Trattamenti mediante tecnologie basate sul plasma di carote julienne

Prodotti di IV gamma a base di frutta e verdura minimamente trattati o pronti all'uso non possono essere considerati sicuri da un punto di vista microbiologico e sono stati spesso associati a casi di tossinfezione. Per tali episodi è stato evidenziato che la qualità dell'acqua utilizzata per il lavaggio è una fase critica. D'altra parte è noto che la disinfezione è una delle fasi di lavorazione più importanti per i prodotti minimamente trattati in quanto ha effetti diretti sulla qualità dei prodotti finiti, sulla sicurezza e la loro shelf-life. Tradizionalmente, l'industria di IV gamma ha impiegato i composti derivati del cloro per la fase di disinfezione in virtù della loro efficacia, semplicità d'uso e basso costo. Tuttavia vi è una diffusa tendenza ad eliminare i prodotti a base di cloro a causa soprattutto della preoccupazione in relazione ai rischi ambientali e sanitari per il consumatore associati alla formazione di sottoprodotti alogenati cancerogeni. Tra le varie tecnologie emergenti, proposte come alternative al cloro, il plasma ha presentato buone potenzialità in virtù delle specie chimiche che lo compongono, principalmente specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto, che sembrano essere responsabili di stress ossidativo alle cellule microbiche, con conseguenti danni per DNA, proteine e lipidi. L’obiettivo generale di questo elaborato finale è stato quello di valutare la possibilità di utilizzare la tecnologia del plasma per la decontaminazione superficiale di carote julienne. In particolare si sono presi in considerazione trattamenti diretti in cui il vegetale è stato esposto al plasma per differenti tempi compresi tra 5 e 40 minuti. Inoltre, si è utilizzo il plasma per il trattamento di acqua che è stata successivamente impiegata per il lavaggio delle carote julienne. L'efficacia di entrambe le modalità di trattamento è stata verificata nei confronti sia della microflora naturalmente contaminante le carote, sia di alcuni microrganismi patogeni che possono essere associati a tale vegetale: Listeria monocytogenes, Salmonella Enteritidis ed Escherichia coli.

Uso del gas plasma per l'inattivazione di listeria monocytogenes in sistema modello e vegetali

Negli ultimi anni è aumentato l’interesse dell’industria verso lo sviluppo di tecnologie alternative ai trattamenti tradizionali degli alimenti. Tra le varie tecnologie non termiche troviamo il gas plasma. Il plasma è un gas ionizzato neutro, composto da diverse particelle. I principali agenti responsabili dell’azione battericida sembrano essere le specie reattive dell’ossigeno e dell’azoto, causando danni alle cellule microbiche. Recentemente si sta studiando l’“acqua plasmata attivata”. L’obiettivo generale di questa tesi è stato quello di verificare se trattamenti al plasma di soluzioni saline (NaCl 0.9%) possano “attivarle” dotandole di attività battericida nei confronti di un ceppo di Listeria monocytogenes (ceppo 56 Ly) e di stabilire se il materiale con cui sono costruiti gli elettrodi di un generatore di plasma del tipo DBD, possa influenzare l’efficacia delle soluzioni trattate. Si sono pertanto effettuati trattamenti al plasma di soluzioni saline utilizzando elettrodi di differenti materiali: vetro, ottone, acciaio, argento; le soluzioni così ottenute sono state analizzate in termini chimici, e se ne è valutata l’azione decontaminante nei confronti di Listeria monocytogenes 56 Ly nello stesso sistema modello e, in via preliminare, in sistema reale rappresentato da carote julienne deliberatamente contaminate con L. monocytogenes. Dai risultati ottenuti si è visto che la sensibilità di L. monocytogenes 56Ly alle soluzioni acquose trattate al plasma è influenzato sia dal tipo di materiale dell’elettrodo, sia dal tempo di esposizione. L’acciaio si è rivelato il materiale più efficace. Per quanto concerne il sistema reale, il lavaggio con acqua plasmata per 60 minuti ha determinato un livello di inattivazione di circa 1 ciclo logaritmico analogamente a quanto ottenuto con la soluzione di ipoclorito. In conclusione, i risultati ottenuti hanno evidenziato una minore efficacia dei trattamenti al plasma quando applicati ai sistemi reali, ma comunque il gas plasma ha delle buone potenzialità per la decontaminazione prodotti ortofrutticoli.

Sterilization by pure oxygen plasma and by oxygen-hydrogen peroxide plasma: An efficacy study

Plasma is an innovative sterilization method characterized by a low toxicity to operators and patients, and also by its operation at temperatures close to room temperatures. The use of different parameters for this method of sterilization and the corresponding results were analyzed in this study. A low-pressure inductive discharge was used to study the plasma sterilization processes. Oxygen and a mixture of oxygen and hydrogen peroxide were used as plasma source gases. The efficacy of the processes using different combinations of parameters such as plasma-generation method, type of gas, pressure, gas flow rate, temperature, power, and exposure time was evaluated. Two phases were developed for the processes, one using pure oxygen and the other a mixture of gases. Bacillus subtilis var. niger ATCC 9372 (Bacillus atrophaeus) spores inoculated on glass coverslips were used as biological indicators to evaluate the efficacy of the processes. All cycles were carried out in triplicate for different sublethal exposure times to calculate the D value by the enumeration method. The pour-plate technique was used to quantify the spores. D values of between 8 and 3 min were obtained. Best results were achieved at high power levels (350 and 40oW) using pure oxygen, showing that plasma sterilization is a promising alternative to other sterilization methods. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Evaluation of blood compatibility of plasma deposited heparin-like films and SF6 plasma treated surfaces

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Reduction of bacterial adhesion to biocompatible polymer surfaces via plasma processing

Plasma processing of the surfaces of biomaterials is interesting because it enables modification of the characteristics of a surface without affecting bulk properties. In addition, the results are strongly influenced by the conditions of the treatment. Therefore, by adjusting the plasma parameters it is possible to tailor the surface properties to best fulfill the requirements of a given application. In this work, polyurethane substrates have been subjected to sulfur hexafluoride glow discharge plasmas. The influences of different SF 6 plasma exposure times and pressures on the adhesion of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to the polymer have been investigated. The wettability and surface free energy have been evaluated via contact angle measurements. At low pressure (6.7 Pa) the contact angle decreases with increasing exposure time in the 180 s to 540 s interval, but at higher pressure (13.3 Pa) it increases as a function of the same variable. Bacterial adhesion has been quantified from in vitro experiments by determining the growth of colonies on Petri dishes treated with agar nutrient. It has been observed that the surface properties play an important role in microbe adhesion. For instance, the density of adhered P. aeruginosa decreased as the surface contact angle increased. S. aureus preferred to adhere to hydrophobic surfaces. © 2011 by Begell House, Inc.

Atmospheric plasma processes for microbial inactivation: food applications and stress response in Listeria monocytogenes

This PhD thesis is focused on cold atmospheric plasma treatments (GP) for microbial inactivation in food applications. In fact GP represents a promising emerging technology alternative to the traditional methods for the decontamination of foods. The objectives of this work were to evaluate: - the effects of GP treatments on microbial inactivation in model systems and in real foods; - the stress response in L. monocytogenes following exposure to different GP treatments. As far as the first aspect, inactivation curves were obtained for some target pathogens, i.e. Listeria monocytogenes and Escherichia coli, by exposing microbial cells to GP generated with two different DBD equipments and processing conditions (exposure time, material of the electrodes). Concerning food applications, the effects of different GP treatments on the inactivation of natural microflora and Listeria monocytogenes, Salmonella Enteritidis and Escherichia coli on the surface of Fuji apples, soya sprouts and black pepper were evaluated. In particular the efficacy of the exposure to gas plasma was assessed immediately after treatments and during storage. Moreover, also possible changes in quality parameters such as colour, pH, Aw, moisture content, oxidation, polyphenol-oxidase activity, antioxidant activity were investigated. Since the lack of knowledge of cell targets of GP may limit its application, the possible mechanism of action of GP was studied against 2 strains of Listeria monocytogenes by evaluating modifications in the fatty acids of the cytoplasmic membrane (through GC/MS analysis) and metabolites detected by SPME-GC/MS and 1H-NMR analyses. Moreover, changes induced by different treatments on the expression of selected genes related to general stress response, virulence or to the metabolism were detected with Reverse Transcription-qPCR. In collaboration with the Scripps Research Institute (La Jolla, CA, USA) also proteomic profiles following gas plasma exposure were analysed through Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) to evaluate possible changes in metabolic processes.

Studio di Flow-Assurance e sensitivity analysis in sistemi di distribuzione di petrolio e gas naturale

Argomento del lavoro è stato lo studio di problemi legati alla Flow-Asurance. In particolare, si focalizza su due aspetti: i) una valutazione comparativa delle diverse equazioni di stato implementate nel simulatore multifase OLGA, per valutare quella che porta a risultati più conservativi; ii) l’analisi della formazione di idrati, all’interno di sistemi caratterizzati dalla presenza di gas ed acqua. Il primo argomento di studio nasce dal fatto che per garantire continuità del flusso è necessario conoscere il comportamento volumetrico del fluido all’interno delle pipelines. Per effettuare tali studi, la Flow-Assurance si basa sulle Equazioni di Stato cubiche. In particolare, sono state confrontate: -L’equazione di Soave-Redlich-Kwong; -L’equazione di Peng-Robinson; -L’equazione di Peng-Robinson modificata da Peneloux. Sono stati analizzati 4 fluidi idrocarburici (2 multifase, un olio e un gas) con diverse composizioni e diverse condizioni di fase. Le variabili considerate sono state pressione, temperatura, densità e viscosità; sono state poi valutate le perdite di carico, parametro fondamentale nello studio del trasporto di un fluido, valutando che l'equazione di Peng-Robinson è quella più adatta per caratterizzare termodinamicamente il fluido durante una fase di design, in quanto fornisce l'andamento più conservativo. Dopo aver accertato la presenza di idrati nei fluidi multifase, l’obiettivo del lavoro è stato analizzare come il sistema rispondesse all’aggiunta di inibitori chimici per uscire dalla regione termodinamica di stabilità dell’idrato. Gli inibitori utilizzati sono stati metanolo e mono-etilen-glicole in soluzione acquosa. L’analisi è stata effettuata confrontando due metodi: -Metodo analitico di Hammerschmidt; -Metodo iterativo con PVTSim. I risultati ottenuti hanno dimostrato che entrambi gli inibitori utilizzati risolvono il problema della formazione di idrato spostando la curva di stabilità al di fuori delle pressioni e temperature che si incontrano nella pipeline. Valutando le quantità da iniettare, il metodo di Hammerschmidt risulta quello più conservativo, indicando portate maggiori rispetto al PVTsim, soprattutto aggiungendo metanolo.

Efficient and Selectable Production of Reactive Species Using a Nanosecond Pulsed Discharge in Gas Bubbles in Liquid

A plasma gas bubble-in-liquid method for high production of selectable reactive species using a nanosecond pulse generator has been developed. The gas of choice is fed through a hollow needle in a point-to-plate bubble discharge, enabling improved selection of reactive species. The increased interface reactions, between the gas-plasma and water through bubbles, give higher productivity. H₂O₂ was the predominant species produced using Ar plasma, while predominantly  and NO₂ were generated using air plasma, in good agreement with the observed emission spectra. This method has nearly 100% selectivity for H₂O₂, with seven times higher production, and 92% selectivity for , with nearly twice the production, compared with a plasma above the water.

Implications of specimen preparation and of surface contamination for the measurement of the grain boundary carbon concentration of steels using x-ray microanalysis in an UHVFESTEM

The purpose of the present investigation was to gain an understanding of the nature of the carbon contamination on the surface of standard steel transmission electron spectroscopy (TEM) specimens, the effect of exposure of a clean specimen to normal laboratory air, and the efficacy of plasma-cleaning treatments. This knowledge is a necessary prerequisite to the development of appropriate specimen preparation and/or specimen cleaning methods. X-ray photoelectron spectroscopy in combination with argon ion beam profiling was used to characterize the specimen surfaces of X65 steel and 316 stainless steel. The only clean carbon-free surface obtained was that during argon etching of the sample in the surface analysis chamber. Any exposure of a previously cleaned sample to laboratory air resulted in a rapid carbon (hydrocarbon) contamination of the sample surface and the development of surface oxidation, Plasma cleaning with subsequent exposure of the specimen to the laboratory air also resulted in a carbon-contaminated surface. This suggests that procedures of preparation of TEM specimens of steels outside an ultrahigh vacuum chamber are unlikely to result in the lowering of contamination rates on specimens to levels where measurements for carbon in the grain boundaries are possible. What is needed is a cleaning system as an integral part of the specimen insertion system into the field-emission scanning transmission electron microscope. This cleaning could be carried out by argon ion etching. Copyright (C) 2000 John Wiley & Sons, Ltd.

Évaluation in vitro de la stérilisation au peroxyde d'hydrogène sur les propriétés biologiques de prothèses utilisées lors de stabilisation du genou chez le chien

Objectif—Comparer les effets de la stérilisation au plasma de gaz de peroxyde d’hydrogène (HPGP) à l’oxyde d’éthylène (EO) et à la vapeur (ST) sur les propriétés physico-chimiques et d’adhésion bactérienne de fils de nylon et de polyéthylène. Design expérimental—Etude in vitro. Matériel—Des brins non stérilisés, stérilisés au HPGP, à l’EO et ST; de fil nylon leader (FNL), de fil de nylon pêche (FNP) et de fil de polyéthylène (PE) ont été utilisés. Méthodes—Une analyse de surface au spectroscope photo-électronique à rayons X (XPS), une mesure de l’angle de contact, une analyse par microscopie à force atomique (AFM) et l’adhésion bactérienne de Staphylococcus intermedius et d’Escherichia Coli ont été testés sur les brins. Résultats—Une oxydation de la surface de tous les échantillons stérilisés a été observée quelque soit la méthode de stérilisation. La stérilisation a augmenté significativement l’angle de contact pour tous les types de fil quelque soit la méthode. La rugosité n’a pas été affectée significativement par la méthode de stérilisation pour le FNL et FNP. L’adhésion bactérienne a été affectée significativement par la méthode de stérilisation. Le PE a un angle de contact, une rugosité et une adhésion bactérienne significativement plus élevée que le FNL et FNP, peu importe la méthode de stérilisation. Conclusion—La stérilisation au HPGP constitue une alternative intéressante à la vapeur et l’EO. Le PE n’est peut être pas un matériel idéal par sa capacité d’adhésion bactérienne. De futures études sont nécessaires pour déterminer la signification clinique de ces trouvailles.

Estudo dos sistemas integrados de filmes finos óxidos em substratos poliméricos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Valutazione della biodegradabilita e biocompatibilita di nuovi poliesteri alifatici a base di poli(butilene succinato) per uso biomedicale

Lo scopo di questa tesi è stato migliorare le proprietà di biodegradabilità e le proprietà strutturali del poli(butilene succinato) attraverso copolimerizzazione e trattamento al gas plasma. Entrambe le strategie sono risultate vincenti.

Large scale fabrication of nitrogen vacancy-embedded diamond nanostructures for single-photon source applications

Some color centers in diamond can serve as quantum bits which can be manipulated with microwave pulses and read out with laser, even at room temperature. However, the photon collection efficiency of bulk diamond is greatly reduced by refraction at the diamond/air interface. To address this issue, we fabricated arrays of diamond nanostructures, differing in both diameter and top end shape, with HSQ and Cr as the etching mask materials, aiming toward large scale fabrication of single-photon sources with enhanced collection efficiency made of nitrogen vacancy (NV) embedded diamond. With a mixture of O2 and CHF3 gas plasma, diamond pillars with diameters down to 45 nm were obtained. The top end shape evolution has been represented with a simple model. The tests of size dependent single-photon properties confirmed an improved single-photon collection efficiency enhancement, larger than tenfold, and a mild decrease of decoherence time with decreasing pillar diameter was observed as expected. These results provide useful information for future applications of nanostructured diamond as a single-photon source.

Effetto del trattamento con acqua attivata al plasma sulla qualita della rucola durante lo stoccaggio

L’acqua attivata al plasma (PAW), ottenuta esponendo una soluzione d’acqua al plasma freddo, è recentemente emersa come un’alternativa promettente per la decontaminazione degli alimenti freschi in sostituzione all’uso dei tradizionali disinfettanti al cloro. Lo scopo della tesi è stato quello di valutare l’effetto dei lavaggi con PAW su foglie di rucola (Eruca sativa), già testati per la decontaminazione microbica, sulle caratteristiche qualitative del prodotto durante lo stoccaggio. La PAW è stata ottenuta tramite un generatore ad alta tensione collegato ad un elettrodo a corona operante con una scarica di 12 kV a 5 Hz su acqua distillata per 60 secondi. I lavaggi con PAW per 2, 5 e 10 minuti sono stati confrontati con dei lavaggi attuati con acqua distillata non trattata ed una soluzione di ipoclorito di sodio (100 ppm). Durante la conservazione è stata monitorata l’evoluzione della composizione dello spazio di testa delle buste, il contenuto di sostanza secca, il grado di appassimento e le modifiche inerenti al colore delle foglie. I risultati hanno mostrato come i principali parametri qualitativi non siano risultati significativamente modificati a seguito dell’ immersione nella PAW, rispetto al trattamento con acqua distillata o con la soluzione di ipoclorito di sodio. Nel complesso, i risultati sperimentali hanno evidenziato come la PAW sia una tecnologia promettente, nonostante ciò, è necessario condurre ulteriori studi al fine di ottimizzare i parametri di processo.

Applicazione dell'acqua attivata al plasma (PAW) ed implementazione di un sistema di visione computerizzata (CVS) per il controllo e la valutazione della melanosi nei crostacei

I crostacei sono da sempre considerati prodotti ittici d'elevato valore economico (FAO 2020) soggetti ad un'alta deperibilità a causa dello sviluppo di colorazioni brune nella zona cefalotoracica ed addominale del carapace (Goncalves et al. 2016). Nell'ottica di una riduzione degli sprechi alimentari e vista la crescente sensibilità dei consumatori verso alimenti clean-lable, questo studio valuta l'effetto dell'acqua attivata al plasma (PAW) nel ritardare la comparsa di melanosi su mazzancolle (P. kerathurus) e gamberi rosa (P. longirostris), confrontandone l'effetto con i più comuni trattamenti (solforosa e 4-esilresorcinolo). La valutazione della melanosi si è svolta per mezzo di un sistema di visione computerizzata (CVS) e successiva analisi delle immagini digitalizzate. Dalle prove sulle mazzancolle è emerso un effetto protettivo dell'acqua attivata al plasma per i primi 5 giorni di conservazione, mentre per i gamberi rosa non si sono ottenute differenze significative (p<0.05) rispetto ai campioni trattati con sola acqua. I migliori risultati nel contenimento della melanosi si sono ottenuti dai campionitrattati con 4-esilresorcionolo, tuttavia si è anche sviluppata una colorazione rossa sul carapace giudicabile, secondo altri studi, come sgradevole (Pilar Montero et al. 2001).