Способ инактивирования или разрушения микроорганизмов

 

Изобретение может быть использовано для дезинфекции или стерилизации жидких сред. Жидкую среду, имеющую электрический заряд, обрабатывают путем приложения заряда электрического тока. В процессе обработки электрод не контактирует с микроорганизмами. Электрический заряд превышает предел внутриклеточной и внеклеточной электростатической емкости. В результате обработки происходит необратимые изменения в клетке и/или взрывное разрушение клеточных мембран. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение касается способа инактивирования или разрешения микроорганизмов посредством бактериолиза или лизиса вирусов, для дезинфекции или стерилизации среды.

Известны различные способы для осуществления бактериолиза, дезинфекции и стерилизации путем эффективного разрушения микроорганизмов, включая такие бактерии как Pseudomonas aeruginosa и Escherichia coli (кишечная палочка) и других Eumycetes, а также вирусов.

Однако ни один из этих известных способов не учитывает в достаточной степени свойства микроорганизмов. Например, при электрохимической стерилизации предполагается контактирование микроорганизмов с поверхностью электрода или диэлектрика для подавления их биохимических реакций. Поверхность бактерии обычно имеет отрицательный заряд, поэтому бактерия притягивается к положительному электроду и при соприкосновении с ним убивается. Однако, когда количество бактерий возрастает, они создают эффективный экран воздействию тока. Это приводит к снижению бактерицидной функции, усложняет уход за электродами и управление ими. В результате применение способа на практике является соответственно трудным.

Изобретение основано на исследованиях механизма уничтожения микроорганизмов электрическим зарядом, во время которых было установлено, что при разрушении бактерий они выделяют цитоплазму перед положительным электродом. Бактерию можно рассматривать как микроконденсатор, ее клеточная оболочка разрушается, когда на нее воздействует электрический заряд в электрическом поле, превышающем электростатическую емкость бактерии.

Соответствующий изобретению способ инактивации или уничтожения микроорганизмов предусматривает приложение электрической энергии к микроорганизмам в заряженной среде (жидкой, газообразной или твердой). Одной из задач является создание электрического заряда выше предельной электростатической емкости клеток микроорганизмов и/или усиление внутриклеточного и внеклеточного осмоса до степени, приводящей к гибели микроорганизмов, т.е. поставлена задача вызвать необратимые изменения в клетках микроорганизмов или взрывное разрушение клеточной оболочки.

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение высоких бактерицидного, вироцидного, дезинфекционного и стерилизующего воздействий. Поскольку для приложения электрической энергии к микроорганизмам можно использовать любые жидкое, газообразное или твердое вещество при условии, что оно способно эффективно накапливать электрический заряд, изобретение обладает преимуществом выбора из очень широкого диапазона средств приложения электрической энергии, в зависимости от местоположения, где микроорганизмы, подлежащие инактивации или уничтожению, находятся во взвешенном или ином состоянии.

Среда, в которой подвергаются обработке микроорганизмы, предпочтительно представляет собой электрически заряженную воду. Электрическое заряжение воды осуществляют после помещения микроорганизмов в эту воду. Такой заряженной средой может быть, например, любая из следующих вод: заряженная вода, вода, сохраняющая электрический заряд, функциональная вода, электролитически обработанная вода, вода с высоким окислительным потенциалом, электролизованный сильно кислый водный раствор, ионизированная вода, неионизированная вода и электризованная вода. Альтернативной средой может быть газ, обладающий электрическим зарядом, или твердое вещество, способное накапливать заряд.

Можно использовать также один или более электродов. Способ в этом случае включает в себя подачу тока в жидкость, содержащую микроорганизмы, через электрод и приложение электрической энергии. Микроорганизмы при этом не соприкасаются с электродом. Специальный бесконтактный способ, предназначенный для дистиллированной воды, и устройство, предназначенное для его использования, описаны и заявлены в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявки на патент зарегистрированной на то же время. В качестве альтернативы ток, подводимый через электрод, можно также подавать через электрическую среду или неэлектрическую среду.

В описании термин "микроорганизм" используется в общем смысле для обозначения бактерий, включая Eumycetes, и вирусов. Термин "клеточная оболочка" используется в широком смысле и относится в общем к граничной мембране, наружной мембране, интерфациальной мембране, протоплазменной мембране или клеточное стенке, которая отделяет протоплазму клетки от внешней среды.

Используемый здесь термин "взрывное разрушение" касается непосредственно состояния, когда происходит настолько сильное деформирование клеточной оболочки, обладающей высокой эластичностью, так что содержимое клетки (протоплазма) распыляется, или, когда клеточная оболочка имеет низкую эластичность, а внутри давление клетки высокое, так что происходит локальное разрушение клеточной оболочки, также вызывающее рассеяние цитоплазмы или когда клеточная оболочка имеет слабую эластичность, а внешнее давление относительно низкое, с тем же результатом. Тот же термин используется также в широком смысле, вообще в отношении разрушения, включая разрушение под действием внутриклеточного давления, а также лизис, дегидратацию, коагулирование, расплавление, перфорирование и так далее, которые представляют собой типичные явления разрушения бактерий.

Фраза "подаваемый ток" не ограничивается приложением тока через проводящую среду, например раствор электропроводного вещества типа NaCl, но также включает в себя приложение тока через жидкость, которая обычно считается проводящей, типа очищенной воды. Утверждают, что, когда ток подают после того, как жизнеспособные микроорганизмы окажутся во взвешенном состоянии в дистиллированной воде, ток получается меньше, чем в проводящей среде. Это, несомненно, является результатом эффекта переменной электропроводности (типа протекания тока в полупроводящих материалах), который создают микроорганизмы, которые под воздействием тока образуют постоянный поток в направлении к положительному электроду.

Термин "осмос" относится к явлению, когда вода в растворе перемещается в сторону более высокой концентрации при разделении раствора с помощью проницаемой для воды и непроницаемой для растворенного вещества перегородки. Если осмотическое давление достаточно высокое, оно вызывает разрушение перегородки, которое является в данном случае клеточная оболочка. Термин "необратимое изменение" используется в основном в отношении состояний, при которых клеточная оболочка перестает осуществлять перенос вещества, либо сама клеточная оболочка изменяется или модифицируется протоплазма.

Изобретение иллюстрирует приведенные примеры. В каждом из них для исследования использованы пять микроорганизмов, а именно Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Candida и вирус гриппа.

Пример 1. Каждый из пяти упомянутых микроорганизмов независимо друг от друга диспергировали в 0,01 мл дистиллированной водопроводной воды, подаваемой с помощью пипетки, с последующим добавлением 0,01-миллилитровых капелек воды с высоким окислительным потенциалом. Состояние микроорганизмов в форме трехмерного слоя было исследовано с использованием устройствами, имеющего конечный максимальный коэффициент усиления, равный 4500X, состоящего из инвертационного системного микроскопа 1X-70 (изготовленного фирмой "Олимпус"), оборудованного прибором для измерения дифференциальной интерференции и объединенного с 355-миллилитровым (14 дюймов) монитором с цветным дисплеем. Было обнаружено, что 70% всех клеток микроорганизмов разрывалось и превращалось в клеточные фрагменты после добавления 1 капли, 80% - после добавления 2 капель и 99% - после добавления 3 капель, для всех пяти перечисленных выше микроорганизмов. Более того, количество клеточных фрагментов возросло, когда добавили 4 капли, и почти 100% клеток микроорганизмов показали состояние разрушения, когда добавили последнюю 5-ю каплю.

Считается, что Pseudomonas aeruginosa является более устойчивой, чем другие микроорганизмы. Следует отметить, что клетки этого микроорганизма были уничтожены точно таким же способом, как и другие перечисленные выше микроорганизмы. Хотя было трудно визуально определить разрушение границ клеток Candida, тем не менее прекращение жизнедеятельности или разрушение клеток Candida подтверждалось тем, что осцилляция почти всех присутствующих микроорганизмов прекращалась. Кроме того, во время добавления первых трех капель некоторые из микроорганизмов остановились, но не разрушились. В очень немногих случаях отдельные микроорганизмы проявляли некоторую плавучесть (всплывали).

Пример 2. Каждый из пяти микроорганизмов был независимо диспергирован в 0,01 мл дистиллированной воды, и было добавлено 0,01 мл водопроводной воды. Через платиновые электроды к дистиллированной воде и к водопроводной воде подвели электрическую энергию 0,2-0,3 мА с напряжением 12 В и 0,5 мА с напряжением 12 В. Было обнаружено, что клеточные оболочки у 99% микроорганизмов разорвались.

Пример 3. Каждый из пяти микроорганизмов был независимо диспергировали в 0,01 мл дистиллированной воды. Рядом с препаратами разметили разрядную трубку и было обеспечено воздействие на препараты ионизированного газа, генерируемого вокруг разрядной трубки. Обнаружили, что клеточные оболочки у 99% микроорганизмов оказались разорванными. Таким образом подтвердилось, что предполагаемые инактивация или разрушение были выполнены без контакта с микроорганизмами.

Пример 4. Каждый из пяти микроорганизмов был независимо диспергирован в 0,01 мл дистиллированной воды. На препараты разбрызгали очень маленькое количество заряженной угольной пыли. Обнаружили, что клеточные оболочки у 99% микроорганизмов оказались разорванными.

Подобные результаты были получены при использовании вместо угольной пыли заряженного статическим электричеством порошка полимера. Кроме того, когда заряженный статическим электричеством угольный порошок применяли к обезвоженным микроорганизмам, которые затем выращивали при увлажнении, то рост обработанных таким образом микроорганизмов оказался очень небольшим.

Формула изобретения

1. Способ инактивирования или разрушения микроорганизмов, предусматривающий воздействие на микроорганизмы электрическим зарядом в электрически напряженной жидкой среде посредством приложения к ней электрического тока с помощью электрода, отличающийся тем, что электрод не контактирует с микроорганизмами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный заряд превышает предельную внутриклеточную и внеклеточную электростатическую емкость микроорганизмов.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что он дополнительно предусматривает активирование внутриклеточного и внеклеточного осмоса микроорганизмов.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что указанная среда является заряженной водой.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что заряжают любую воду, выбранную из группы, состоящей из функциональной воды, электростатически заряженной воды, электролитически обработанной воды, воды с высоким окислительным потенциалом, сильно кислого водного раствора, ионизированной воды, неионизированной воды и электризованной воды.