СВЕДЕНИЯ О ХОДЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТА 075-15-2022-1205
Работы по проекту «Разработка технологии высокоэффективного бесконтактного ИК- и УФ-лазерного обеззараживания медицинских и пищевых поверхностей в отношении патогенных бактерий» выполнялись в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (головная организация) в рамках соглашения с Министерством науки и высшего образования о предоставлении из федерального бюджета гранта в форме субсидии от 22.09.2022 г. № 075-15-2022-1205 (внутренний номер 13.2251.21.0152). Работа включает в себя 1 этап с 22.09.22 г. по 31.12.22 г.
Работа проводилась в рамках Программного мероприятия «4.3.2 Проведение исследований в рамках международного многостороннего и двустороннего сотрудничества, в том числе в рамках Европейского союза» совместно с Mukhtabarat Inter Farma (Сирийская Арабская Республика, Алеппо).
Работа соответствует приоритетных направление научно-технологического развития Российской Федерации: 20в - Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, в том числе за счет рационального применения лекарственных препаратов (прежде всего антибактериальных); и 20г - Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и Аква хозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания.
Целью проекта является разработка технологии бесконтактного высокоэффективного УФ- и ИК-лазерного обеззараживания медицинских и пищевых поверхностей в отношении патогенных бактерий, в том числе – сквозь прозрачную защитную полимерную пленку.
Для достижения поставленный цели были сформулированы и решены следующие задачи проекта:
1. Культивация образцов бактериальных культур медицинских и пищевых патогенов и их подготовка для проведения экспериментальных исследований.
2. Облучение культивированных образцов бактериальных культур с помощью лазерного излучения УФ и ИК диапазонов напрямую и/или через прозрачную
защитную оболочку.
3. Проведение микробиологических анализов (высевы, люминесцентные тесты) облученных культивированных образцов бактериальных культур с целью определения количества КОЕ на объем.
4. Идентификация молекулярных механизмов, происходящих при воздействии УФ- и ИК-лазерного излучения на образцы бактериальных культур на основе теоретического анализа и определение оптимальных режимов бесконтактного высокоэффективного УФ- и ИК-лазерного обеззараживания медицинских и пищевых поверхностей в отношении патогенных бактерий, в том числе – сквозь прозрачную защитную полимерную пленку.
5. Апробация разработанной технологии в условиях Сирийской Арабской Республики.
В работе был проведён анализ технологий по бесконтактному УФ- и ИК-лазерного обеззараживания медицинских и пищевых поверхностей в отношении патогенных бактерий и принципов их работы, а также аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы и патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96. Проведённый анализ показывает, что инактивация селективными длинами волн инфракрасного излучения обладает большей эффективностью по сравнению с широкополосным ИК-излучением, и ИК-лазерное излучение, обладающее на порядки большей интенсивностью, чем излучение тепловых источников, позволяет достичь более эффективной инактивации патогенных микроорганизмов.
На основе результатов анализа патентной литературы были сформулированы требования к разрабатываемой технологии бесконтактного высокоэффективного УФ- и ИК-лазерного обеззараживания медицинских и пищевых поверхностей в отношении патогенных бактерий, в том числе – сквозь прозрачную защитную полимерную пленку. Была подана заявка на изобретение от 06.12.2022 регист. № 2022131823 «СПОСОБ ИНАКТИВАЦИИ ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ (ВАРИАНТЫ)».
Были получены образцы бактериальных культур медицинских и пищевых патогенов и их подготовка для проведения экспериментальных исследований на подложке из прозрачного в ИК диапазоне материала. По результатам проведённых экспериментальных исследований согласно Программе и методикам испытаний была произведена подготовка оптического стенда, а также была проведена процедура по прямому УФ- и ИК-лазерному обеззараживанию образцов. Обеззараживание образцов осуществлялось как через прозрачную защитную оболочку, так и без нее.
Были разработаны Программа и методики экспериментальных исследований (постхарактеризации) разработана программа и методики экспериментальных исследований (постхарактеризации) обеззараженных путем УФ- и ИК-лазерного облучения образцов для проведения экспериментальных исследований, согласно которой были произведен подсчет КОЕ и зарегистрированы пики ИК-спектра. Из полученных результатов следует, что в результате УФ облучения бактериальной культуры происходит практически полное уничтожение бактерий, вызванное повышением текучести мембраны и ее локальным повреждением вследствие окисления жиров в билипидном слое, а также частичным разрушением вторичной структуры белков. Также было установлено влияние различных длин волн ИК лазерного излучения (3,15 и 6,04 мкм) на бактериальный штамм. Выбор длин волн ИК диапазона обусловлен наличием в этих диапазонах характерных колебаний основных структурных элементов бактериальной клетки: колебаний амидных групп белков (1500 - 1700 см-1) и колебаний мембранных белков и липидов (2800 - 3000 см-1).
