Nově vyvinutá dekontaminační komora

Jak účinně dekontaminovat teplocitlivé materiály a proč obvyklé metody nestačí? Nejčastěji se ke sterilizaci používají klasické autoklávy, ty pracují při teplotách vyšších než 100°C a tlaku větším než 2 bary. V praxi se takto běžně dekontaminují i sterilizují různé nástroje a pomůcky pro zdravotnictví (například skalpely, zubní nástroje).

Teplocitlivé materiály (např. biologické) nelze dekontaminovat nebo sterilizovat za pomocí metod používající vysoké teploty. Vyšší teplota by takový materiál zničila. Teplocitlivými materiály mohou být pokročilé katetry, různě tvarované 3D materiály a materiály z polymerů nebo obyčejný pomocný zdravotnický materiál jako jsou například jednorázové rukavice. Ve zdravotnictví i chemickém průmyslu je třeba myslet i na ekologickou a bezpečnou likvidaci.

Touto problematikou se zabývali vědci z výzkumné skupiny Plazmové nanotechnologie a bioaplikace Ústavu fyziky a technologií plazmatu a centra CEPLANT v rámci projektu TAČR ZÉTA-4 TJ04000329 s názvem „Optimalizácia generácie plazmou aktivovaného média s vysokým obsahom ozónu a peroxidu vodíka pri dekontaminácii teplocitlivých materiálov“. Hlavní řešitelkou projektu na MU byla RNDr. Zlata Kelar Tučeková, PhD. Partnerem projektu byla společnost Roplass s.r.o., která je spin-off společností Masarykovy univerzity, a vědci z Mikrobiologického ústavu Lékařské Fakulty MU.

Na začátku celého projektu stála předchozí spolupráce v rámci projektu TG02010067 RNDr. Richarda Krumpolce, PhD., s vědci z LF MU při plazmové aktivaci vodní páry. Projekt TAČR ZÉTA-4 navazoval na tento předchozí výzkum, jehož cílem bylo stanovit podmínky pro účinnou dekontaminaci teplocitlivých materiálů za atmosférického tlaku použitím plazmové technologie a tyto výsledky převést do praxe. Speciální povrchový dielektrický bariérovým výboj (SDBD) generuje plazma, které aktivuje pracovní plyn tak, aby v tomto plynném médiu mohly vznikat aktivní dekontaminační částice. V testované plynné směsi vznikal ozón (O₃) a peroxid vodíku (H₂O₂). Inaktivaci různých patogenů vědci určovali prostřednictvím mikrobiologických testů.

Výzkumný tým na ÚFTP zkoumal vlastnosti plazmatu a studovali složení a koncentrace plynných produktů v závislosti na nastavených podmínkách a parametrech plazmatu. Tímto postupem optimalizovali použité plazmové zdroje. „Projekt TAČR ZÉTA se soustředil na aplikační potenciál. Plazmochemii testovaného procesu zatím příliš nerozumíme, ta je ale součástí dlouhodobého výzkumu na ÚFTP,” komentuje RNDr. Kelar Tučeková, PhD.

Společnost Roplass, s.r.o. zajišťuje výrobu plazmových zdrojů, které se vyznačují stabilními operačními podmínkami v dlouhodobém režimu a zvládnou generovat dostatečné množství aktivních částic. Firma s Mgr. Jakubem Kelarem Ph.D. v roli řešitele byla a je i nadále zodpovědná za samotnou výrobu prototypu dekontaminační komory, její komercializaci a prodej. Do výzkumu se přes firmu Roplass, s.r.o. zapojily i dvě studentky Bc. Eliška Kostrůnková a Bc. Lenka Smílková z oborů Biofyzika, které v rámci projektu vypracovaly své bakalářské práce s tematikou dekontaminace patogenů plazmatem aktivovaným médiem.

Během výzkumu, který probíhal v době covidové pandemie, se vědci museli vypořádat s omezenými testovacími kapacitami. Mikrobiologický ústav zastřešoval plošné testovaní COVIDu a vyhodnocování PCR a také ATG testů. „Náš tým se dokázal vtěsnat do omezeného provozu laboratoří a měřilo se i o víkendu. Navzdory všem komplikacím jsme pracovali jsme dál podle původního plánu, i když to bylo hodně náročné z provozních důvodů i covidových omezení. Díky nasazení všech zúčastněných nedošlo vůči plánu projektu ke zpoždění,“ dodává dr. Kelar Tučeková.

Na Mikrobiologickém ústavu LF MU se pod vedením prof. MUDr. Filipa Růžičky, Ph.D. výzkumný tým soustředil na testování a měření inaktivace patogenů. Pro studené procesy se používaly planktonické bakterie. Pro teplé procesy se pro testování používaly odolné bakteriální biofilmy. Mgr. Lukáš Vacek z řešitelského týmu vyvinul vlastní metodu vyhodnocování inaktivace bakterií v biofilmech (otestované už v rámci projektu TG02010067), která bere v úvahu i kvantifikování shluků bakterií v biofilmech na rozdíl od standardních mikrobiologických vyhodnocovacích metod.

Dekontaminační komora jako výsledek projektu

Dekontaminační komora je nejdůležitějším výsledkem projektu. Celé zařízení je škálovatelné v závislosti od požadované aplikace. Nejdříve vědci pracovali s laboratorní verzí komory o objemu 6L a poté o objemu 12 L. V porovnání s jinými chemickými nebo tepelnými dekontaminátory je pracovní příkon zařízení velmi malý, méně než 100 W. Pro představu, jak prototyp funguje, samotný dekontaminační cyklus může trvat i 30 min, kde v komoře můžou probíhat dva typy procesu, teplý a studený.

Teplým procesem označuje řešitelský tým proces za přítomnosti plazmatem aktivované vodní páry, který má vyšší teplotu. Plazmatem aktivované médium je generováno v multidutinovém bariérovém výboji a vzniklé aktivované plynné produkty se napouští přímo do pracovního prostoro komory. Teplý proces je vhodný pro dekontaminaci pevných materiálů.

Studeným procesem naši vědci označují dekontaminaci za nižších teplot. Dekontaminaci zprostředkovávají tzv. plazmatem aktivované vlhké plyny, resp. plyny s příměsí vodních par. V nich se pak vytváří ozón a peroxid vodíku a dosahují lepších dekontaminačních účinků než proces při nižších vlhkostech. „Při studeném procesu jsme už po 5 minutách dekontaminačního cyklu dosáhli inaktivaci až 6 řádů na testovaných bakteriích!,” doplňuje dr. Kelar Tučeková.

Výsledkem projektu je tedy ověřená technologie a hlavně prototyp samotné dekontaminační komory. Vědci své výsledky prezentovali na konferencích a připravují i odbornou publikaci. Komora byla také prezentována společností Roplass, s.r.o. na 16th ThGOT, 13th Biomaterials Colloquium 2022 v německé Zeulenrodě a na brněnském Business Research Forum 2023.

Navržená dekontaminační komora splňuje všechny požadavky na bezpečnou dekontaminaci různých teplocitlivých materiálů pro jejich následnou bezpečnou likvidaci, případně pro další použití. Jako další možné aplikace se nabízí ruční čističe pro lokální dekontaminaci nebo kontaktní čištění různě tvarovaných povrchů. V současné době komora podstupuje tříletý implementační proces, kdy se komora dostane do širšího povědomí a snad najde v dohledné době uplatnění na trhu jak pro výzkum, tak i pro komerční použití.