Aplicación de pulso

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 7354 (2022) Citar este artículo

1334 Accesos

2 citas

2 Altmetric

Detalles de métricas

La doxiciclina (DOX), un antibiótico de uso común en medicina y veterinaria, se detecta con frecuencia en los cursos de agua naturales. La exposición de las bacterias a los residuos de DOX plantea una presión selectiva que conduce a una ocurrencia común de determinantes genéticos de resistencia a DOX entre los microorganismos, incluidos los patógenos humanos virulentos. En vista de la disminución de las opciones terapéuticas disponibles, desarrollamos un sistema de descarga de reacción de flujo continuo que genera una descarga luminiscente de presión atmosférica de radiofrecuencia modulada por pulsos (pm-rf-APGD) destinada a la eliminación de DOX de soluciones líquidas. En el procedimiento de optimización se implementó un Diseño de Experimento y una Metodología de Superficie de Respuesta. La eficiencia de eliminación de DOX equivalente a 79 ± 4,5 % y los productos de degradación resultantes se identificaron mediante cromatografía líquida de alto rendimiento: detección de matriz de diodos, cromatografía líquida, espectrometría de masas de tiempo de vuelo cuádruple, cromatografía líquida de ultra rendimiento: espectrometría de masas en tándem, carbono orgánico total, carbono orgánico total. nitrógeno, reflectancia total atenuada Furrier Transform–Infrared y métodos basados ​​en UV/Vis. La solución DOX tratada con pm-rf-APGD debido a las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno generadas perdió sus propiedades antimicrobianas frente a Escherichia coli ATCC25922 o disminuyó significativamente las actividades biocidas en un 37 % y un 29 % en relación con Staphylococcus haemolyticus ATCC29970 y Staphylococcus aureus ATCC25904, respectivamente. Se prevé la implementación futura de esta tecnología de degradación de antibióticos eficiente y ecológica en los sistemas de purificación de aguas residuales.

El aumento de la resistencia a los antibióticos entre los patógenos humanos virulentos es hoy en día una de las amenazas médicas más alarmantes. Es el resultado del hecho de que estos medicamentos a menudo se recetan incorrectamente o se administran en dosis inadecuadas. Los antibióticos también encuentran aplicaciones con fines preventivos no terapéuticos o para impulsar el crecimiento animal en muchos países. Por ejemplo, en los EE. UU., el 50 % de las 22 700 toneladas de estas sustancias que se producen cada año se utiliza en la cría de animales, la agricultura y la acuicultura1. Como consecuencia de las altas tasas de producción y aplicación, estos compuestos, ya sea en forma autóctona o metabolizada, pueden llegar a las aguas superficiales, aguas subterráneas o sedimentos junto con los lavados de los campos, así como los vertidos directos de la cría de animales/procesamiento de alimentos y solo parcialmente purificados. efluentes municipales, médicos o farmacéuticos2. Debe tenerse en cuenta que las plantas de tratamiento de aguas residuales comunes son ineficientes en la descomposición de este grupo de fármacos. Debido a las potentes actividades biocidas de estas sustancias, los cambios provocados por los antibióticos en la población de bacterias presentes en el sistema de tratamiento de aguas residuales podrían impedir la eficacia de los procesos de degradación de la materia orgánica. Cuando los antibióticos semi degradados o no degradados llegan al entorno natural, a pesar de las alteraciones en la reacción de nitrificación3, los efectos adversos en las primeras etapas de desarrollo de los organismos acuáticos4, las alteraciones en la biodiversidad de las comunidades microbianas5 y la adquisición de resistencia a estas moléculas6 son todos sospechosos de tener lugar. El sometimiento a la presión selectiva de dosis subletales de antibióticos conduce a la selección de poblaciones bacterianas naturales que albergan determinantes genéticos asociados a la resistencia. Estos genes o grupos de genes se transmiten de forma vertical u horizontal, mientras que este último enfoque involucra plásmidos, elementos genéticos móviles o bacteriófagos7. La adquisición de estos casetes genéticos también puede ocurrir mediante la absorción de ADN libre7. Por lo tanto, la resistencia a los antibióticos, que comúnmente se detecta en microorganismos de origen acuático o del suelo6, se transfiere y acumula en patógenos humanos resistentes o multirresistentes como Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus pneumoniae, Salmonella sp. Escherichia coli, Acinetobacter baumanii, Enterocccus sp., Clostridium difficile, etc.8. Por esa razón, los antibióticos, incluida la doxiciclina (α-6-desoxioxitetraciclina; DOX), se consideran contaminantes emergentes que presentan nuevos desafíos en términos de su eliminación eficiente. Debido a la falta de las correspondientes normas de calidad del agua, la presencia de estas sustancias supone sin duda un grave riesgo para el medio ambiente natural y la salud humana9.

En este estudio, nos enfocamos en DOX, que es un antibiótico semisintético económico que pertenece a la clase de tetraciclinas de segunda generación. Este fármaco de amplio espectro y propiedades bacteriostáticas se utiliza desde hace más de 50 años10 para inhibir el crecimiento de bacterias grampositivas y gramnegativas, tanto aeróbicas como anaeróbicas. Más detalladamente, DOX interfiere con la síntesis de proteínas en los ribosomas bacterianos 70 S a través de la prevención de la unión de aminoacil-tRNA al sitio aceptor en el complejo de traducción de mRNA. Desde el punto de vista clínico, cabe considerar su bastante buena tolerancia, amplia ventana terapéutico-tóxica, rápida absorción intestinal, gran penetración en líquidos y tejidos, y prolongada vida media en sangre11,12. DOX se usa ampliamente en la práctica médica para el tratamiento de muchas dolencias y enfermedades, por ejemplo, infecciones del tracto genitourinario, gastrointestinal o respiratorio, acné, rosácea, enfermedad de Lyme, cólera, sepsis o en la prevención de la malaria9,10,11. A pesar de que DOX se prescribe con frecuencia para combatir infecciones bacterianas en humanos, también encuentra aplicaciones en medicina veterinaria o como un aditivo para prevenir enfermedades o estimular el crecimiento en la alimentación animal13. Desafortunadamente, DOX no se metaboliza en gran medida después de la administración oral porque aprox. El 40-45% de la dosis ingerida se libera en la orina después de las 72 h11. Los estudios sobre la persistencia de esta droga revelaron que la vida media de DOX en, por ejemplo, estiércol de cerdo envejecido en condiciones de campo es igual a 25,7 días14. En términos del ambiente acuático, Zaranyika et al.9 demostraron que la concentración de DOX introducida en muestras de agua de río se redujo de 1 µg mL−1 a más de 0,1 µg mL−1 durante 90 días de incubación. Por lo tanto, además de aplicaciones frecuentes, la resistencia de este fármaco en el medio acuático natural podría ser la razón por la que se han detectado concentraciones notables de DOX, que alcanzan los 17,9 ng L-1 o 0,95 ng L-1 en los ríos de EE. UU. o China, respectivamente. , en particular a corta distancia de grandes áreas urbanas, corrales de engorde o estanques de peces9. Incluso después de la exposición a bajas concentraciones de DOX, se desencadenan los siguientes mecanismos de resistencia en las poblaciones bacterianas: cambios en el sitio de acción del fármaco, disminución de la captación o bombeo de la molécula activa a través de bombas de eflujo11,12.

Con el fin de abordar las preocupaciones ambientales y relacionadas con la salud asociadas con la adquisición de determinantes de resistencia a antibióticos para patógenos bacterianos animales y humanos, se han propuesto varios enfoques designados para la degradación de estos fármacos hasta el día de hoy. Hasta el momento, se han investigado los procesos hidrotermales, las estrategias de adsorción y los procesos de oxidación avanzada convencionales y electroquímicos con el objetivo de descomponer los antibióticos15. Aunque estos procesos están bien estudiados y se emplean en algunos sistemas de purificación de aguas residuales, se considera que la degradación total de los compuestos orgánicos introducidos requiere mucho tiempo con estas técnicas16. Además, se ha notificado una toxicidad notable para los organismos acuáticos de los productos intermedios resultantes y, en ocasiones, tasas de descomposición no satisfactorias de los compuestos estudiados4,16. Una alternativa muy prometedora y más eficaz a la degradación de los antibióticos que las técnicas mencionadas anteriormente podría ser el uso de plasma a presión atmosférica fría (CAPP)17. La posible aplicación de CAPP para la descomposición potente de compuestos orgánicos, incluidos los fármacos, está asociada con la producción de diferentes especies reactivas, incluidas las especies reactivas de oxígeno (ROS), las especies reactivas de nitrógeno (RNS) y los electrones solvatados (e-aq), además a la radiación UV y al campo electromagnético que acompañan al funcionamiento del CAPP18. Debido a que los primeros individuos reactivos mencionados exhiben potenciales red-ox definidos, la tecnología y los procesos basados ​​en CAPP podrían ser útiles para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

Hasta ahora, se han aplicado varias tecnologías basadas en CAPP para la degradación de varias clases de antibióticos, por ejemplo, fluoroquinolonas16,17,19, tetraciclinas17,20,21 o sulfonamidas17. Aunque hasta ahora se han investigado diferentes sistemas CAPP para la descomposición de varios antibióticos pertenecientes a diversos grupos17, hasta donde sabemos, solo hay dos estudios que informan la degradación de DOX basada en CAPP de soluciones acuosas20,21. El impacto de dos tipos de tratamientos con CAPP, que emplean descargas de corona pulsadas en fase gaseosa21 o descargas de barrera dieléctrica por encima o por debajo del agua20, sobre la eficacia de la degradación de DOX se ha discutido brevemente en estos documentos. Desafortunadamente, el efecto de los parámetros operativos sobre la eficiencia de descomposición de DOX en las disposiciones de líquidos no ha sido examinado en estos trabajos20,21. Además, todos los sistemas de reacción-descarga basados ​​en CAPP desarrollados anteriormente destinados a la degradación de DOX funcionan en modos sin flujo, lo que significa que el volumen purificado de las aguas residuales que contienen DOX está limitado por el volumen total del contenedor de agua20,21 .

Aquí, hemos desarrollado y optimizado un novedoso sistema de descarga de reacción de flujo continuo basado en CAPP, que emplea descarga luminiscente de presión atmosférica de radiofrecuencia modulada por pulsos (pm-rf-APGD), para la degradación efectiva de DOX. Además, hemos probado una pérdida o una disminución sustancial de las propiedades biocidas del fármaco estudiado. La hipótesis básica de la investigación asumió que la producción de ROS, RNS y e-aq, que se origina en la operación pm-rf-APGD en contacto con un efluente que fluye (que contiene drogas), conduciría a una degradación altamente efectiva de DOX en condiciones inicialmente definidas y verificadas. funcionamiento óptimo de este sistema CAPP. Para encontrar estos parámetros operativos óptimos, se aplicó el método estadístico avanzado, es decir, el diseño de experimentos (DoE) seguido de la metodología de superficie de respuesta (RSM). La eficiencia de la degradación de DOX se evaluó utilizando un sistema de cromatografía líquida de alto rendimiento: detección de matriz de diodos (HPLC-DAD). Los productos de la degradación de DOX, resultantes del tratamiento pm-rf-APGD, se han revelado utilizando cromatografía líquida de ultrarendimiento-espectrometría de masas en tándem (UPLC-MS/MS) y cromatografía líquida-espectrometría de masas de tiempo de vuelo de cuadrupolo (LC-QToF MS ). Además, para establecer el impacto del sistema pm-rf-APGD estudiado en la composición química del efluente que contiene DOX, se determinó su contenido de carbono orgánico total (TOC) y nitrógeno total (TN), además de realizar un análisis cualitativo por atenuación. espectroscopía de espectroscopia infrarroja transformada furrier de reflectancia total (ATR FT-IR) y espectrofotometría de absorción UV/Vis. Posteriormente, los cambios en las propiedades antimicrobianas de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD en contraste con la solución de control se evaluaron hacia patógenos oportunistas humanos importantes desde un punto de vista clínico, es decir, E. coli, S. aureus y Staphylococcus haemolyticus. Finalmente, se propusieron y discutieron reacciones y procesos de pm-rf-APGD-líquido, que posiblemente conducen a la degradación de DOX, en relación con los resultados de las mediciones de ROS y RNS seleccionados por métodos colorimétricos.

Se preparó una solución madre de DOX de 1000 µg mL−1 disolviendo 57,7 mg de hiclato de doxiciclina (A&A Biotechnology, Polonia) en 50 mL de agua desionizada. Luego, se prepararon 3 soluciones de trabajo para el procedimiento de optimización, incluidas 10,0, 55,0 y 100 µg mL−1, así como soluciones de trabajo para el procedimiento de validación, diluyendo adecuadamente la solución estándar madre. Además, se prepararon 8 soluciones estándar de trabajo para la calibración del sistema HPLC-DAD y oscilaron entre 0,002 y 50,0 µg mL−1. Todas las soluciones mencionadas anteriormente se almacenaron en viales marrones a 4 °C.

Para la degradación de DOX, se utilizó un novedoso sistema de descarga de reacción basado en pm-rf-APGD de flujo continuo, que permite la ignición y el funcionamiento estables de la fuente CAPP en condiciones operativas definidas (Fig. S1, Tabla S1). En el sistema estudiado, la introducción de soluciones que contenían DOX se produjo a través de un capilar de cuarzo (OD = 4,00 mm). En este capilar, se montó un tubo de grafito (DE = 6,00 mm). Al conectar un cable de platino al tubo de grafito y cubrirlo con una cinta resistente a la corriente, se proporcionó contacto eléctrico a la solución bombeada continuamente (electrodo de líquido que fluye, FLE). El segundo electrodo era una varilla metálica afilada tipo clavija (DE = 3,2 mm), coaxial con el tubo de cuarzo y colocada a unos 3,0 mm del borde de este tubo. pm-rf-APGD se generó en el espacio entre la superficie del FLE y el último electrodo metálico. Se proporcionó un potencial de alto voltaje (HV) a ambos electrodos mediante el uso de un suministro de corriente alterna Dora pm-rf (Dora Electronic Equipment, Polonia). pm-rf-APGD se inicializó aplicando una onda de voltaje (50 kHz), modulada a frecuencias entre 500 y 1400 Hz, con un ciclo de trabajo en el rango de 30 a 50% (Tabla S1). Después de introducir la solución de DOX en el sistema de descarga de reacción basado en pm-rf-APGD, se recolectaron porciones de esta solución en viales marrones para análisis adicionales.

Para establecer los parámetros operativos del sistema de reacción-descarga basado en pm-rf-APGD que serían adecuados para lograr una descomposición eficiente del DOX disuelto en la solución continuamente introducida con el uso de la fuente CAPP estudiada, se realizó una optimización multiparamétrica basada en DoE. aplicado. Para establecer el experimento de optimización, se utilizó un diseño de superficie de respuesta de Box-Behnken (Tabla S1). Aquí, se incluyeron 15 tratamientos aleatorios de acuerdo con la matriz que involucra la información sobre una ejecución estándar, un orden de ejecución de los experimentos y condiciones relacionadas con 3 niveles diferentes de los parámetros operativos estudiados (no codificados y codificados (− 1, 0, + 1 ) entre paréntesis). Los parámetros operativos mencionados anteriormente fueron los siguientes: la concentración de DOX (A, en µg mL−1), el caudal de la solución FLE (B, en mL min−1) y el ciclo de trabajo para pulsos de radiofrecuencia ( C, %) modulando la corriente alterna que alimenta los electrodos del sistema pm-rf-APGD. Las variables de respuesta trazadas para el diseño de superficie de respuesta de Box-Behnken realizado fueron el pH de la solución que contenía DOX medida después del tratamiento con pm-rf-APGD y la temperatura (T, °C). En el caso del sistema pm-rf-APGD, el ciclo de trabajo estaba directamente relacionado con la potencia de descarga a un voltaje y frecuencia dados de la corriente de alteración de rf. Estos últimos parámetros no se modificaron; por lo tanto, la potencia enviada al sistema pm-rf-APGD solo estaba relacionada con el ciclo de trabajo. Aquí, se aplicaron el ciclo de trabajo más alto y la potencia de descarga más alta. Para el ciclo de trabajo aplicado, como 30, 40 y 50%, se encontró que la potencia de descarga total era: 51, 68 y 84 vatios, respectivamente. Para evaluar la precisión de las variables de respuesta del diseño de superficie de respuesta Box-Behnken aplicado, se incluyeron 3 puntos centrales en la matriz (Tabla 1). Teniendo en cuenta los valores de las respuestas trazadas en estos puntos centrales, la precisión fue alta, es decir, 3,2 % para el pH (con una media de 3,05) y 5,1 % para T (con una media de 34,3 °C). Todos los tratamientos para el diseño de superficie de respuesta de Box-Behnken se llevaron a cabo en un bloque experimental. En consecuencia, las soluciones que contenían DOX (a 3 concentraciones diferentes; Tabla S1) se bombearon continuamente al sistema de descarga de reacción pm-rf-APGD (a 3 velocidades de flujo diferentes; Tabla S1), que se operó bajo la radiofrecuencia modulada por pulsos. (pm-rf) corriente alterna con un ciclo de trabajo en 3 niveles diferentes (Tabla S1). Debido al contacto de la superficie de la solución con la fase de descarga y las interacciones plasma-líquido que tienen lugar en la zona interfacial, se produjeron especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (RONS) a corto y largo plazo que llevaron a la descomposición de DOX en las soluciones introducidas. Las porciones de las soluciones rebosantes se recogieron después del tratamiento con pm-rf-APGD y se midieron inmediatamente su T y pH. Para ello se aplicó un termómetro de Hanna Instruments (Polonia) y un pH-metro Elmetron CPC-505 (Polonia).

Los datos recopilados (valores de las variables de respuesta) para el diseño de superficie de respuesta aplicado se analizaron mediante funciones cuadráticas completas, incluido el efecto de términos lineales (A, B, C) y cuadrados (A2, B2, C2), así como dos Términos de interacción de vías (A × B, A × C, B × C). Las ecuaciones de estas funciones utilizadas para modelar los datos de medición para cada una de las respuestas probadas, es decir, T y pH, fueron las siguientes: d0 + a1A + b1B + c1C + a2A2 + b2B2 + c2C2 + a3A × B + b3A × C + c3B × C, donde d0, a1–a3, b1–b3 y c1–c3 correspondieron a los coeficientes de regresión. Para encontrar términos estadísticamente significativos en los modelos de regresión de superficie de respuesta para T y pH, se utilizó el algoritmo de eliminación de términos hacia atrás al 90% de nivel de significancia (α para eliminar igual a 0,1), lo que requiere un modelo jerárquico en cada paso del algoritmo y para todos los términos. Para evaluar el ajuste de los modelos de regresión de superficie de respuesta, se utilizó la prueba de análisis de varianza (ANOVA), que permitió determinar si la relación propuesta entre las variables de respuesta y el conjunto de términos es estadísticamente confiable y resultará útil para explicar la respuesta. en las condiciones de operación dadas. En consecuencia, la bondad de ajuste de los modelos de regresión de superficie de respuesta fue indicada por el coeficiente de determinación (R2) y el R2 ajustado. Los valores de p determinados para los modelos de regresión de superficie de respuesta con los términos incluidos se muestran en la Tabla 1 (para T) y la Tabla 2 (para pH) para presentar la significancia estadística de estos modelos. Los residuos entre los datos medidos y los datos ajustados por los modelos de regresión de superficie de respuesta desarrollados también se inspeccionaron visualmente basándose en los gráficos de probabilidad normal apropiados (una posibilidad de comprobar si los residuos se distribuyen normalmente o no) y gráficos de dispersión de los residuos estandarizados frente a la orden de ejecución (una posibilidad de comprobar si los residuos son independientes). Los experimentos de diseño de superficie de respuesta de Box-Behnken también se llevaron a cabo considerando la eficiencia de degradación del compuesto objetivo, determinada por el método HPLC-DAD, como la respuesta del sistema bajo diferentes condiciones de los parámetros A, B y C. En este caso, se utilizó un enfoque similar al anterior, es decir, se aplicó el algoritmo de eliminación hacia atrás en α = 0,1. También se estableció que el modelo evaluado era válido, es decir, el valor de p para el modelo fue de 0,004 (<< α) y el valor de p para la prueba de falta de ajuste fue de 0,198 (> α). La bondad de ajuste estuvo indicada por el valor R2 bastante alto y el valor R2 ajustado (96,3 y 89,7%, respectivamente). La ecuación de la superficie de respuesta fue la siguiente: Eficiencia de degradación, % = 124,0 + 0,136 A − 1,44 B − 1,398 C − 0,000231 A2 + 0,146 B2 + 0,01823 C2 − 0,0456 AB − 0,00278 AC + 0,0133 BC.

Al final, para encontrar las condiciones de trabajo más favorables del sistema de reacción-descarga de flujo continuo basado en pm-rf-APGD para la descomposición de DOX disuelto en soluciones acuosas, se seleccionaron los parámetros operativos óptimos teniendo en cuenta las funciones de deseabilidad individual para T y pH , es decir, dT y dpH, y el valor de la función de deseabilidad compuesta, es decir, D = (dT × dpH)1/2. Se especificó que las condiciones más favorables para la descomposición del antibiótico antes mencionado se lograrían si la T de la solución después de su tratamiento con pm-rf-APGD alcanzara el valor más alto (dT = 1) mientras que su pH fuera el más bajo ( dpH = 1). Bajo estas condiciones de operación, podría esperarse que la concentración de diferentes RNS y ROS, incluyendo H2O2, O3, NO3- a largo plazo, así como a corto plazo como ·OH, NO2-, O2- y O21 (oxígeno singlete ), sería el más alto y debería estar involucrado en el proceso de degradación de DOX. La alta T de la solución mejoraría las tasas constantes de reacciones de descomposición/degradación de este antibiótico. Por esta razón, es decir, para identificar RNS y ROS producidos en la fase gaseosa del sistema pm-rf-APGD operado, se empleó la espectrometría de emisión óptica (OES). Las mediciones de OES se realizaron de la siguiente manera: la radiación emitida de pm-rf-APGD se capturó por medio de una lente acromática UV (f = 60) en la rendija de entrada (10 µm) de un espectrógrafo Shamrock SR-500i (Andor, Reino Unido). ). El espectrógrafo estaba equipado con rejillas holográficas de 1200 (rango 300–900 nm) y 1800 (rango 200–400 nm) ranuras mm−1 y una cámara UV/Vis CCD Newton DU-920P-OE (Andor, Reino Unido). En cada caso se aplicó un modo de biding vertical completo (FVB) de la cámara CCD y un tiempo de integración de 0,1 s. Se utilizó el software Solid S (Andor UK) para la obtención de imágenes y el procesamiento de datos.

Finalmente, se realizó el procedimiento de validación con el fin de comprobar la exactitud de los modelos estadísticos establecidos. En este caso, el sistema de reacción-descarga basado en pm-rf-APGD se operó bajo las siguientes condiciones de operación seleccionadas en base a ambos modelos (T y pH), es decir, el caudal de la solución FLE: 2,8 mL min−1, el ciclo de trabajo para la corriente alterna de radiofrecuencia modulada por pulsos del 50% y la concentración de DOX en la solución entregada al sistema de descarga de reacción basado en pm-rf-APGD: 51,5 µg mL−1. Considerando la máxima eficiencia de degradación, los ajustes óptimos de los parámetros del sistema pm-rf-APGD encontrados y basados ​​en este modelo fueron los siguientes: A = 10 µg mL−1, B = 2,0 mL min−1 y C = 50 % . La configuración de estos parámetros dio como resultado una eficiencia de degradación de 97,8 ± 8,1 %. La importancia particular debe atribuirse a la concentración de DOX porque el ajuste de este parámetro debe conducir a las zonas de inhibición del crecimiento bacteriano observables experimentalmente en la solución que contiene doxiciclina no tratada con plasma. A diferencia del antibiótico degradado por plasma, se requiere que la concentración del compuesto biológicamente activo sea lo suficientemente alta, es decir, igual al menos a 50 mg L-1, para limitar el crecimiento de los microorganismos patógenos. La concentración de 10 µg mL−1 de DOX arrojada por el modelo no pudo utilizarse en la parte experimental de este estudio ya que no fue suficiente para inhibir el crecimiento de los microorganismos estudiados. En el caso de dos últimos parámetros, es decir, B y C que están directamente relacionados con el funcionamiento del sistema CAPP de flujo continuo aplicado, sus configuraciones óptimas correspondieron a los valores óptimos encontrados en base a los modelos evaluados usando T (temperatura) y pH de las soluciones tratadas con pm-rf-APGD. En particular, el modelo recién evaluado confirmó que la potencia de descarga debería ser la más alta, obtenida al usar el ciclo de trabajo del 50 %. Además, cuando se aplicaron los ajustes óptimos encontrados utilizando los modelos para T y pH, es decir, A = 51,5 µg mL−1, B = 2,8 mL min−1 y C = 50%, el modelo establecido para la eficiencia de degradación resultó en la respuesta de 91,3 ± 4,3%, que estuvo cerca del valor evaluado en el experimento de validación de los dos primeros modelos, es decir, 79 ± 4,5%. En este caso, fue posible realizar los ensayos microbiológicos previstos. Todas estas figuras muestran que los ajustes óptimos encontrados en base al modelo evaluado para la eficiencia de degradación y, en particular los relacionados con el funcionamiento del sistema de flujo continuo pm-rf-APGD, son tan buenos como los ajustes óptimos establecidos aplicando los modelos para T y pH. De esta forma, las suposiciones sobre la producción de RONS y la eficiencia de degradación a la T más alta y al pH más bajo de la solución tratada con pm-rf-APGD eran razonablemente válidas. Después de someter las soluciones que contenían DOX al sistema, se recolectó la solución tratada con CAPP y se midió su T y pH para comparar con los valores establecidos por ambos modelos.

Para averiguar el impacto del tratamiento pm-rf-APGD en la eficiencia de eliminación de DOX de soluciones acuosas, se realizó el análisis HPLC-DAD. Las soluciones de trabajo estándar preparadas (consulte el capítulo Preparación de la solución de trabajo) fueron estables al menos 1 mes a 4 °C. Para las medidas de HPLC-DAD se utilizó un sistema Nexera XR (Shimadzu) compuesto por: un automuestreador SIL-20AC, una bomba LC-20AD, un horno de columna CTO-20AC y un detector SPD-M20A. La columna utilizada fue una Gemini Gemini-NX (C18, 5 µm, 110A, 150 × 4,6 mm). El horno de columna se ajustó a 27 °C. La temperatura del horno del automuestreador fue de 10 °C. El volumen de inyección fue de 25 µL. La fase móvil era de 2 componentes e incluía el componente A (0,1% de ácido fórmico, pH 2,6) y el componente B (acetonitrilo, ACN). Se usó el gradiente de elución y se veía de la siguiente manera: 0 min – 15 % B, 10 min – 50 % B, 12 min – 50 % B, 15 min – 15 % B. El caudal de la fase móvil fue de 1 ml/min . El tiempo total de cada corrida cromatográfica fue de 15 min. El tiempo de retención de DOX fue de 5,6 min. El detector se configuró para medir las longitudes de onda de 190 a 800 nm, mientras que la cuantificación de DOX se realizó a 348 nm. Se verificó que la linealidad de la respuesta del detector estaba entre 0,002 y 50,0 µg mL−1. El límite de cuantificación (LOQ) se evaluó en 0,004 µg mL−1, mientras que el límite de detección (LOD) fue LOQ/3. El coeficiente de regresión de la curva de calibración fue 0,9998. La precisión determinada por la desviación estándar relativa (RSD) estuvo en el rango de 1,08 a 5,80 % (al menos 3 repeticiones de la inyección para cada uno de los 8 niveles de concentración).

Para revelar los productos de degradación DOX, los análisis UPLC-MS/MS se realizaron con un instrumento UPLC-MS/MS (Agilent Technologies) que constaba de un cromatógrafo de líquidos 1290 Infinity y un espectrómetro de masas 6550 iFunnel Q-TOF. Se utilizó la columna ZORBAX Eclipse Plus C18 (Rapid Resolution HD 2.1 × 50 mm, 1.8 µm, Agilent). La fase móvil era de 2 componentes e incluía el componente A (0,1 % de ácido fórmico en agua con 3 % de ACN) y el componente B (0,1 % de ácido fórmico en ACN). El caudal de la fase móvil fue de 400 µL min−1. El programa de gradiente para la elución se estableció de la siguiente manera: de 2% de B a 100% de B en 7 min. Al registrar los espectros de masas completos, se controló el rango de masas de 100 a 1000 en los modos de iones negativos y positivos. El instrumento se ajustó antes del análisis y se establecieron las siguientes condiciones optimizadas: voltaje capilar de 3,5 kV, temperatura del gas de 250 °C, temperatura del gas envolvente de 300 °C, caudal del gas envolvente de 11 L min−1 , el caudal de gas de colisión de 0,2 mL min−1, el voltaje del fragmentador de 175 V y el voltaje de la boquilla de 2 kV. El volumen de inyección fue de 1 µL. Las muestras analizadas se descongelaron, se mezclaron en vórtex y se filtraron (filtros PET con un tamaño de poro de 0,2 µm), y sus porciones de 1 ml se transfirieron a viales cromatográficos de vidrio marrón antes de las mediciones.

Para evaluar el efecto de pm-rf-APGD en DOX bajo parámetros operativos óptimos del sistema CAPP de flujo continuo aplicado, los análisis TOC, TN, ATR FT-IR y UV/Vis de la solución que contiene DOX sujeta al CAPP se realizó el tratamiento. Además, la solución que contenía DOX sin tratar se analizó para comparar. Las concentraciones de TOC y TN se determinaron empleando un instrumento Multi N/C 3100 Analytik Jena (Jena, Alemania). Para la determinación del TOC en las muestras analizadas se aplicó el método de carbono orgánico no purgable (NPOC). El contenido de TN en las muestras analizadas se evaluó en términos de nitrato-nitrógeno (NO3–N), nitrito-nitrógeno (NO2–N), amoníaco-nitrógeno (NH3–N) y nitrógeno ligado orgánicamente. Las mediciones de TOC/TN se realizaron en viales marrones para proteger el DOX de una eventual degradación incontrolada bajo la luz Vis. Los análisis de TOC/TN se realizaron vertiendo viales marrones con 10 mL de las muestras analizadas y acidificándolos con 500 µL de HCl 2 mol L−1 (Avantor Performed Materials, Polonia) hasta alcanzar un pH de 2 (se añadió HCl para eliminar el CO2) . Además, se midió como control el contenido de TOC/TN en agua desionizada. Los datos recopilados se probaron estadísticamente con la ayuda de GraphPad Prism 8.0, utilizando la prueba t no pareada (prueba post-hoc de Tukey, análisis paramétrico) y obteniendo valores de p de dos colas.

Las mediciones ATR FT-IR se realizaron con un instrumento Jasco FT-IR 4700 (MD, EE. UU.) equipado con un accesorio ATR de diamante. Los espectros ATR FT-IR se registraron en el rango de 4000–400 cm−1 con una resolución de 4 cm−1 tomando 64 exploraciones por cada análisis. Luego, los datos recopilados se analizaron utilizando el software Spectra Analysis. A su vez, los espectros de absorción UV/Vis se registraron utilizando un instrumento Jasco V-530 (MD, EE. UU.) en el rango de 200 a 1100 nm con una resolución de 1 nm. De manera similar, los datos recopilados luego se investigaron aplicando el software Spectra Analysis.

Para establecer el impacto del tratamiento pm-rf-APGD (bajo los parámetros operativos óptimos del sistema de flujo continuo aplicado) en las propiedades antibacterianas de la solución que contiene DOX, un ensayo de difusión de disco estándar, que involucra el no tratado y el pm-rf -Las soluciones DOX tratadas con APGD se realizaron en cepas bacterianas clasificadas como patógenos oportunistas humanos (Tabla 3). Las cepas seleccionadas son microorganismos modelo que se utilizan con frecuencia en las pruebas de susceptibilidad a los antibióticos o aislados clínicos de propiedades patogénicas (Tabla 3). Estas cepas se originaron a partir de la colección de la Facultad Intercolegial de Biotecnología de la Universidad de Gdansk y la Universidad Médica de Gdansk (IFB UG y MUG), en las que se almacenaron a -80 °C en glicerol al 40 % (v/v). Antes de los experimentos, las células bacterianas (Tabla 3) se recolectaron de un stock correspondiente y se esparcieron de manera reductora en un medio Mueller-Hinton Agar (M-HA; BTL, Polonia). La placa inoculada se incubó a 37 °C durante 24 h. Luego, se recolectó un asa de las células bacterianas de la placa M-HA y se utilizó para la inoculación de 5 ml del caldo Mueller-Hinton (M-HB; BTL, Polonia). Siguió la incubación del cultivo durante 24 h con agitación a 120 rpm. Posteriormente, el cultivo de toda la noche se centrifugó (10 min; 6500 rpm). Se descartó el sobrenadante y las células bacterianas precipitadas se lavaron dos veces en agua estéril. La densidad óptica de la suspensión bacteriana se ajustó a 0,5 en la escala de McFarland (McF) (aprox. 1,5 × 108 células por ml) con el uso de un densitómetro DEN-1B (BioSan, Letonia).

Las suspensiones de 0,5 McF preparadas de células bacterianas (Tabla 3) se utilizaron para realizar el ensayo de difusión en disco mencionado anteriormente. En este caso, se suspendió un hisopo de algodón estéril en la suspensión bacteriana preparada de 0,5 McF (Tabla 3). El exceso de líquido se descartó antes de esparcir la suspensión bacteriana recolectada (Tabla 3) tres veces sobre la superficie de la placa M-HA (20 cm3). Posteriormente, se colocaron discos blancos (Biomaxima, Polonia) de 5 mm de diámetro sobre la superficie del medio M-HA inoculado (3 discos por placa). Se vertieron 10 µl de la solución de DOX tratada con pm-rf-APGD o de la solución que contenía DOX no tratada de control en un disco blanco. Luego, las placas de M-HA se incubaron a 4 °C durante 1 h para permitir la difusión de la sustancia activa en el medio. A continuación, las placas se sometieron a 37 °C durante 24 h antes de la medición de las zonas de inhibición del crecimiento observadas. Este experimento se llevó a cabo por triplicado con tres repeticiones técnicas cada uno. Los resultados se visualizaron y probaron en términos de significación estadística con el uso de R 3.1.3 25. Los diámetros observados de las zonas de inhibición del crecimiento bacteriano, resultantes de la sujeción de los microbios a la solución que contiene DOX tratada con pm-rf-APGD , se compararon con una prueba t de dos caras (ya sea la prueba t de Student o la prueba t de Welch dependiendo del cumplimiento de los requisitos para el análisis paramétrico, según se analizó con las pruebas de Shapiro-Wilk y Levene) con las adquiridas para las bacterias expuestas al medio no tratado. Solución que contiene DOX. p < 0.05 fue implementado para realizar todos estos cálculos.

Para evaluar las interacciones y los procesos que ocurren en la interfaz del sistema pm-rf-APGD con la solución DOX, se emplearon varios métodos colorimétricos. Las concentraciones de ROS totales además de ROS y RNS individuales, tales como: H2O2, NO2−, NO3−, se evaluaron en la solución de DOX tratada con pm-rf-APGD y sin tratar bajo los parámetros operativos óptimos establecidos para este flujo continuo sistema de reacción-descarga. La descripción de todos los métodos utilizados se presenta en la sección Información complementaria. La determinación de los contenidos de RNS y ROS se realizó 10 minutos después del tratamiento con pm-rf-APGD de la solución que contenía DOX para enfriarla a temperatura ambiente.

Para evaluar mejor la ruta de degradación de DOX durante el tratamiento con pm-rf-APGD, se estimaron las actividades de ROS significativas. En los procesos de degradación del DOX, los constituyentes reactivos más importantes son ·OH, H2O2 y O3. La confirmación de su participación en el proceso de degradación de DOX, se llevaron a cabo los análisis de HPLC-DAD para soluciones de DOX tratadas con pm-rf-APGD y sin tratar con la adición de eliminadores apropiados. Los protocolos para las pruebas de barrido se describieron en detalle en la Información complementaria.

En cuanto a la descomposición de antibióticos como DOX a partir de soluciones acuosas, hasta ahora se ha prestado poca atención a la posibilidad de utilizar los sistemas que generan CAPP en contacto directo con los líquidos que contienen el antibiótico disuelto16,20,26,27,28. En todos los trabajos citados anteriormente, los CAPP se sustentaban en sistemas de flujo no continuo, por lo tanto, el tratamiento de las soluciones que contenían el fármaco era de carácter no fluido y consideraba volúmenes bastante limitados de estas soluciones, es decir, hasta un máximo de 50 ml. Además, el tiempo de tratamiento aplicado en los sistemas CAPP mencionados anteriormente fue bastante prolongado, ya que normalmente osciló entre 2 y 80 min.

En el presente trabajo, un efecto combinado de diferentes agentes proporcionados por pm-rf-APGD, incluidos RONS a corto y largo plazo, la radiación UV y otras especies reactivas, incluidos NOx, NH, N2 y N2+, producidos en el gas Se esperaba la fase de la descarga (consulte los espectros OES presentados en la Fig. S2, Información complementaria, para obtener más detalles). Todos estos agentes podrían ser responsables de la descomposición eficiente de DOX, siendo el antibiótico de la clase de las tetraciclinas. La construcción del sistema de flujo continuo propuesto permitió un breve contacto de la solución con los componentes asociados al plasma, por lo tanto, disminuyó la posibilidad de atribuir la degradación de este compuesto orgánico a una temperatura demasiado alta. De esta manera, el efecto requerido se vinculó principalmente con las interacciones plasma-líquido, mientras que el proceso de degradación del antibiótico estudiado probablemente se logró a través de sus interacciones con las especies reactivas derivadas de CAPP. Teniendo en cuenta el sistema de descarga de reacción de flujo continuo examinado con pm-rf-APGD, se esperaba que la descomposición más efectiva de DOX se lograra a la temperatura de solución más alta (pero no > 42 °C como se verificó experimentalmente usando los ciclos de trabajo del 60% y superior) y el pH más bajo de la solución tratada con CAPP, lo que indica la formación de RON a corto y largo plazo como HNO2 y HNO3, respectivamente29. Por esta razón, los valores de T y pH de las soluciones que contienen DOX tratadas con pm-rf-APGD en diferentes condiciones experimentales fueron las respuestas del sistema en el diseño de superficie de respuesta de Box-Behnken. Después de ejecutar este diseño experimental de acuerdo con la matriz de Box-Behnken que se muestra en la Tabla S1, la T de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD se estableció en un rango de 28,6 a 36,6 °C, mientras que su pH cambió de 2,94 a 3,28.

Los modelos de regresión establecidos para estas dos respuestas fueron estadísticamente significativos. Como se puede observar en las Tablas 1 y 2, los valores de p respectivos para ambos modelos fueron iguales a 0.009 (T) y 0.028 (pH), e inferiores a α = 0.1 utilizado en el algoritmo de eliminación de términos hacia atrás para encontrar las ecuaciones finales. de estos modelos de regresión. Los valores de R2 correspondientes fueron 66,9% y 63,1%, respectivamente. También vale la pena señalar que los valores p para la prueba de falta de ajuste fueron mucho más altos que el valor α, es decir, 0,211 (T) y 0,430 (pH). Esto indicó claramente que las ecuaciones establecidas describían adecuadamente la relación (dada en las Tablas 1 y 2) entre las variables de respuesta y los parámetros de operación estudiados. Dado que no había evidencia de que los modelos de regresión desarrollados no se ajustaran a los datos adquiridos, no había razón para rechazar estos modelos.

Además, se analizaron visualmente los residuos obtenidos para ambos modelos de regresión (ver Fig. 1). En el caso de las gráficas de probabilidad normal, todos los puntos de datos siguieron las líneas rectas, lo que confirma que se distribuyeron normalmente, tanto en el caso de T como de pH. Al pasar a los diagramas de dispersión de los residuos estandarizados frente al orden de ejecución, los puntos de datos se colocaron de forma bastante aleatoria a ambos lados de las líneas centrales, lo que demuestra que los residuos no estaban correlacionados entre sí. Todo esto señaló que ambos modelos de regresión podrían aplicarse para seleccionar adecuadamente los parámetros operativos del sistema de reacción-descarga de flujo continuo que privilegiarían la descomposición eficiente de DOX.

Las gráficas de residuales para temperatura (T) y pH, presentando la distribución de los residuales analizados.

Teniendo en cuenta el efecto de los parámetros operativos en T (°C) de la solución DOX tratada por el sistema pm-rf-APGD de flujo continuo, parecía que aumentaba linealmente mientras el ciclo de trabajo (el parámetro operativo C) del pm- La corriente alterna de rf que suministra la descarga también está elevada (Fig. 2). Esto podría estar directamente relacionado con la duración de los impulsos y la transferencia mejorada de la energía del campo eléctrico al plasma y, en consecuencia, conducir a la intensificación de los procesos relacionados con la operación del plasma y la formación de ROS y RNS en la fase gaseosa de la descarga. y en las soluciones tratadas. Al referirse al efecto del caudal de la solución FLE (el parámetro de operación B), se estableció que la T (°C) de dicha solución aumentaba hasta cierto valor y luego disminuía, probablemente por el efecto de enfriamiento y una tiempo relativamente corto de contacto de los componentes del plasma pm-rf-APGD con los constituyentes de la solución.

El efecto de los parámetros operativos de pm-rf-APGD sobre la temperatura (T, °C) y el pH de la solución tratada con pm-rf-APGD (según la matriz de Box-Behnken presentada en la Tabla S1).

Teniendo en cuenta el pH de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD, las condiciones más favorables, es decir, proporcionar el pH más bajo, fueron aseguradas por el ciclo de trabajo más alto (que coincidió con su efecto en T de la solución tratada con CAPP) y el caudal más bajo de solución FLE. En este último caso, el tiempo de contacto con los RONS de corto y largo plazo en la fase gaseosa de la descarga, así como la tasa de interacciones plasma-líquido, serían los más intensivos. Esto ciertamente tendría un impacto en la producción efectiva de RONS en la solución, lo que conduciría a una descomposición eficiente de DOX. También se encontró que el efecto de la concentración de DOX (el parámetro operativo A) es importante para lograr una alta eficiencia de degradación de DOX, luego del tratamiento con pm-rf-APGD. Además, se señaló que las soluciones y/o fluidos procesados ​​que contienen DOX podrían eventualmente requerir una dilución inicial antes del tratamiento con pm-rf-APGD.

Considerando tanto los modelos de regresión de superficie de respuesta como la suposición de lograr una tasa de descomposición de antibiótico eficiente en las condiciones de mayor T y menor pH (debido a los procesos de descomposición del antibiótico por RONS generados a través de las interacciones plasma-líquido), fue encontró que tales condiciones podrían proporcionarse cuando la solución que contiene DOX a una concentración de 51,5 µg L-1 se introduce a un caudal de 2,8 mL min-1 al sistema de reacción-descarga pm-rf-APGD sostenido mediante el uso del deber ciclo del 50%. En estas condiciones, las variables de respuesta modeladas se establecieron de la siguiente manera: 36,6 ± 0,8 °C (T) y 3,01 ± 0,04 (pH). Así, los valores de dT y dpH fueron 1.000 y 0.803, respectivamente. El valor de la función D fue 0.896, mostrando una selección razonablemente buena de las condiciones óptimas de la optimización multiparamétrica realizada.

Para los ajustes mencionados anteriormente de los parámetros operativos (A: 51,5 µg mL−1, B: 2,8 mL min−1, C: 50 %), se validaron ambos modelos de regresión de superficie de respuesta. Se realizaron experimentos independientes y se corrió el sistema de reacción-descarga bajo los parámetros operativos establecidos para tratar una solución DOX. Luego, se midieron la T y el pH de la solución tratada con pm-rf-APGD. Se obtuvieron los siguientes resultados: T = 37,4 ± 0,1 °C y pH = 2,90 ± 0,10, y estuvieron en buena concordancia con los valores predichos por los modelos desarrollados.

La concentración de DOX en las soluciones no tratadas y tratadas con pm-rf-APGD, preparadas para la validación de modelos, se determinó mediante HPLC-DAD. Se encontró que en la solución de DOX sin tratar preparada, la concentración cuantificada de DOX era de 54,5 µg mL−1 (en lugar de 51,5 µg mL−1). Por otro lado, la concentración de DOX en la solución tratada con pm-rf-APGD fue de 11,38 µg mL−1. Con base en los cromatogramas presentados en la Fig. S3 (Información complementaria), se calculó que el 79 ± 4,5 % de DOX se eliminó efectivamente de la solución de DOX inicial mediante el uso del tratamiento pm-rf-APGD bajo los parámetros operativos óptimos establecidos para el flujo aplicado -mediante sistema de reacción-descarga.

En el siguiente paso, era crucial identificar los productos de la degradación de los antibióticos, ya que estas sustancias podrían tener un impacto en el medio ambiente natural. Por esta razón, se utilizó UPLC-MS/MS de alta resolución para identificar los productos de degradación de DOX, luego de tratar la solución acuosa de este fármaco mediante pm-rf-APGD bajo los parámetros óptimos de operación. Los cromatogramas de corriente iónica total (TIC, ESI+) de las soluciones DOX antes y después del tratamiento con CAPP se presentan en la Fig. 3. En el cromatograma de la solución DOX no tratada se detectaron dos picos con m/z de 445,16 [M + H ]+. El pico a los 2,6 min fue de DOX, mientras que el pico a los 2,1 min probablemente se originó a partir de epi-DOX, que a menudo se encuentra como una impureza de DOX y su producto de transformación abiótica. En el cromatograma de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD, se encontraron dos señales adicionales. El producto de degradación (DP) 1 dio los mismos espectros de masas con [M + H]+ 461,1541. Para este compuesto, el software atribuyó la fórmula C22H24N2O9. Esto corresponde a DOX más un átomo de O.

La parte superior: el cromatograma de corriente iónica total (TIC) de DOX (la solución no tratada); la parte inferior: el TIC correspondiente con el cromatograma agregado de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD.

Los espectros MS/MS (presentados en la Fig. S4, Información complementaria) revelaron que los patrones de fragmentación del pico principal y el siguiente diferían. La principal fragmentación de DP1 se produjo por una liberación del grupo OH (m/z 17). El producto de degradación con m/z de 417,1649 correspondía a la fórmula C21H24N2O7 y podría asignarse a DOX menos el grupo CO (Fig. S5, Información complementaria). Esta masa también dio el segundo pico cromatográfico, y el patrón de fragmentación por MS/MS también dio [M-36 + H]+ (una liberación del fragmento H3NO) y [M-17 + H]+. Todo esto sugirió que durante el tratamiento pm-rf-APGD de DOX se pueden diferenciar procesos tales como el ataque del radical O y la eliminación del CO de la estructura química de DOX. En particular, en la estructura química de DOX, hay varios lados atractivos. En la muestra acuosa final de DOX, la concentración de estos productos fue menor, lo que sugiere que la mineralización de DOX fue eficiente.

Después de los análisis HPLC-DAD y UPLC-MS/MS, la solución tratada con pm-rf-APGD se sometió a las mediciones de TOC y TN (cambios en el contenido total de especies/productos que contienen C y N en la solución) y el análisis por ATR FT-IR y UV/Vis (cambios en la estructura química del compuesto objetivo, identificación grupal de nuevas especies/productos presentes en la solución).

En primer lugar, se determinaron las concentraciones de TOC y TN en las soluciones DOX no tratadas y tratadas con pm-rf-APGD para establecer el impacto de pm-rf-APGD en la mineralización del antibiótico objetivo en la solución. Se encontró que después del tratamiento con pm-rf-APGD de la solución DOX, el contenido de TOC aumentó ligeramente (***p < 0.004) de 32.28 ± 0.04 µg mL−1 (la solución DOX no tratada) a 34.94 ± 0.42 µg mL− 1 (la solución DOX tratada con pm-rf-APGD). Estos cambios pueden estar asociados con la ligera evaporación del agua durante el tratamiento CAPP de la solución DOX. Además, como fue informado por Sarangapani et al.16, las desviaciones observadas podrían estar relacionadas con la formación de ácidos carboxílicos en la solución tratada con CAPP. Su presencia podría afectar la efectividad del proceso de mineralización de DOX al ralentizarlo. Por otro lado, teniendo en cuenta los cambios en la concentración de TN en las soluciones de DOX analizadas, se evaluó que la operación controlada pm-rf-APGD condujo a un aumento (****p < 0.0001) en el contenido de TN en aproximadamente 7,3 veces; 23,81 ± 0,32 µg mL−1 en la solución de DOX sin tratar frente a 3,25 ± 0,03 µg mL−1 en la solución de DOX tratada con pm-rf-APGD. Este aumento significativo probablemente fue causado por la producción de HNO3 o HNO2 según las siguientes reacciones: NO2 + OH = HNO3 y NO + OH = HNO230. Además, los iones de NO2− probablemente se oxidaron en condiciones ácidas a iones de NO3− de acuerdo con la siguiente reacción: 3HNO2 = NO3− + 2NO + H3O+, como fue informado previamente por Jamróz et al.30 en términos de un dc-APGD sistema. Los otros caminos para la producción de HNO3 y HNO2 involucraron varias formas de óxido nítrico (NOx) con agua y peróxido de hidrógeno: 2NO2 + H2O = NO2− + NO3− + 2H+, NO + NO2 + H2O = 2NO2− + 2H+ . Además, los iones NO2− se oxidan fácilmente a NO3– (por ejemplo, NO2− + H2O2 = NO3− + H2O, NO2− + O3 = NO3− + O2, 3HNO2 = NO3− + 2NO + H3O) o se descomponen (2HNO2 = NO + NO2 + H2O) y, por tanto, la concentración de estos iones era relativamente baja31. La producción de HNO3 y HNO2 activada por plasma se confirmó mediante las mediciones de pH de las soluciones de DOX no tratadas y tratadas con pm-rf-APGD. El pH de la solución tratada con pm-rf-APGD fue un indicador de la generación de RNS. El pH más bajo se relacionó con la mayor producción de radicales NO (NO·), que se observó coincidentemente en los espectros de emisión del sistema pm-rf-APGD. Los radicales NO y sus derivados formados en la solución dieron como resultado la formación de HNO3 (por lo que se redujo el pH). Además, se observa la producción más alta de ROS, especialmente ·OH se observó en el pH más bajo de 17. La producción intensificada de ROS y RNS fue responsable de la degradación eficiente del compuesto objetivo. La bondad de esta suposición se verificó mediante los análisis HPLC-DAD de la solución tratada con pm-rf-APGD en las condiciones operativas óptimas (al pH más bajo y la T más alta). En este caso, la eficiencia de la degradación del compuesto objetivo fue casi cuantitativa. De esta manera se comprobó que medir pH y T es una buena manera de optimizar los parámetros de trabajo del sistema pm-rf-APGD. Para la solución aquí analizada, se detectó una caída en el valor de pH de 4,11 a 2,90, lo que confirmó la acidificación de la solución DOX después del tratamiento con pm-rf-APGD.

Luego, se realizaron análisis ATR FT-IR y UV/Vis de soluciones DOX para definir cambios en la estructura química del antibiótico objetivo después del tratamiento con pm-rf-APGD. Con base en los estudios ATR FT-IR, no se identificaron desviaciones significativas en la conformación de las funcionalidades DOX. Independientemente de la concentración de DOX en la solución o de si se analizó la solución antes o después del tratamiento pm-rf-APGD, la presencia de las bandas asociadas con C = C (~ 1644 cm−1), y O–H (~ 3321 cm−1), así como también se confirmaron las vibraciones de estiramiento atribuidas a los enlaces O–H y N–H (~ 2363 cm−1) (Figura S6A)32. Esto podría estar relacionado con las fuertes vibraciones de estiramiento atribuidas al enlace O-H, lo que posiblemente dificultó la visualización de cualquier cambio en el DOX.

Pasando al análisis UV/Vis, se observó una desviación en los espectros de la solución DOX obtenida después del tratamiento con pm-rf-APGD. Como se puede ver en la Figura S6B, el tratamiento con pm-rf-APGD de la solución DOX desencadenó una clara disminución en el valor de absorbancia con desplazamientos al rojo simultáneos de las bandas en las regiones de ~ 360 y ~ 280 nm. La disminución de la absorbancia podría estar relacionada con una disminución de la concentración de DOX después del tratamiento con pm-rf-APGD y una disminución del valor de pH de la solución. Sin embargo, los cambios mencionados anteriormente también podrían estar supuestamente asociados con desviaciones en la estructura química de DOX. Esta suposición coincide con los resultados obtenidos mediante el uso de UPLC-MS/MS (Fig. 3).

Para evaluar si el tratamiento pm-rf-APGD conduce a una disminución de las propiedades antibacterianas de la solución DOX, el ensayo de difusión de disco estándar que involucra tres cepas de patógenos humanos oportunistas bacterianos, es decir, E. coli ATCC 25922, S. aureus ATCC 25904 y S. haemolyticus ATCC 29970, se llevó a cabo.

En términos de E. coli ATCC 25922, siendo una cepa de referencia recomendada para la estimación de la susceptibilidad a los antibióticos, se observó una pérdida completa de las propiedades antibacterianas de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD (Fig. 4). Con respecto a otros dos microorganismos incluidos, es decir, los aislados clínicos S. haemolyticus ATCC 29970 y S. aureus ATCC 25904, se registraron diferencias estadísticamente significativas (prueba t de Welch; p < 0,05; Fig. 4) en las zonas de inhibición del crecimiento bacteriano medido si el pm Se aplicó solución de DOX tratada con -rf-APGD en contraste con la solución de control de DOX sin tratar. Las disminuciones entre las medias de los diámetros de inhibición del crecimiento fueron del 37% y 29%, con respecto a los ensayos realizados en S. haemolyticus ATCC 29970 y S. aureus ATCC 25904, respectivamente (Fig. 4).

Propiedades antibacterianas de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD en comparación con la solución de control no tratada con plasma. Se realizó un ensayo estándar de difusión en disco. Se representan las medias ± errores estándar de los diámetros de inhibición del crecimiento bacteriano medidos. Los asteriscos marcan diferencias estadísticamente significativas (prueba t de dos muestras de Welch a p < 0,05) entre las acciones antimicrobianas de las soluciones DOX tratadas con CAPP en contraste con los controles correspondientes. El experimento se realizó tres veces con tres repeticiones técnicas en cada una. Se utilizaron las siguientes cepas bacterianas: E. coli ATCC 25922, S. aureus ATCC 25904 y S. haemolyticus ATCC 29970. DOX: doxiciclina. pm-rf-APGD: descarga luminiscente de presión atmosférica de radiofrecuencia modulada por pulsos.

Desafortunadamente, en los estudios anteriores que aplicaron diferentes fuentes de CAPP para la degradación de DOX20,21, en nuestra opinión, no se abordó el tema crucial con respecto a la pérdida o retención de las propiedades antimicrobianas de las soluciones de DOX tratadas con CAPP. Anteriormente, Zhang et al.33 informaron la pérdida de las propiedades antimicrobianas de una solución de cefixima frente a E. coli ATCC 25922 después del tratamiento con CAPP dentro de las burbujas de las áreas interfaciales gas-líquido agrandadas. Este resultado estuvo de acuerdo con nuestra observación sobre la falta de acción antibacteriana hacia la misma cepa bacteriana de la solución DOX tratada con pm-rf-APGD. De manera similar a los datos aquí descritos, Sarangapani et al.16 también observaron una disminución en la acción antimicrobiana hacia las cepas de E. coli o B. subtilis de ciprofloxacina y ofloxacina suspendidas en agua o efluentes de carne después de 15 a 25 minutos de exposición a CAPP. . Por lo tanto, encontramos indicaciones de que la tecnología basada en plasma podría ser una solución al problema frecuentemente informado de la ineficacia de la eliminación de antibióticos por las prácticas convencionales de gestión de aguas residuales34.

Además, los estudios de Li et al.35 y Liao et al.36 sugieren beneficios adicionales de los enfoques basados ​​en CAPP para la descontaminación de desechos líquidos de antibióticos. Parece que además de la degradación directa de las moléculas de las actividades biocidas, la aplicación de la tecnología basada en CAPP también puede conducir a la eliminación de cepas bacterianas multirresistentes, la degradación de los genes que contienen ADN que permiten la adquisición de resistencia a los antibióticos (p. ej., tet(C), tet(W ), blaTEM-1, aac(3)-II), y el gen del integrón intI1), y disminución de la frecuencia de una transferencia génica horizontal por conjugación35,36. Estos resultados complejos del tratamiento basado en CAPP serían muy beneficiosos para la descontaminación de aguas residuales de hospitales y clínicas. Por ejemplo, Nguyen et al.37 monitorearon la eficacia de degradación de ofloxacina, ciprofloxacina, cefuroxima y amoxicilina de la planta de tratamiento de aguas residuales basada en CAPP en uno de los hospitales de Vietnam. Las tasas de degradación del fármaco logradas fueron altas, es decir, superando el 99 % para cefuroxima y ciprofloxacina y el 72 % para amoxicilina y ofloxacina, aunque, lamentablemente, los autores no estudiaron la variación en la cantidad de coliformes detectados antes y después del tratamiento con CAPP. Este aspecto sería interesante de abordar en el futuro especialmente en vista de las altas tasas de contaminación microbiológica de las aguas residuales de origen hospitalario (1,5 × 105 − 1,4 × 107 UFC/100 mL; Nguyen et al.37). Gilmore et al.38 enumeraron un posible inconveniente de un enfoque que involucraba CAPP, quienes informaron la inducción de un fenotipo metabólicamente inactivo, latente y transitorio que proporciona una tolerancia elevada al estrés en la población microbiana expuesta a CAPP, lo que conduce a la generación de persistentes o viables. pero células no cultivables (VBNC). Por lo tanto, una dirección de investigación que apunte a combinar las propiedades antimicrobianas directas y de degradación de fármacos de los CAPP es altamente respaldada, aunque los experimentos planeados para confirmar su efectividad no deben basarse únicamente en enfoques de cultivo microbiológico estándar, que pasan por alto un grupo ambiental notable de resistencia a los antibióticos. genes, a saber, las células VBNC.

Para revelar las interacciones pm-rf-APGD-líquido, que están involucradas en el proceso de degradación de DOX, se determinó la concentración total de ROS y la concentración de RON seleccionados, incluidos NO3-, NO2- y H2O2, en el DOX que contiene solución.

Se encontró que la concentración de los RONS medidos aumentó considerablemente después de realizar el tratamiento pm-rf-APGD de la solución DOX. Considerando la concentración total de ROS en la solución DOX tratada con pm-rf-APGD, alcanzó 20.88 ± 1.30 µg L-1, mientras que para la solución DOX no tratada no se determinaron ROS (Fig. 5). Debido a que el H2O2 desempeña un papel clave en la degradación de DOX después del tratamiento con pm-rf-APGD, la concentración de H2O2 también se midió mediante otros ensayos colorimétricos. Se encontró que la concentración de H2O2 en la solución de DOX, después del tratamiento por pm-rf-APGD, fue igual a 4,34 ± 0,60 mg L−1. Para la solución DOX no tratada, no se detectó H2O2. La concentración de H2O2 determinada se incluye en la cantidad total estimada de ROS. Sin embargo, la contribución de H2O2 en la concentración total de ROS evaluada sigue siendo baja, lo que demuestra la participación significativa del resto de ROS, especialmente ·OH y O3 en la degradación de DOX.

La concentración de especies reactivas de nitrógeno (a) y oxígeno (b) determinadas en la solución de DOX tratada con pm-rf-APGD además de la solución de DOX sin tratar. Se dan las medias ± errores estándar de las concentraciones medidas de las formas reactivas. Marca con asteriscos: diferencias estadísticamente significativas (análisis de varianza de una vía con la prueba post-hoc de Tukey; ****p < 0,0001).

El siguiente paso en estudios adicionales sobre las interacciones pm-rf-APGD-líquido involucradas en el proceso de degradación de DOX fue determinar la influencia de la generación reducida de las ROS más importantes en la eficacia de degradación de DOX. Al eliminar ·OH y por separado H2O2 con O3 de los procesos de descomposición de DOX, fue posible estimar los roles individuales de estas especies en los procesos que ocurren. Se encontró que la acción nucleófila de ·OH dio como resultado una eficacia de degradación del 33,8 % en comparación con la eficacia de degradación del 83,5 % de DOX en la solución sin etanol. Además, la eliminación de H2O2 en la solución de DOX tratada con pm-rf-APGD condujo a una degradación de DOX del 21,8 % en comparación con la eficiencia de degradación de DOX del 83,5 % mencionada anteriormente en la solución sin suero bovino fetal (FBS). Teniendo en cuenta las diferencias obtenidas después de eliminar a los individuos reactivos específicos, parecía que la descomposición de DOX probablemente se debía a la presencia de H2O2 y O3. Desde este punto de vista, el mecanismo probable puede ocurrir por la acción del radical ·OH sobre el doble enlace carbono-carbono. La unión de las especies subsiguientes condujo a la formación de otros intermediarios, lo que a su vez resultó en la descarboxilación o sustitución de grupos amino. Todos estos fenómenos pueden terminar en la apertura del anillo aromático. Para obtener una descripción completa de los posibles productos intermedios formados en estas condiciones y otras reacciones en las que participan, se puede consultar el artículo de Magureanu et al.17. Por otro lado, las elevaciones más significativas en el contenido de RNS se observaron en el caso de los iones NO3−, es decir, de 0,59 ± 0,52 mg L−1, determinados en la solución de DOX sin tratar, a 41,93 ± 2,85 mg L−1 medidos en la solución DOX tratada con pm-rf-APGD (Fig. 5). Un patrón similar se observó en el caso de los iones NO2−, cuya concentración aumentó después del tratamiento con pm-rf-APGD de la solución DOX, es decir, de 2,0 ± 1,7 mg L−1 cuantificados en la solución DOX sin tratar a 64,0 ± 1,8 mg L-1 determinado en la solución DOX tratada con pm-rf-APGD (Fig. 5). Las concentraciones significativamente aumentadas de los iones NO2- y NO3- confirmaron la generación de estos RNS de una vida útil más larga, siguiendo las interacciones pm-rf-APGD-líquido. Además, la fuente adicional de RNS mencionada resultó de la descomposición de la solución DOX tratada con la ayuda del sistema pm-rf-APGD, lo que confirma la efectividad de este proceso. Además, la presencia de los iones NO2− y NO3− en el medio ambiente líquido conduce a la producción de HNO2 y HNO3, lo que reduce suficientemente el pH del medio ambiente. La baja acidez tiene un impacto significativo en las reacciones en cascada posteriores, acelerando la generación de ·OH, que juega un papel crucial en la degradación de DOX.

Existe un amplio espectro de factores que tienen un impacto en las propiedades del tratamiento CAPP. Por lo tanto, las características de corriente-voltaje de la descarga, la configuración del electrodo y el método de introducción de la solución y su contacto con la descarga afectan significativamente la contribución de los principales RNS y ROS al proceso de descomposición del fármaco. En esta perspectiva, la utilización de sistemas de reacción-descarga basados ​​en dc-APGD39, en los que la solución de NH4NO3 actuaba como un cátodo líquido que fluía, resultó en la producción de una cantidad significativamente menor, es decir, 9,3 µg mL−1, de iones NO2− que en el sistema pm-rf-APGD aquí aplicado. Allí, la concentración de iones NO3- en la solución de NH4NO3 del sistema de reacción-descarga basado en CAPP no tratada versus la tratada fue de 1624 versus 1195 µg mL−1, respectivamente. Por otro lado, la concentración total de ROS se determinó en 28,79 µg mL−1, lo que concuerda con los resultados presentados en el presente trabajo (20,88 ± 1,30 µg mL−1). Sin embargo, considerando el análisis anterior de la concentración de RONS realizado en líquidos más complejos, como medios de cultivo tratados en régimen estacionario por otras fuentes de CAPP, las concentraciones determinadas de RNS y ROS estudiadas fueron comparables. Más detalladamente, una descarga de barrera dieléctrica (DBD), generada en contacto con 1,50 mL de un medio de cultivo DMEM, condujo a la producción de 10,00 ± 0,01 µg mL−1 de los iones NO2−, 1,20 ± 0,08 µg mL−1 de los iones NO3− y 19,5 ± 0,4 µg mL−1 de iones NH4+, así como 3,31 ± 0,03 µg mL−1 de moléculas de H2O240. A pesar de las concentraciones significativamente más bajas de iones NO2- y NO3- registradas en el medio de cultivo tratado con CAPP, las concentraciones de iones NH4+ y H2O2 se correspondían bien con los valores medidos para estas especies en este documento. Las concentraciones de RONS también se midieron antes en otros tampones tratados con plasma. Por ejemplo, un tratamiento CAPP de 1,0 ml de PBS durante 20 s condujo a la producción de 1,7 µg mL−1 de H2O240. En otro estudio, la activación de 2,0 mL de PBS durante 5 min resultó en la producción de 17,72 µg mL−1 de iones NO2− y 1,28 µg mL−1 de iones NO3−, respectivamente42. Por lo tanto, las interacciones plasma-líquido reportadas aquí produjeron la producción de iones NO2- y NO3-, y moléculas de H2O2, cuyas concentraciones parecían estar en un buen acuerdo con las concentraciones reportadas en otros estudios.

Como se describió anteriormente, la descomposición de DOX de la solución acuosa con el sistema pm-rf-APGD probablemente resultó de la generación de RNS y ROS como NO3-, NO2-, NH, N2, N2+, ·OH y H2O2, según lo determinado por OES en la fase gaseosa del sistema CAPP y los métodos colorimétricos utilizados en la solución tratada. Como se sugirió en estudios anteriores, estos individuos reactivos exhibieron una alta potencia en la eliminación de contaminantes químicos y biológicos de los desechos líquidos43. Aquí, demostramos que, además del 79 ± 4,5 % de degradación de DOX por las RONS producidas en el sistema pm-rf-APGD utilizado, la solución de DOX tratada con CAPP perdió por completo su actividad biocida o disminuyó significativamente, según las especies bacterianas investigadas. .

Desde este punto de vista, esperamos una disminución en la presión selectiva planteada por las soluciones tratadas con pm-rf-APGD y, por lo tanto, podríamos asumir también tasas más bajas de transferencia horizontal de genes y una limitación en la selección de poblaciones microbianas de vida libre con genes que determinan la resistencia a los antibióticos7,8. Como resultado, estos determinantes genéticos no alcanzarán con tanta eficacia a las bacterias patógenas humanas de gran importancia clínica. Por tanto, los antibióticos, incluido en nuestro caso el DOX, seguirán siendo una opción terapéutica disponible. Nuestra investigación ha demostrado que el plasma basado en pm-rf-APGD podría ser una alternativa eficiente, innovadora y rentable para el tratamiento de los contaminantes de las aguas residuales, incluidos los que son difíciles de manejar44. Si bien, teniendo en cuenta las posibles aplicaciones futuras del sistema de reacción-descarga basado en pm-rf-APGD para fines de purificación de aguas residuales, se debe asegurar que los líquidos tratados con CAPP no supondrán ningún riesgo ambiental y los vertidos generados no interrumpir los procesos ecológicos sostenibles en la biosfera45. Uno de los aspectos a abordar sería cuánto tiempo los RONS generados exhiben su potencial red-ox. También se debe neutralizar el pH bastante bajo de la solución tratada con pm-rf-APGD, por ejemplo, durante los procesos de desnitrificación en las instalaciones de aguas residuales convencionales44, o con el uso de polvo de horno de cal o cemento46. Además, durante un futuro escalamiento y ajuste de esta tecnología para los requisitos industriales, debemos tener en cuenta que una fracción de los RONS generados por pm-rf-APGD serán consumidos por la matriz de aguas residuales36, por lo tanto, dejando concentraciones más bajas de estos individuos accesibles para el proceso de degradación de contaminantes. Los problemas mencionados anteriormente se investigarán más a fondo en nuestra investigación futura.

Hemos demostrado por primera vez que el sistema de descarga de reacción basado en pm-rf-APGD de flujo continuo desarrollado y optimizado podría aplicarse de manera eficiente para la descomposición de DOX de soluciones acuosas y, por lo tanto, limitar las propiedades antimicrobianas de este fármaco. Para encontrar los parámetros operativos óptimos del sistema de descarga de reacción desarrollado bajo el cual la solución DOX se degradará con éxito, se llevó a cabo su optimización multivariante, revelando los efectos de los parámetros operativos CAPP en el pH y la temperatura de la solución DOX sujeta a CAPP. Con base en el análisis estadístico, se encontró que la tasa de flujo de la solución DOX, el ciclo de trabajo para la corriente alterna de radiofrecuencia modulada por pulsos y la concentración de DOX en la solución juegan un papel crucial para lograr las condiciones operativas previstas, es decir, los parámetros. bajo el cual la T de la solución tratada con CAPP será la más alta mientras que el pH será el más bajo. Al someter la solución DOX a la ejecución de pm-rf-APGD bajo los parámetros operativos óptimos establecidos, se observó una tasa de descomposición de DOX del 79 ± 4,5 %. Los productos de degradación de DOX fueron DOX más un átomo de O y DOX menos CO. Los cambios en los espectros UV/Vis de DOX se detectaron después del tratamiento con CAPP, lo que confirmó aún más la descomposición de este antibiótico en productos de menor peso molecular. La solución de DOX tratada con pm-rf-APGD no mostró propiedades antimicrobianas frente a la cepa modelo para las pruebas de susceptibilidad a los antibióticos, es decir, E. coli ATCC 25922, y disminuyó significativamente en un 37 % y un 29 % sus actividades biocidas frente a aislados clínicos S. haemolyticus ATCC 29970 y S. aureus ATCC 25904, respectivamente. Al revelar las interacciones CAPP-líquido, se encontró que ROS y RNS, en nuestro caso NO3-, NO2-, NH, N2, N2+, OH y H2O2, estaban involucrados en la descomposición de DOX. Prevemos que la implementación futura del método de degradación de DOX eficiente, innovador y rentable desarrollado aquí en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales brindará beneficios para el sector de la salud pública al reducir la frecuencia de aparición de cepas resistentes a múltiples fármacos. Por lo tanto, el tratamiento de las infecciones bacterianas en entornos hospitalarios todavía podría manejarse con el uso de antibióticos de uso común.

acetonitrilo

Análisis de variación

Reflectancia total atenuada Furrier Transform-Infrared

Plasma frío a presión atmosférica

Diseño de experimento

doxiciclina

Producto de degradación

Electrodo de líquido que fluye

Oferta vertical completa

Cromatografía líquida de alta resolución: detección de matriz de diodos

Cromatografía líquida Espectrometría de masas de tiempo de vuelo de cuadrupolo

Límite de detección

Límite de cuantificación

Agar Mueller-Hinton

Caldo Mueller-Hinton

Carbón orgánico no purgable

Espectrometría de emisión óptica

Descarga luminiscente de presión atmosférica de radiofrecuencia modulada por pulsos

Especies de nitrógeno reactivo

Especies de oxígeno reactivas

Especies reactivas de oxígeno y nitrógeno

Desviación estándar relativa

Metodología de superficie de respuesta

Carbono organico total

Nitrógeno total

Cromatografía líquida de ultrarendimiento-espectrometría de masas en tándem

Ultravioleta-visible

Viable pero no cultivable

Zhou, LJ et al. Tendencias en la aparición de antibióticos humanos y veterinarios en los sedimentos del río Amarillo, el río Hai y el río Liao en el norte de China. Reinar. contaminar 159, 1877–1885 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Caban, M. & Stepnowski, P. ¿Cómo disminuir los productos farmacéuticos en el medio ambiente? Una revisión. Reinar. química Letón. 19, 3115–3138 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Klaver, AL & Matthews, RA Efectos de la oxitetraciclina sobre la nitrificación en un sistema acuático modelo. Acuicultura 123, 237–247 (1994).

Artículo CAS Google Académico

Macrì, A., Stazi, AV & Dojmi-Di-Delupis, G. Toxicidad aguda de furazolidona en larvas de Artemia salina, Daphnia magna y Culex pipiens molestus. ecotoxicol. Reinar. seguro 16, 90–94 (1988).

Artículo PubMed Google Académico

Kong, WD, Zhu, YG, Fu, BJ, Marschner, P. & He, JZ El antibiótico veterinario oxitetraciclina y Cu influyen en la diversidad funcional de la comunidad microbiana del suelo. Reinar. contaminar 143, 129–137 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kümmerer, K. Antibióticos en el medio ambiente acuático: Una revisión—Parte I. Chemosphere 75, 417–434 (2009).

Artículo ADS PubMed CAS Google Scholar

Van Hoek, AHAM et al. Genes adquiridos de resistencia a los antibióticos: una descripción general. Frente. Microbiol. 2, 203 (2011).

PubMed PubMed Central Google Académico

Nikaido, H. Resistencia a múltiples fármacos en bacterias. año Rev. Bioquímica. 78, 119–146 (2009).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Zaranyika, MF, Dzomba, P. & Kugara, J. Especiación y persistencia de doxiciclina en el medio ambiente acuático: Caracterización en términos de cinética de estado estacionario. J. Medio Ambiente. ciencia Sanar. Parte B 50, 908–918 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Holmes, NE & Charles, PGP Revisión de seguridad y eficacia de la doxiciclina. clin. Medicina. El r. 1, CMT.S2035 (2009).

Google Académico

Cunha, BA, Sibley, CM y Ristuccia, AM Doxiciclina. El r. Monitoreo de drogas 4, 115 (1982).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Joshi, N. & Miller, DQ Revisión de la doxiciclina. Arco. Interno. Medicina. 157(157), 1421–1428 (1997).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kogawa, AC, Regina, H. & Salgado, N. Hiclato de doxiciclina: revisión de propiedades, aplicaciones y métodos analíticos. En t. J. Ciencias de la vida. Farmacia Res. 2250–0480 (2012).

Szatmári, I., Laczay, P. & Borbély, Z. Degradación de doxiciclina en estiércol de cerdo envejecido. Acta Vet. Colgado. 59, 1–10 (2011).

Artículo PubMed Google Académico

Calcio Gaudino, E., Canova, E., Liu, P., Wu, Z. & Cravotto, G. Degradación de antibióticos en aguas residuales: Nuevos avances en tratamientos cavitacionales. Moléculas 26, 617 (2021).

Artículo PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Sarangapani, C. et al. Cinética de degradación de antibióticos tratados con plasma frío y su actividad antimicrobiana. ciencia Rep. 9, 1–15 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Magureanu, M., Bilea, F., Bradu, C. & Hong, D. Una revisión sobre el tratamiento con plasma no térmico del agua contaminada con antibióticos. J. Peligro. Mate. 417, 125481 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Bruggeman, PJ et al. Interacciones plasma-líquido: una revisión y hoja de ruta. Fuentes de plasma Sci. Tecnología 25, 053002 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Aggelopoulos, CA, Meropoulis, S., Hatzisymeon, M., Lada, ZG y Rassias, G. Degradación del antibiótico enrofloxacino en agua mediante plasma gas-líquido nsp-DBD: análisis paramétrico, efecto de los aditivos de H2O2 y CaO2 y exploración de la degradación mecanismos. química Ing. J. 398, 125622 (2020).

Artículo CAS Google Académico

El Shaer, M. et al. Degradación de antibióticos e inactivación de bacterias en el agua por descargas de plasma atmosférico frío por encima y por debajo de la superficie del agua. Química del plasma. Proceso de Plasma. 40, 971–983 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Sokolov, A., Kråkström, M., Eklund, P., Kronberg, L. y Louhi-Kultanen, M. Reducción de amoxicilina y doxiciclina en soluciones acuosas binarias y ternarias mediante oxidación por descarga corona pulsada en fase gaseosa. química Ing. J. 334, 673–681 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Minogue, TD et al. Ensamblaje completo del genoma de Escherichia coli ATCC 25922, una cepa de referencia del serotipo O6. Anuncio del genoma. 2, e00969 14 (2014).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Duthie, ES & Lorenz, LL coagulasa estafilocócica; Modo de acción y antigenicidad. J. Gen. Microbiol. 6, 95–107 (1952).

CAS PubMed Google Académico

Schleifer, KH & Kloos, WE Aislamiento y caracterización de estafilococos de piel humana. I. Descripciones modificadas de Staphylococcus epidermidis y Staphylococcus saprophyticus y descripciones de tres nuevas especies: Staphylococcus cohnii, Staphylococcus haemolyticus y Staphylococcus xylosus. En t. Sistema J. Bacteriol. 25, 50–61 (1975).

Artículo CAS Google Académico

Team, RC R: Un lenguaje y entorno para la computación estadística. (2020).

Magureanu, M. et al. Degradación de antibióticos en agua por tratamiento con plasma no térmico. Agua Res. 45, 3407–3416 (2011).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kim, KS, Yang, CS & Mok, YS Degradación de antibióticos veterinarios por plasma de descarga de barrera dieléctrica. química Ing. J. 219, 19–27 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Kim, KS, Kam, SK & Mok, YS Elucidación de las vías de degradación de los antibióticos de sulfonamida en un sistema de plasma de descarga de barrera dieléctrica. química Ing. J. 271, 31–42 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Gorbanev, Y., Privat-Maldonado, A. & Bogaerts, A. Análisis de especies reactivas de vida corta en sistemas de plasma-aire-agua: lo que se debe y lo que no se debe hacer. Anal. química 90, 13151–13158 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Jamróz, P., Gręda, K., Pohl, P. & Żyrnicki, W. Descargas luminiscentes a presión atmosférica generadas en contacto con cátodo líquido que fluye: producción de especies activas y aplicación en procesos de purificación de aguas residuales. Química del plasma. Proceso de Plasma. 34, 25–37 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Rathore, V. & Nema, SK Optimización de parámetros de proceso para generar agua activada por plasma y estudio de propiedades fisicoquímicas de soluciones activadas por plasma en condiciones óptimas. J. Aplicar. física 129(8), 084901 (2021).

Artículo ADS CAS Google Académico

Frecuencias de grupo característica Long, DA Infrared y Raman. Tablas y gráficos. En Revista de espectroscopia Raman vol. 35 905–905 (Wiley and Sons, 2004).

Zhang, T. et al. Degradación del antibiótico cefixima en agua por burbujas de plasma atmosférico: rendimiento, vías de degradación y evaluación de toxicidad. química Ing. J. 421, 127730 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Batt, AL, Bruce, IB & Aga, DS Evaluación de la vulnerabilidad de las aguas superficiales a la contaminación por antibióticos de las diversas descargas de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Reinar. contaminar 142, 295–302 (2006).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Li, H. et al. Eliminación eficaz inducida por plasma de Escherichia coli resistente a antibióticos y genes de resistencia a antibióticos, e inhibición de la transferencia de genes por conjugación. J. Peligro. Mate. 419, 126465 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Liao, X., Liu, D., Chen, S., Ye, X. y Ding, T. Degradación de contaminantes resistentes a antibióticos en aguas residuales por plasma frío atmosférico: cinética y mecanismos. Reinar. Tecnología (Reino Unido) 42, 58–71 (2021).

CAS Google Académico

Nguyen, PTT, Nguyen, HT, Tran, UNP & Manh Bui, H. Eliminación de antibióticos de aguas residuales de hospitales reales mediante la técnica de plasma frío. J. Chem. 221, 1–13 (2021).

Google Académico

Gilmore, BF et al. Plasmas fríos para el control de biopelículas: Oportunidades y desafíos. Tendencias Biotecnología. 36, 627–638 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Dzimitrowicz, A. et al. Optimización multivariante del sistema de descarga de reacción basado en FLC-dc-APGD para la producción continua de un líquido activado por plasma de propiedades fisicoquímicas y antifitopatogénicas definidas. En t. J. Mol. ciencia 22, 4813 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Terefinko, D. et al. La influencia de los medios tratados con plasma a presión atmosférica fría en la viabilidad celular, la motilidad y la inducción de la apoptosis en líneas celulares de cáncer de mama humano no metastásico (MCF7) y metastásico (MDA-MB-231). En t. J. Mol. ciencia 22, 3855 (2021).

Artículo CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Rodder, K. et al. Activación de células inmunitarias murinas tras el cocultivo con células de melanoma B16F10 tratadas con plasma. aplicación ciencia 9, 660 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Girard, F. et al. Formación de especies reactivas de nitrógeno, incluido el peroxinitrito en tampón fisiológico expuesto a plasma atmosférico frío. RSC Avanzado. 6, 78457–78467 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Bruggeman, P. & Leys, C. Plasmas no térmicos en y en contacto con líquidos. J. física. D. Apl. física 42, 053001 (2009).

Artículo ADS CAS Google Académico

Foster, JE, Mujovic, S., Groele, J. & Blankson, IM Hacia purificadores de agua a base de plasma de alto rendimiento: consideraciones de diseño y el camino hacia la aplicación práctica. J. física. D. Apl. física 51, 293001 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Kesari, KK, Verma, HN y Behari, J. Métodos físicos en el tratamiento de aguas residuales. En t. J. Medio Ambiente. Tecnología Administrar 14, 43–66 (2011).

Artículo CAS Google Académico

Mackie, A., Boilard, S., Walsh, ME & Lake, CB Caracterización fisicoquímica del polvo de horno de cemento para su posible reutilización en el tratamiento de aguas residuales ácidas. J. Peligro. Mate. 173, 283–291 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Descargar referencias

Estos estudios se han realizado en el marco del proyecto SONATA 15, otorgado a la Dra. Anna Dzimitrowicz (UMO-2019/35/D/ST8/04107), proporcionado por el Centro Nacional de Ciencias (NCN), Polonia.

Departamento de Química Analítica y Metalurgia Química, Universidad de Ciencia y Tecnología de Wroclaw, 27 Wybrzeze St. Wyspianskiego, 50-370, Wroclaw, Polonia

Anna Dzimitrowicz, Dominik Terefinko, Pawel Pohl y Piotr Jamroz

Departamento de Análisis Ambiental, Facultad de Química, Universidad de Gdansk, 63 Wita Stwosza, 80-308, Gdansk, Polonia

Magda Cabán y Piotr Stepnowski

Laboratorio de Protección Vegetal y Biotecnología, Facultad Intercolegial de Biotecnología Universidad de Gdansk y Universidad Médica de Gdansk, Universidad de Gdansk, 58 Abrahama, 80-307, Gdansk, Polonia

Weronika Babinska, Ewa Lojkowska, Wojciech Sledz y Agata Motyka-Pomagruk

Departamento de Polímeros y Materiales Carbonáceos, Universidad de Ciencia y Tecnología de Wroclaw, 27 Wybrzeze St. Wyspianskiego, 50-370, Wroclaw, Polonia

Piotr Cyganowski

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

AD, DT y AMP conceptualizaron el trabajo. AD, DT y PJ ajustaron el sistema de descarga de reacción basado en CAPP y realizaron una optimización multivariante de este sistema para encontrar las condiciones operativas óptimas de la descomposición DOX. MC realizó estudios HPLC-DAD y UPLC-MS/MS y analizó los resultados obtenidos. PP realizó y describió los análisis estadísticos. AD realizó los análisis de TOC/TN. DT y PJ adquirieron y analizaron las mediciones de OES. PC registró y analizó espectros ATR FT-IR y UV/Vis. WB, WS y AMP realizaron ensayos microbiológicos. WS y AMP interpretaron los resultados microbiológicos recopilados. AD, DT y PJ revelaron las interacciones CAPP-líquido, lo que llevó a la degradación de DOX. DT examinó el impacto de los carroñeros en la producción total de RONS. AD adquirió fondos para esta investigación. EL y PS tomaron parte en la discusión. PC proporcionó un soporte gráfico. AD y AM-P con la ayuda de MC, DT, PJ y PP escribieron el manuscrito presentado. AD corrigió los manuscritos según los comentarios de los coautores. AD, DT, PP y PJ prepararon las respuestas a los comentarios y sugerencias de los Revisores. Todos los autores aceptaron la versión presentada del manuscrito.

Correspondencia a Anna Dzimitrowicz.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Dzimitrowicz, A., Caban, M., Terefinko, D. et al. Aplicación de descarga luminiscente de presión atmosférica de radiofrecuencia modulada por pulsos para la degradación de doxiciclina de una solución líquida que fluye. Informe científico 12, 7354 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11088-w

Descargar cita

Recibido: 04 Octubre 2021

Aceptado: 11 de abril de 2022

Publicado: 05 mayo 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11088-w

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.