Characterization of plasma activated water for biomedical applications

Tato diplomová práce si klade za cíl charakterizovat plazmatem aktivovanou vodu (PAW) připravenou v různých plazmových systémech využívajících přímou i nepřímou interakci plazmatu s kapalinou nebo jejím povrchem. Plazma bylo generováno pomocí elektrických výbojů za atmosférického tlaku. Připravená plazmatem aktivovaná voda byla studována s ohledem na její využití v biomedicínských aplikacích. Teoretická část se zabývá plazmatem aktivovanou vodou. Nalezneme zde popis přípravy PAW, její charakterizaci z pohledu produkovaných částic nebo také její fyzikálně-chemické vlastnosti. Rovněž v této části nalezneme popis metod pro stanovení antimikrobiální aktivity anebo kolorimetrické stanovování produkovaných částic. V experimentální části této práce nalezneme typy výbojů, které byly využívány pro přípravu PAW, a jejich vzájemné porovnání. Pro aktivaci byly zvoleny dva druhy kapaliny, a to destilovaná a kohoutková voda. Následně byly stanovovány koncentrace vybraných reaktivních částic v PAW (peroxid vodíku, dusičnany a dusitany) vygenerovaných ve třech různých plazmových systémech. Kromě porovnání produkce reaktivních částic v jednotlivých systémech byla studována i jejich časová stabilita. V průběhu času po přípravě se hodnoty koncentrací aktivních částic měnily, a to v důsledku vzájemných interakcí mezi částicemi, kdy docházelo k oxidaci dusitanů na dusičnany a také obráceně, v závislosti na typu PAW a ostatních podmínek. Součástí práce bylo také sledování vybraných fyzikálních vlastností PAW, a to hodnota pH a měrná vodivost. Zjistilo se, že PAW si nezachovává své aktivované účinky příliš dlouho, záleží na typu přípravy a způsobu skladování. Důležitým cílem práce tak bylo nejen porovnání vhodnosti různě připravené PAW pro biomedicínské aplikace z hlediska složení, ale také z hlediska stability a optimálních skladovacích podmínek.The aim of this master thesis is to characterize plasma activated water (PAW) prepared in various plasma systems using direct and indirect interaction of plasma with liquid or its surface. Plasma was generated by electric discharges at atmospheric pressure. The prepared plasma-activated water was studied with respect to its use in biomedical applications. The theoretical part deals with plasma activated water. It contains a description of the PAW preparation, its characterization in terms of produced particles or its physico-chemical properties. Also, methods for antimicrobial activity estimation or colorimetric determination of produced particles are described in this section. In the experimental part of this work, the types of discharges that were used for the PAW preparation and their comparison are presented. Two types of liquids were selected for the activation, namely distilled and tap water. Subsequently, concentrations of selected reactive particles in PAW (hydrogen peroxide, nitrates and nitrites) produced in three different plasma systems were determined. Besides the comparison of reactive particles production in various systems, their time stability was studied as well. Over time after the PAW preparation, the values of active particles concentrations have changed due to mutual interactions between the particles. Mainly, nitrites were oxidized to nitrates or vice versa depending on the PAW type and other conditions. Part of the work was also monitoring selected physical properties of PAW, namely pH value and specific conductivity. It has been found that PAW does not retain its activated properties for too long, depending on the type of preparation and methods of storage. Therefore, one of the important goals of this work was to determine and compare suitable storage conditions for PAW with respect to its potential biomedical applications.