RU2737417C1 - Method for controlling bacterial biofilms - Google Patents

Method for controlling bacterial biofilms Download PDF

Info

Publication number
RU2737417C1
RU2737417C1 RU2019138420A RU2019138420A RU2737417C1 RU 2737417 C1 RU2737417 C1 RU 2737417C1 RU 2019138420 A RU2019138420 A RU 2019138420A RU 2019138420 A RU2019138420 A RU 2019138420A RU 2737417 C1 RU2737417 C1 RU 2737417C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal layer
substrate
laser
biofilms
biofilm
Prior art date
Application number
RU2019138420A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Кудряшов
Андрей Алексеевич Ионин
Этери Ромеовна Толордава
Юлия Михайловна Романова
Алёна Александровна Настулявичус
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН)
Priority to RU2019138420A priority Critical patent/RU2737417C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737417C1 publication Critical patent/RU2737417C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/08Radiation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)

Abstract

FIELD: medicine; veterinary.
SUBSTANCE: invention relates to a method for controlling bacterial biofilms and can be used in medicine and veterinary science. Method of controlling bacterial biofilms is to provide a substrate of plastic, transparent for radiation of subsequently used laser; metal layer of silver or copper of submicron thickness is applied on one side of said substrate; applying said substrate by applying a metal layer on said bacterial biofilm; scanning said metal layer through said substrate by radiation pulses of said laser with pulse energy of 0.2 mJ, thereby providing an application transfer of substance of said metal layer in the form of nanoparticles on said bacterial biofilm.
EFFECT: invention provides simplified use and prevention of direct effect of laser radiation on body tissues at high efficiency.
3 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Данное изобретение относится к способу борьбы с бактериальными биопленками и может использоваться в медицине и ветеринарии.This invention relates to a method for controlling bacterial biofilms and can be used in medicine and veterinary medicine.

Уровень техникиState of the art

Наиболее широко используемые препараты в борьбе с микроорганизмами - это антибиотики. Однако их активность снижается с каждым годом. Особенно устойчивыми к действию антибактериальных препаратов являются возбудители, способные к формированию бактериальных сообществ или биопленок. Установлено, что имеющие сложную структуру организованные сообщества патогенных бактерий могут формироваться практически на любых поверхностях и являются причиной многих проблем, в том числе и медицинских (

Figure 00000001
G.A. et al. Biofilm formation as microbial development // Ann Rev Microbiol 2000. P. 49-79; Hunt S.M. et al. Hypothesis for the role of nutrient starvation in biofilm detachment // Appl Environ Microbiol. 2004. P. 7418-25; Романова Ю.М. и др. «Биопленки патогенных бактерий и их роль в хронизации инфекционного процесса. Поиск средств борьбы с биопленками» // ВРАМН. 2011. №10. С. 31-39). Сложная инфраструктура и иерархия бактерий в бактериальной биопленке, формирование ею специальных средств жизнеобеспечения и защиты в виде матрикса приводят к тому, что биопленки становятся практически неуязвимыми для антибиотиков.The most widely used drugs in the fight against microorganisms are antibiotics. However, their activity is decreasing every year. Pathogens capable of forming bacterial communities or biofilms are especially resistant to the action of antibacterial drugs. It was found that organized communities of pathogenic bacteria with a complex structure can form on almost any surface and are the cause of many problems, including medical (
Figure 00000001
GA et al. Biofilm formation as microbial development // Ann Rev Microbiol 2000. P. 49-79; Hunt SM et al. Hypothesis for the role of nutrient starvation in biofilm detachment // Appl Environ Microbiol. 2004. P. 7418-25; Romanova Yu.M. et al. “Biofilms of pathogenic bacteria and their role in the chronicity of the infectious process. Search for means of combating biofilms "// VRAMN. 2011. No. 10. S. 31-39). The complex infrastructure and hierarchy of bacteria in the bacterial biofilm, the formation of special means of life support and protection in the form of a matrix lead to the fact that biofilms become practically invulnerable to antibiotics.

Нарастание резистентности бактерий к уже имеющимся препаратам и дефицит структур, которые потенциально могли бы лечь в основу новых антибиотиков, поставили на повестку дня поиск альтернативных способов борьбы с патогенными микроорганизмами.The growing resistance of bacteria to existing drugs and the lack of structures that could potentially form the basis of new antibiotics have put on the agenda the search for alternative ways to combat pathogenic microorganisms.

Известен способ фотодинамической терапии для инактивации бактерий и биопленок, в котором используют катионный пурпуринимид в качестве фотосенсибилизатора для фотодинамической инактивации бактериальных биопленок (патент РФ №2565450, опубл. 20.10.2015). К недостаткам этого способа фотодинамической терапии следует отнести низкий уровень фотостабильности используемой композиции, что приводит к коротким срокам хранения и к существенным ограничениям при проведении терапии. Другим ограничением при использовании вышеуказанной композиции является низкий уровень эффективности терапии очагов бактериального поражения, обусловленный низким уровнем биодоступности молекул. Кроме того, предлагаемые для аппликационного применения растворы химических агентов имеют значительную химическую активность, что приводит к их ускоренному выводу или инактивации.The known method of photodynamic therapy for inactivation of bacteria and biofilms, which uses cationic purpurinimide as a photosensitizer for photodynamic inactivation of bacterial biofilms (RF patent No. 2565450, publ. 20.10.2015). The disadvantages of this method of photodynamic therapy include the low level of photostability of the composition used, which leads to a short shelf life and to significant restrictions during therapy. Another limitation when using the above composition is the low level of effectiveness of therapy of foci of bacterial lesions due to the low level of bioavailability of molecules. In addition, the solutions of chemical agents proposed for application use have significant chemical activity, which leads to their accelerated withdrawal or inactivation.

Известны также химические и микробиологические способы инактивации биопленок химическими агентами путем непосредственной аппликации их растворов - смеси ферментов (заявка РФ №2009106069, опубл. 27.08.2010), бактериофага (патент РФ №2565824, опубл. 20.10.2015; патент РФ №2646102, опубл. 01.03.2018), а также штаммами бактерий (патент РФ №2576008, опубл. 27.02.2016), комплексом антимикробных пептидов насекомых (патент РФ №2664708, опубл. 21.08.2018; патент РФ №2699712, опубл. 09.09.2019), одного или нескольких ненасыщенных алифатических длинноцепочечных спиртов или альдегидов определенной формулы (RU 2012126070), сипрозу (заявка РФ №2014145270, опубл. 10.107111.2016), ионы серебра в составе композиций (патент РФ №2553363, опубл. 10.06.2015). Недостатком данных способов является их относительно кратковременный эффект (вследствие метаболизма), необходимость повторения, но избегания передозировки. Использование бактериофагов в борьбе с биопленками с каждым годом набирает популярность. Но на сегодняшний день не получены достоверные результаты, которые показывают эффективность их применения. Бактериофаг высоко специфичен, т.е. действует только против одного вида бактерии и не эффективен по отношению к другим. Экспериментально доказано, что использование низких концентраций фаговых частиц или применение фагов в отношении бактерий, которые проявляют резистентность к фагам, стимулирует образование биопленок. Выделение и (или) получение генетически модифицированных фагов, действие которых будет направлено на разрушение биопленок - очень сложная, дорогая и трудная задача. Действие ферментов в основном направлено на разрушение матрикса (например, ДНКаза). При этом бактерии остаются жизнеспособными и вполне могут формировать биоматрикс заново и формировать новый очаг инфекции.Also known are chemical and microbiological methods for inactivating biofilms with chemical agents by direct application of their solutions - a mixture of enzymes (RF application No. 2009106069, publ. 27.08.2010), bacteriophage (RF patent No. 2565824, publ. 20.10.2015; RF patent No. 2646102, publ. 03/01/2018), as well as bacterial strains (RF patent No. 2576008, publ. 02.27.2016), a complex of antimicrobial insect peptides (RF patent No. 2664708, publ. 08.21.2018; RF patent No. 2699712, publ. 09.09.2019) , one or more unsaturated aliphatic long-chain alcohols or aldehydes of a certain formula (RU 2012126070), sypros (RF application No. 2014145270, publ. 10.107111.2016), silver ions in the composition (RF patent No. 2553363, publ. 10.06.2015). The disadvantage of these methods is their relatively short-term effect (due to metabolism), the need to repeat, but avoid overdose. The use of bacteriophages in the fight against biofilms is gaining popularity every year. But to date, no reliable results have been obtained that show the effectiveness of their application. The bacteriophage is highly specific, i.e. acts only against one type of bacteria and is not effective against others. It has been experimentally proven that the use of low concentrations of phage particles or the use of phages against bacteria that exhibit resistance to phages stimulates the formation of biofilms. Isolation and / or production of genetically modified phages, the action of which will be directed to the destruction of biofilms, is a very complex, expensive and difficult task. The action of enzymes is mainly aimed at the destruction of the matrix (for example, DNase). At the same time, the bacteria remain viable and may well form the biomatrix anew and form a new focus of infection.

Известен способ предотвращения образования биопленок на подложке, на которую нанесены частицы с локальным плазмонным резонансом (медь, серебро, золото, полупроводники, оксиды металлов) с плотностью 1-100 частиц/мкм2 (патент РФ №2650376, опубл. 11.04.2018). Предполагается, что при освещении поверхности поглощение и нагрев наночастиц предотвратят прикрепление микроорганизма к поверхности, ингибирование формирования биопленки и (или) разрушение уже сформированной биопленки. Недостатки данного способа заключаются в удалении наночастиц вследствие метаболизма, окисления и физико-химических процессов, сопровождающих нагревание в биосистемах (кипение, кавитация, флотация и т.п.).There is a known method for preventing the formation of biofilms on a substrate on which particles with local plasmon resonance (copper, silver, gold, semiconductors, metal oxides) with a density of 1-100 particles / μm 2 are applied (RF patent No. 2650376, publ. 11.04.2018). It is assumed that when illuminating the surface, absorption and heating of nanoparticles will prevent the attachment of the microorganism to the surface, inhibition of biofilm formation, and / or destruction of the already formed biofilm. The disadvantages of this method lie in the removal of nanoparticles due to metabolism, oxidation and physicochemical processes accompanying heating in biosystems (boiling, cavitation, flotation, etc.).

Известен также способ разрушения биопленок прямым воздействием излучения фемтосекундного лазера (патент Украины №104321, 27.01.2014), предполагающий длительное (10-20 минут) высокоинтенсивное облучение ультрафиолетовыми лазерными импульсами варьируемой мощности и длины волны. К недостаткам способа можно отнести возможное повреждение здоровых клеток интенсивным ультрафиолетовым излучением лазера - вплоть до повреждения ДНК и возникновения мутаций.There is also known a method of destroying biofilms by direct exposure to radiation of a femtosecond laser (patent of Ukraine No. 104321, 01/27/2014), which involves prolonged (10-20 minutes) high-intensity irradiation with ultraviolet laser pulses of varying power and wavelength. The disadvantages of this method include possible damage to healthy cells by intense ultraviolet laser radiation - up to DNA damage and mutations.

Возможен отрыв биопленки от поверхности, на которой она располагалась, под действием лазерного излучения в слое жидкости (заявка Японии №2004-275979, опубл. 07.10.2004). Хотя принцип действия не раскрывается, можно предположить, что в этом случае генерируются ударные волны, отрывающие биопленку от поверхности (Song, W.D., Hong, М.Н., Lukyanchuk, В., & Chong, Т.С. (2004). Laser-induced cavitation bubbles for cleaning of solid surfaces. Journal of applied physics 95(6), 2952-2956). Этот способ с определенными допущениями (по механической прочности) применим к абиотическим поверхностям, однако на поверхности тканей может вызывать разрушения клеток здоровой такни и микрососудов крови (Shen, N., Datta, D., Schaffer, С.В., LeDuc, P., Ingber, D.E., & Mazur, E. (2005). Ablation of cytoskeletal filaments and mitochondria in live cells using a femtosecond laser nanoscissor. Mech. Chem. Biosyst, 2(1), 17-25.).It is possible to detach the biofilm from the surface on which it was located under the action of laser radiation in the liquid layer (Japanese application No. 2004-275979, publ. 07.10.2004). Although the principle of operation is not disclosed, it can be assumed that in this case shock waves are generated that tear off the biofilm from the surface (Song, WD, Hong, MN, Lukyanchuk, B., & Chong, TS (2004). Laser -induced cavitation bubbles for cleaning of solid surfaces.Journal of applied physics 95 (6), 2952-2956). This method with certain assumptions (in terms of mechanical strength) is applicable to abiotic surfaces, but on the surface of tissues it can cause destruction of healthy cells and blood microvessels (Shen, N., Datta, D., Schaffer, S.V., LeDuc, P. , Ingber, DE, & Mazur, E. (2005) Ablation of cytoskeletal filaments and mitochondria in live cells using a femtosecond laser nanoscissor Mech Chem Biosyst 2 (1) 17-25).

Наиболее близким аналогом является способ разрушения биопленок лазерным излучением с использованием композиции, содержащей серебро (публикация международной заявки WO 2014/089552, опубл. 12.06.2014). Разрушение биопленки на поверхности раны предполагается под действием локальной ударной волны, генерированной наносекундным лазерным излучением (длина волны 1064 нм) в слое серебросодержащей композиции на поверхности биопленки и вдавливающей бактерицидную композицию вглубь раны под действием последовательных лазерных импульсов. Основным недостатком метода является прямое лазерное воздействие на ткани, а также сложность оптимальной фокусировки, позволяющей под действием ударной волны обеспечить разрушение биопленки и транспорт композиции вглубь, но одновременно избежать разрушения компонент и целых клеток здоровой такни, а также микрососудов крови.The closest analogue is a method of destroying biofilms by laser radiation using a composition containing silver (publication of the international application WO 2014/089552, publ. 12.06.2014). The destruction of the biofilm on the surface of the wound is assumed under the action of a local shock wave generated by nanosecond laser radiation (wavelength 1064 nm) in the layer of the silver-containing composition on the surface of the biofilm and pressing the bactericidal composition deep into the wound under the action of successive laser pulses. The main disadvantage of the method is the direct laser effect on tissues, as well as the complexity of optimal focusing, which allows, under the action of a shock wave, to ensure the destruction of the biofilm and transport the composition into the interior, but at the same time to avoid the destruction of components and whole cells of a healthy tissue, as well as blood microvessels.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа борьбы с бактериальными биопленками, который преодолевал бы недостатки ближайшего аналога, обеспечивая технический результат в виде упрощения применения и предотвращения прямого воздействия лазерного излучения на ткани организма при высокой эффективности.The objective of the present invention is to develop such a method for combating bacterial biofilms that would overcome the disadvantages of the closest analogue, providing a technical result in the form of simplification of use and prevention of direct exposure to laser radiation on body tissues with high efficiency.

Для решения этой задачи и достижения указанного технического результата в настоящем изобретении предложен способ борьбы с бактериальными биопленками, заключающийся в том, что: обеспечивают подложку из пластика, прозрачного для излучения используемого впоследствии лазера; наносят на одну сторону подложки металлический слой субмикронной толщины; накладывают подложку нанесенным металлическим слоем на бактериальную биопленку; сканируют металлический слой через подложку импульсами излучения лазера, обеспечивая в результате аппликационный перенос вещества металлического слоя в виде наночастиц на бактериальную биопленку.To solve this problem and achieve the specified technical result, the present invention proposes a method for combating bacterial biofilms, which consists in the fact that: provide a substrate made of plastic, transparent for the radiation of the laser used subsequently; a submicron-thick metal layer is applied to one side of the substrate; the substrate is applied with a deposited metal layer to the bacterial biofilm; scanning the metal layer through the substrate with laser pulses, resulting in the application transfer of the substance of the metal layer in the form of nanoparticles to the bacterial biofilm.

Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что в качестве материала для металлического слоя могут выбирать серебро или медь.A feature of the method according to the present invention is that silver or copper can be chosen as the material for the metal layer.

Другая особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что металлический слой могут выполнять из по меньшей мере двух подслоев разных металлов.Another feature of the method according to the present invention is that the metal layer can be made of at least two sublayers of different metals.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что могут использовать лазер видимого или ближнего инфракрасного диапазона с длительностью импульсов от единиц до сотен наносекунд.Another feature of the method according to the present invention is that a laser of the visible or near infrared range with pulse durations from units to hundreds of nanoseconds can be used.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Настоящее изобретение иллюстрируется приложенными чертежами.The present invention is illustrated in the accompanying drawings.

На Фиг. 1 показано условная схема, поясняющая принцип аппликационного лазерного переноса наночастиц с прозрачной подложки на биопленки патогенных микроорганизмов.FIG. 1 shows a schematic diagram explaining the principle of application laser transfer of nanoparticles from a transparent substrate onto biofilms of pathogenic microorganisms.

На Фиг. 2 приведены изображения микробиологических результатов применения способа по настоящему изобретению.FIG. 2 shows images of the microbiological results of the application of the method according to the present invention.

Подробное описание вариантов осуществленияDetailed Description of Embodiments

Способ по настоящему изобретению осуществляется следующим образом. На одну сторону пластиковой подложки наносят металлический слой субмикронной толщины. Пластик подложки пропускает излучение используемого впоследствии лазера, в качестве которого используют лазер видимого или ближнего инфракрасного диапазона с длительностью импульсов от единиц до сотен наносекунд. В качестве металла выбирают серебро или медь, причем наносить могут два подслоя и более из разных металлов.The method according to the present invention is carried out as follows. A metal layer of submicron thickness is applied to one side of the plastic substrate. The plastic of the substrate transmits the radiation of the subsequently used laser, which is a laser of the visible or near infrared range with a pulse duration from units to hundreds of nanoseconds. Silver or copper is chosen as the metal, and two or more subcoats of different metals can be applied.

Подложку с нанесенным металлическим слоем накладывают на биопленку так, что металлический слой контактирует с биопленкой. После этого сканируют металлический слой через подложку импульсами лазерного излучения, в результате чего обеспечивается аппликационный перенос вещества из металлического слоя в виде наночастиц на бактериальную биопленку. Это схематически показано на Фиг. 1.The support with the applied metal layer is applied to the biofilm so that the metal layer contacts the biofilm. After that, the metal layer is scanned through the substrate with laser pulses, as a result of which the application transfer of the substance from the metal layer in the form of nanoparticles to the bacterial biofilm is provided. This is shown schematically in FIG. one.

Способ по настоящему изобретению проверяли в следующем эксперименте. Ночную бульонную культуру разводят в 100 раз питательной средой и переносят в 24 луночные плашки по 1 мл. В каждую лунку плашки помешают стерильные стекла одинакового размера. Далее инкубируют в течение 24 часов в термостате при температуре 37°С. За сутки на поверхности стекол формируется достаточно плотный слой биопленки. Затем сформированную биопленку в течение нескольких секунд аппликационно покрывают слоем наночастиц с обеих сторон. В качестве материала наночастиц могут быть использованы серебро и медь. Аппликационный перенос осуществляют сканированием подложки со слоем наночастиц наносекундным лазером ИК-диапазона (длительность импульса 120 нм, длина волны 1064 нм) с энергией импульса 0,2 мДж и частотой следования импульсов 20 кГц при фокусировке объективом с фокусным расстоянием 163 мм. После переноса частиц стекла переносят в пробирки с физиологическим раствором ДНК-азы и интенсивно встряхивают на шейкере в течение 1 часа. Под воздействием ДНК-азы матрикс биопленки разрушается, но при этом клетки бактерий остаются невредимыми. Затем полученную суспензию титруют стандартным микробиологическим методом и для определения КОЕ (колониеобразующая единица) высевают на твердую питательную среду.The method according to the present invention was tested in the following experiment. Overnight broth culture is diluted 100 times with nutrient medium and transferred into 24 well plates, 1 ml. Sterile slides of the same size are placed in each well of the plate. Then incubated for 24 hours in a thermostat at 37 ° C. A fairly dense layer of biofilm forms on the surface of the glasses over a 24-hour period. Then, the formed biofilm is coated on both sides with a layer of nanoparticles for a few seconds. Silver and copper can be used as the nanoparticle material. Application transfer is carried out by scanning the substrate with a layer of nanoparticles with a nanosecond IR laser (pulse duration 120 nm, wavelength 1064 nm) with a pulse energy of 0.2 mJ and a pulse repetition rate of 20 kHz when focusing with a lens with a focal length of 163 mm. After transferring the particles, the glasses are transferred into test tubes with a physiological solution of DNase and vigorously shaken on a shaker for 1 hour. Under the influence of DNase, the biofilm matrix is destroyed, but the bacterial cells remain unharmed. Then the resulting suspension is titrated by a standard microbiological method and to determine the CFU (colony-forming unit) is sown on a solid nutrient medium.

Экспериментальные исследования показали, что использование метода аппликационного лазерного переноса наночастиц серебра и меди является высокоэффективным методом в борьбе с биопленками, формированными на твердой подложке. При этом в контрольном эксперименте с пластиковой подложкой без металлического слоя показано, что этот эффект не связан с воздействием самого лазера.Experimental studies have shown that the use of the method of application laser transfer of silver and copper nanoparticles is a highly effective method in the fight against biofilms formed on a solid substrate. At the same time, in a control experiment with a plastic substrate without a metal layer, it was shown that this effect is not associated with the action of the laser itself.

Фиг. 2 иллюстрирует сказанное. Левые и правые фотографии относятся, соответственно, к данным исследования коллоидной инактивации биопленок Pseudomonas aeruginosa (синегнойной палочки) и Staphylococcus aureus (золотистого стафилококка) с использованием серебряных, медных и химически-инертных золотых наночастиц, а также контрольного эксперимента с лазерным воздействием без наночастиц. Светло-серый цвет соответствует красному окрашиванию красителем теста Live/dead мертвых бактерий, темно-серый цвет соответствует зеленому окрашиванию красителем теста Live/dead живых бактерий.FIG. 2 illustrates what has been said. The left and right photographs refer, respectively, to the data from the study of colloidal inactivation of biofilms Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) and Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) using silver, copper and chemically inert gold nanoparticles, as well as a control experiment with laser exposure without nanoparticles. Light gray corresponds to red staining with Live / dead dye for dead bacteria, dark gray color corresponds to green staining with Live / dead dye of live bacteria.

Количественные данные проведенных исследований приведены в прилагаемой таблице, показывающей влияние аппликационного лазерного переноса наночастиц различных материалов (с контролем по аналогичному лазерному воздействию через пластиковую подложку без металлического слоя) на сформированные биопленки и их значения КОЕ/мл.The quantitative data of the studies performed are given in the attached table showing the effect of application laser transfer of nanoparticles of various materials (with control by similar laser action through a plastic substrate without a metal layer) on the formed biofilms and their CFU / ml values.

Figure 00000002
Figure 00000002

Таким образом, в предложенном способе прозрачная пластиковая подложка позволяет использовать для переноса наночастиц из металлического слоя относительно низкоинтенсивное импульсное лазерное излучение, слабо нагревающее эти наночастицы. В данном способе используется лазер с импульсами излучения в видимом и ближнем ИК-диапазонах, имеющими наносекундную длительность, хорошо поглощаемыми металлическим слоем и крайне незначительно - прозрачной подложкой. При этом используются медные и серебряные частицы с высоким бактерицидным эффектом, тогда как химически-инертные золотые наночастицы показывают незначительный эффект инактивации биопленок.Thus, in the proposed method, a transparent plastic substrate allows the use of relatively low-intensity pulsed laser radiation for transferring nanoparticles from a metal layer, which weakly heats these nanoparticles. This method uses a laser with radiation pulses in the visible and near-IR ranges, having a nanosecond duration, well absorbed by the metal layer and extremely insignificantly transparent substrate. In this case, copper and silver particles with a high bactericidal effect are used, while chemically inert gold nanoparticles show an insignificant effect of inactivating biofilms.

Все это свидетельствует, что предложенный способ борьбы с бактериальными биопленками, обладая высокой эффективностью, обеспечивает технический результат в виде упрощения применения и предотвращения прямого воздействия лазерного излучения на ткани организма.All this indicates that the proposed method of combating bacterial biofilms, having a high efficiency, provides a technical result in the form of simplifying the application and preventing the direct effect of laser radiation on body tissues.

Claims (7)

1. Способ борьбы с бактериальными биопленками, заключающийся в том, что: 1. A way to combat bacterial biofilms, which consists in the fact that: - обеспечивают подложку из пластика, прозрачного для излучения используемого впоследствии лазера; - provide a substrate of plastic, transparent to the radiation of the subsequently used laser; - наносят на одну сторону упомянутой подложки металлический слой из серебра или меди субмикронной толщины; - applying on one side of said substrate a metal layer of silver or copper of submicron thickness; - накладывают упомянутую подложку нанесенным металлическим слоем на упомянутую бактериальную биопленку; - imposing said substrate with an applied metal layer on said bacterial biofilm; - сканируют упомянутый металлический слой через упомянутую подложку импульсами излучения упомянутого лазера с энергией импульса 0,2 мДж, обеспечивая в результате аппликационный перенос вещества упомянутого металлического слоя в виде наночастиц на упомянутую бактериальную биопленку. - scanning said metal layer through said substrate with radiation pulses of said laser with a pulse energy of 0.2 mJ, thereby providing application transfer of the substance of said metal layer in the form of nanoparticles to said bacterial biofilm. 2. Способ по п. 1 или 2, в котором упомянутый металлический слой выполняют из по меньшей мере двух подслоев разных металлов. 2. A method according to claim 1 or 2, wherein said metal layer is made of at least two sublayers of different metals. 3. Способ по п. 1, в котором используют лазер видимого или ближнего инфракрасного диапазона с длительностью импульсов от единиц до сотен наносекунд.3. The method according to claim 1, in which a laser is used in the visible or near infrared range with a pulse duration from units to hundreds of nanoseconds.
RU2019138420A 2019-11-27 2019-11-27 Method for controlling bacterial biofilms RU2737417C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138420A RU2737417C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method for controlling bacterial biofilms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138420A RU2737417C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method for controlling bacterial biofilms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2737417C1 true RU2737417C1 (en) 2020-11-30

Family

ID=73792454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138420A RU2737417C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Method for controlling bacterial biofilms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2737417C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795607C1 (en) * 2022-04-25 2023-05-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН) Method for studying the control of staphylococcus aureus biofilms with a medicinal product based on silver nanoparticles and dimethyl sulfoxide

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014089552A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 The Regents Of The University Of California Laser-based bacterial disruption for treatment of infected wounds
RU2565450C1 (en) * 2014-07-15 2015-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) Cationic purpurinimide having antibacterial activity and using same for photodynamic inactivation of bacterial biofilms
RU2650376C2 (en) * 2013-10-01 2018-04-11 Б. Браун Сёрджикал, С. А. Modified surface with ability to acquire bacteriostatic and bactericide activity and method of its production and applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014089552A1 (en) * 2012-12-07 2014-06-12 The Regents Of The University Of California Laser-based bacterial disruption for treatment of infected wounds
RU2650376C2 (en) * 2013-10-01 2018-04-11 Б. Браун Сёрджикал, С. А. Modified surface with ability to acquire bacteriostatic and bactericide activity and method of its production and applications
RU2565450C1 (en) * 2014-07-15 2015-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) Cationic purpurinimide having antibacterial activity and using same for photodynamic inactivation of bacterial biofilms

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795607C1 (en) * 2022-04-25 2023-05-05 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий Российской академии наук (СФНЦА РАН) Method for studying the control of staphylococcus aureus biofilms with a medicinal product based on silver nanoparticles and dimethyl sulfoxide
RU2802188C1 (en) * 2022-12-06 2023-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) Method of pathogenic bacteria inactivation (options)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Near-infrared light II-assisted rapid biofilm elimination platform for bone implants at mild temperature
Serpe et al. Sonodynamic antimicrobial chemotherapy: First steps towards a sound approach for microbe inactivation
Yu et al. Synergistic bactericidal effects and mechanisms of low intensity ultrasound and antibiotics against bacteria: a review
Crone et al. A novel in vitro wound biofilm model used to evaluate low-frequency ultrasonic-assisted wound debridement
Soukos et al. Photomechanical drug delivery into bacterial biofilms
EP3003375B1 (en) Method of applying a composition and pharmaceutical composition with a regimen of administering it
US11298561B2 (en) Method of treating multi-drug resistance biofilm using targeted laser and antibiotics
EP1701726B1 (en) Composition for use in photodynamic therapy
Kizhner et al. Laser-generated shockwave for clearing medical device biofilms
Bigelow et al. Histotripsy treatment of S. aureus biofilms on surgical mesh samples under varying pulse durations
Haridas et al. The microbicidal potential of visible blue light in clinical medicine and public health
Lanzafame et al. Preliminary assessment of photoactivated antimicrobial collagen on bioburden in a murine pressure ulcer model
Ahmed et al. The bactericidal efficacy of femtosecond laser-based therapy on the most common infectious bacterial pathogens in chronic wounds: An in vitro study
Wang et al. Sonodynamic action of hypocrellin B on biofilm-producing Staphylococcus epidermidis in planktonic condition
RU2737417C1 (en) Method for controlling bacterial biofilms
US9381375B2 (en) Method for killing and tracing bacteria by coating same with self-assembled gold nanoshell layer and producing photothermal decomposition and cold light by means of laser
Nazari et al. Plasmon-Enhanced Pan-Microbial Pathogen Inactivation in the Cavitation Regime: Selectivity Without Targeting
JP2003534235A (en) Making biofilms transparent
Karau et al. In vitro activity of the Qoustic Wound Therapy System against planktonic and biofilm bacteria
Harris et al. The antimicrobial effects of ultrasound
US10835755B2 (en) Method of using laser-induced optoacoustics for the treatment of drug-resistant microbial infections
Yao et al. Laser‐generated shockwaves enhance antibacterial activity against biofilms in vitro
Foster et al. Photoacoustically‐guided photothermal killing of mosquitoes targeted by nanoparticles
Zhao et al. A Near‐Infrared‐Responsive Quaternary Ammonium/Gold Nanorod Hybrid Coating with Enhanced Antibacterial Properties
Toyama et al. Investigation of bactericidal effect of a mid-infrared free electron laser on Escherichia coli