% 過酸化水素で 20 サイクル処理した後でも断片化は観察されませんでした。興味深いことに、市販パッケージの詳細に基づくと、3 M 1860 のストラップは編組ポリイソプレンで作られているのに対し、3 M 1804 のストラップはポリイソプレンで作られています。 PAM やその他の消毒技術が、繰り返しの滅菌後のマスクストラップの構造的完全性と機能にどのような影響を与えるかを調査するには、さらなる研究が必要です。

この研究で使用されたパルス DBD プラズマシステムは、パンデミック環境で PPE を再利用するために設計された小型でコスト効率が高く、製造と配布が容易なプラズマベースの消毒装置であり、短い処理時間で高い除染効果を達成できます。現在の処理サイクルは、10 分間の PAM と 10 分間の加熱乾燥に固定されています。液体にさまざまな添加剤を使用したり、プラズマパラメーター (処理時間やプラズマ出力など) を変更したりすることで、より高い汚染除去レベルに達する可能性があります。過酸化水素の濃度が高いほど不活化能力が高まることが示されていますが、ろ過効率が低下しないことを確認するために、処理後の N95 マスクの品質をテストする必要があります。 3% などのより低い濃度の過酸化水素も、一般大衆が入手できるため、将来的には検討されるべきである。

私たちの研究に先立って、国立労働安全衛生研究所 (NIOSH) は、N95 マスクを除染する可能性のある方法として、紫外線殺菌照射 (UVGI) と過酸化水素蒸気 (VHP) がより有望であることを発見しました24。以前の研究では、枯草菌胞子 25、インフルエンザウイルス 8、SARS-CoV-1、SARS-CoV-226 など、N95 マスク上でさまざまな微生物を処理することにより、さまざまな設定の UVGI がテストされています。 UVGI には十分な不活化能力がありますが、N95 マスクの複数の層によって生じる影効果によって抑制される可能性があります8。一方、UVGI は、一部の N95 マスクモデルのストラップの張力と層の強度に大きな影響を与える可能性があります7。当社のシステムは非熱消毒方式であり、除染サイクル中の温度は 36 °C 以下であるため、熱（80 °C）によるろ過性能の低下を回避できます7。

PAM が微生物をどのように不活性化するのかのメカニズムは明らかではありませんが、以前の研究では、PAM は高い界面表面積により血漿反応性種をより効率的に表面に輸送できる、より濃縮された形態の PAW として機能すると考えられていました 16。この研究では、微生物の不活化に寄与することが示されているペルオキシ亜硝酸塩の形成を示す高濃度の硝酸塩を発見しました27。さらに、我々はこの研究で、血漿が過酸化水素の抗菌効果を高めることを実証しました。これは以前の研究と一致しています21,28。プラズマが過酸化水素の反応性を高めることができる理由の 1 つは、ペルオキソンプロセスと呼ばれるプロセスで過酸化水素がオゾンと結合するときにヒドロキシルラジカル (OH*) が生成されるためであると考えられています 29。図 3 に示すように、プラズマシステムは、次のペルオキソン反応を引き起こす可能性のある大量のオゾンを生成できます。

この研究で使用された装置に加えて、STERRAS 100NX (過酸化水素ガスプラズマ)、Bioquell Z など、N95 マスクを効果的に除染することが実証されているオゾンベースおよび過酸化水素ベースの消毒装置が他にも多数存在します。 2 (VHP)、Sterizone VP4 (気化過酸化水素 - オゾンハイブリッド)、および Clēan Flow Mini (UVC、過酸化水素、オゾンハイブリッド)30。クリーンフローミニを除くこれらのデバイスには、高濃度の過酸化水素溶液 (30 ～ 59%) が必要です31,32。プラズマ相で 59% の過酸化水素を利用する過酸化水素ガスプラズマは、強力な不活化効果 (MS2 の平均 5.6-log 減少) を有することが示されていますが、その使用によりフェイスマスクの使用量が減少する可能性があることも実証されています。わずか 3 サイクル後の濾過効率33. 高濃度の過酸化水素を必要とするもう一つの欠点は、コストが高いことと、そのような濃縮溶液の輸送を厳しく規制する政策であることです。この研究の結果は、N95 マスクの濾過効率を損なうことなく、十分なウイルス不活化を達成できる、より低い過酸化水素濃度のプラズマシステムを設計することが可能であることを示しています。

この研究の結果は、PAM を使用して N95 マスクを効果的に滅菌して再利用できることを示していますが、私たちの研究にはいくつかの限界がありました。たとえば、2 種類の N95 マスクのフィルター素材についてのみ不活化効率をテストしました。ストラップ、ステープル、ノーズクリップ、ノーズフォームなどのマスクの他の素材はテストされていません。一方、サージカルマスク、隔離ガウン、ゴーグル、フェイスシールドなどの他のPPEは、将来的にテストされる必要があります。これらの PPE はさまざまな素材で作られています。たとえば、フェイスシールドはポリカーボネート (PC) およびポリ (エチレンテレフタレート) (PET) シートで製造されます 34。サージカルマスクは通常、N95マスクと同じポリプロピレン（PP）35の素材で作られています。使い捨ての隔離ガウンは合成繊維（ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレンなど）で作られていますが、再利用可能なガウンは通常、綿 100%、ポリエステル 100%、またはポリエステルと綿の混合物で作られています36。この研究では2種類の非エンベロープ細菌ファージMS2およびT4が試験されたが、将来的にはSARS-CoV-2またはそれ自体の構造がより類似した代替物や、消毒剤に対する耐性がより強いグラム陽性菌も検討されるべきである。さまざまな材料上のさらに多くのウイルスや細菌でこの技術をテストすることに加えて、PAM の化学的特性を決定するためにさらなる実験を行う必要があります。現在、プラズマと液体の界面反応の複雑さと生成される液滴サイズが小さいため、PAW と PAM で発生する化学および化学反応プロセスは、理論モデリングの観点からしか定性的に理解されていません 37,38。これらの理論を検証または検証し、PAM 内の化学とそれらを材料の滅菌にさらに利用する方法についての理解を向上させるには、さらに実験的な作業を行う必要があります。

この研究で使用された滅菌システムは、表面 DBD プラズマと水または過酸化水素ミストを組み合わせたプラズマベースの技術です。 7.8% 過酸化水素 PAM を 1 サイクルで処理した N95 マスクでは、MS2 および T4 (エンベロープを持たない 2 つのウイルス) の少なくとも 2 対数減少、10% 過酸化水素では少なくとも 3 対数減少を達成できます。一方、脱イオン水、7.8%、および 10% 過酸化水素 PAM で 20 サイクル処理した 3M N95 1860 および 1804 の濾過効率の顕著な低下はありませんでした。 ROS および RNS が PAM に存在するという証拠はありますが、消毒に PAM を使用する際の不活化メカニズムに対するこれらの化学種の影響を確認するには、さらなる研究が必要です。過酸化水素ミストのみを使用する消毒技術は存在しますが、今回の結果は、プラズマが過酸化水素ミストの不活化効果を向上させることができることを示しています。動作時間が短く、デバイスのサイズが小さいため、システムに商業的な可能性がもたらされます。

研究に関連するすべてのデータは記事に含まれるか、補足情報としてアップロードされます。

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この研究は、国防兵站庁 SUBNET フェーズ II SBIR (契約番号: SP4701-20-C-0028) および NSF IUCRC C-PEAB プロジェクトタイトル「RAPID: Cold Adaptive Atmospheric Plasma Decontamination of COVID-19」によって部分的に支援されています。

米国ペンシルバニア州フィラデルフィアのドレクセル大学土木・建築・環境工学科

Jinjie He、Michael Waring、Christopher M. Sales

C. & J. ナイハイムプラズマ研究所、ドレクセル大学、カムデン、ニュージャージー州、米国

ジンジエ・ヘ、アレクサンダー・フリッドマン、アレクサンダー・ラビノビッチ、クリストファー・M・セールス

米国フィラデルフィア、ドレクセル大学機械工学および力学学部

アレクサンダー・フリッドマン & アレクサンダー・ラビノビッチ

AAPlasma LLC、米国ペンシルバニア州フィラデルフィア

チャールズ・ベイリー & グレゴリー・フリードマン

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JH は CS、GF、MWJH の協力を得て主要な原稿テキストを書き、MW が実験を実施しました。 CS、GF、AR、AFがプロジェクトを監修しました。 GF と CB はこの研究を発案し、全体的な方向性と計画を担当しました。著者全員が原稿をレビューしました。

ジンジエ・ヘ氏への対応。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

彼、J.、Waring、M.、Fridman、A. 他。 MS2 および T4 バクテリオファージウイルスが付着した N95 マスクを消毒するためのプラズマ生成反応性水ミスト。 Sci Rep 12、19944 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-23660-5

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受領日: 2022 年 5 月 31 日

受理日: 2022 年 11 月 3 日

公開日: 2022 年 11 月 19 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23660-5

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