@phdthesis{Oehmigen2014,
  author    = {Katrin Oehmigen},
  title     = {Plasma-Fl{\"u}ssigkeits-Wechselwirkungen},
  journal    = {Plasma-Liquid-Interactions},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001679-3},
  year      = {2014},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden erstmalig systematische Untersuchungen zum Thema „Plasma-Fl{\"u}ssigkeits-Wechselwirkungen“ dargestellt. Es gelang mit Hilfe einer geeigneten kalten Atmosph{\"a}rendruckplasmaquelle in Form einer dielektrisch behinderten Oberfl{\"a}chenentladung (DBE) ein Plasma in verschiedenen Arbeitsgasen zu z{\"u}nden und Fl{\"u}ssigkeiten ohne direkten Plasmakontakt zu behandeln. Um einen Einblick in die komplexen Mechanismen zu bekommen, wurde im analytischen Teil dieser Arbeit das Plasma mittels OES untersucht, die angrenzende Gas-Phase mittels FT-IR-Spektroskopie und MS, und anschlie{\"s}end die Fl{\"u}ssigkeit unter Nutzung photometrischer Methoden und pH-Wert-Messungen. Auf der Basis dieser Untersuchungen folgten theoretische Ausf{\"u}hrungen zu m{\"o}glichen Wechselwirkungen der detektierten Komponenten mit der Fl{\"u}ssigkeit. Theoretisch entstehen bei der Luftplasmabehandlung von Wasser, {\"u}ber Zwischenprodukte (ROS und RNS) wie z. B. HO•, HOO•, NO•, NO2•, schlussendlich H+, NO3-, NO2- und H2O2. Bei der Argon- und Argon-Sauerstoff-Plasmabehandlung von Wasser d{\"u}rften aufgrund des Stickstoffmangels nur ROS entstehen, die in der Entstehung von H+ und H2O2 enden. Diese Hypothesen zur Bildung der Spezies NO3-, NO2- und H2O2, sowie die Ans{\"a}uerung der Fl{\"u}ssigkeit wurden mittels photometrischer Methoden und pH-Wert-Messungen {\"u}berpr{\"u}ft und best{\"a}tigt. Im anschlie{\"s}enden biologischen Teil der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss der Plasmabehandlungen in den verschiedenen Arbeitsgasen auf in physiologischer NaCl-L{\"o}sung und PBS suspendierte Mikroorganismen (E. coli, S. aureus und B. atrophaeus Sporen) untersucht. In ungepuffertem Medium wurden die vegetativen Mikroorganismen innerhalb weniger Minuten Plasmabehandlung inaktiviert. In PBS hingegen wurden l{\"a}ngere Behandlungszeiten ben{\"o}tigt. Das Plasma hatte auf die suspendierten Sporen wie erwartet kaum eine inaktivierende Wirkung. Die zwei vermutlichen Hauptwege laufen einerseits {\"u}ber reaktive Stickstoffspezies (RNS) und andererseits {\"u}ber reaktive Sauerstoffspezies (ROS). RNS k{\"o}nnen in Wechselwirkung mit Wasser {\"u}ber diverse zelltoxische Zwischenprodukte wie z. B. NO•, NO2•, N2O3, ONOOH, ONOO- zu NO3- und NO2- umgesetzt werden. ROS in Interaktion mit Wasser resultieren in Bildung von H+ und H2O2. Auch hier wird angenommen, dass eine Vielzahl an antimikrobiellen Komponenten entsteht, z. B. HO•, HOO•, O2•-. Es gibt folglich sehr viele Reaktionen und Interaktionen zwischen plasmagenerierten reaktiven Spezies und Wasser, welche in zelltoxischen Komponenten enden und die inaktivierende Wirkung des Plasmas auf suspendierte Mikroorganismen erkl{\"a}ren. Um die Interaktionen zwischen den Phasen Plasma-Gas-Fl{\"u}ssigkeit besser zu verstehen und Hypothesen zu pr{\"u}fen, wurden einerseits die Mikroorganismen-Suspensionen und destilliertes Wasser nur mit plasmabehandeltem Gas behandelt und andererseits die Mikroorganismen plasmabehandelter Fl{\"u}ssigkeit ausgesetzt. Die Untersuchungen zeigten deutlich, dass die plasmainitiierte Chemie und damit die biologischen Effekte des Plasmas auf das Gas bzw. in Fl{\"u}ssigkeit {\"u}bertragen werden. Folglich werden biologische Effekte des Plasmas {\"u}ber die Gas- und Fl{\"u}ssigkeits-Phase vermittelt und Plasma-Fl{\"u}ssigkeits-Wechselwirkungen m{\"u}ssen immer im zusammenh{\"a}ngenden chemischen System Plasma-Gas-Fl{\"u}ssigkeit(-Zelle) betrachtet werden. Weiterhin wurden chemische und mikrobiologische Effekte durch den Einfluss von gasf{\"o}rmigem NO• und O3 auf Wasser bzw. suspendierte Mikroorganismen untersucht und mit der Luftplasmabehandlung verglichen. Hierbei zeigten beide Begasung deutlich geringere inaktivierende Effekte als die Luftplasmabehandlung. Die Begasung von Mikroorganismen mit NO• und O3 und die Analytik von begastem Wasser geben einen detaillierten Einblick in die Chemie und Mechanismen der RNS und ROS. Die Behandlung mit der dielektrisch behinderten Oberfl{\"a}chenentladung in Luft vereint diese zwei Hauptwege {\"u}ber RNS und ROS und resultierte somit in effektiveren antimikrobiellen Wirkungen. Durch die Experimente der vorliegenden Arbeit wurde ein geeignetes biologisches Modell gefunden und validiert, um den Einfluss von Plasma auf lebende Zellen zu untersuchen und Mechanismen von Plasmabehandlungen aufzudecken. Anhand des Modells „Mikroorganismen-Suspension“ konnte gezeigt werden, dass die Gas-Phase (Behandlungen mit DBE-Abgas) und die extrazellul{\"a}re Fl{\"u}ssigkeit (Behandlungen mit plasmabehandelter Fl{\"u}ssigkeit) eine bedeutende Rolle bei der Vermittlung der Plasmaeffekte spielen. Die Spezies aus dem Plasma gelangten {\"u}ber die Gas-Phase durch Diffusion/Penetration/ Interaktion in die Fl{\"u}ssigkeits-Phase, reagierten teilweise zu anderen reaktiven Spezies weiter und erreichten so die Zellen. Die verschiedenen analytischen Methoden und anschlie{\"s}ende theoretische Betrachtungen der Phasen Plasma-Gas-Fl{\"u}ssigkeit gaben einen detaillierten Einblick in die chemischen Mechanismen von Plasma-Fl{\"u}ssigkeits-Wechselwirkungen und zeigten biologisch wirksame Komponenten auf.},
  language  = {de}
}