Influence d'une décharge de plasma d'étincelle transitoire sur la production de masses moléculaires élevées de produits chimiques à partir de l

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 2059 (2023) Citer cet article

1023 accès

Détails des métriques

Les plasmas à pression atmosphérique froide sont considérés comme une méthode à venir dans de nombreux domaines de recherche. La modification par plasma de biomolécules a reçu beaucoup d'attention en plus des biomatériaux traités au plasma. Par conséquent, dans ce travail, nous avons utilisé une décharge de plasma d'étincelle transitoire (TSP) pour étudier son effet sur la structure chimique de la l-cystéine. le TSP était configuré dans un agencement d'électrodes broche à anneau et coulait par du gaz Ar. Nous avons également étudié l'effet de deux produits chimiques; le diméthylsulfoxyde (DMSO) et le peroxyde d'hydrogène (H2O2) par la méthode du bullage pour montrer comment ils peuvent modifier la création de nouveaux bioproduits chimiques. La spectroscopie d'absorption ultraviolet-visible, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et la chromatographie liquide-spectroscopie de masse ont été utilisées pour étudier tout changement dans les liaisons chimiques de la structure de la cystéine et pour décrire la génération de nouvelles biomolécules. Sur la base des résultats affichés, les espèces réactives générées par plasma ont joué un rôle important dans la structure chimique de la cystéine. L'entrée de DMSO et de H2O2 dans le plasma a provoqué la création de nouveaux produits et la biomolécule la plus lourde a été produite par l'ajout simultané de DMSO et de H2O2. Les résultats prédisent également que certains produits chimiques et acides aminés avec une masse moléculaire de valeur supérieure sont produits à partir du processus de polymérisation de la solution de cystéine. Le processus d'oxydation forte est responsable des composés chimiques lourds.

La capacité unique du plasma à pression atmosphérique froide à produire une grande variété d'espèces réactives dans de nombreux domaines, en particulier la médecine du plasma, a été considérée par de nombreux chercheurs. L'inactivation des bactéries et des virus1,2, la cicatrisation des plaies3,4, les maladies de la peau5,6 et différents types de maladies cancéreuses7,8,9,10 font partie des sujets d'intérêt traités avec le plasma froid à pression atmosphérique. Jusqu'à présent, une variété de configurations expérimentales de plasma11,12 du jet de plasma à pression atmosphérique (APPJ)13,14,15,16 et de la décharge à barrière diélectrique (DBD)17,18,19 ont été conçues et améliorées pour atteindre un objectif spécifique. La modification de divers paramètres tels que la tension, le courant, la fréquence, l'espace de décharge et le type de gaz d'alimentation peut jouer un rôle important dans la formation de la quantité et du type d'espèces réactives. En étudiant les applications de la médecine du plasma, les chercheurs se concentrent sur les systèmes biologiques. Ils ont cherché à comprendre les interactions entre les échantillons biologiques et le plasma en utilisant à la fois des méthodes de simulation et expérimentales20,21,22. Les systèmes organiques tels que les protéines -appelés systèmes biologiques complexes- sont concernés par différentes décharges plasmatiques. Étant donné que la quantité et le type d'espèces réactives produites par le plasma sont très efficaces dans le traitement, les scientifiques ont étudié l'effet de différentes configurations plasmatiques sur les acides aminés, qui sont les principaux composants des protéines. En 2014, Takai et al.23 ont étudié l'effet d'un jet de plasma sur 20 acides aminés et ont rapporté les changements sur 14 chaînes latérales d'acides aminés. En 2016, Zhou et al.24 ont mis à niveau le système de jet de plasma vers un plus grand nombre de jets de micro-plasma pour montrer comment le plasma affecte les structures de la protéine. Quelques années plus tard, Wende et al. et Sremacki et al. ont utilisé respectivement un jet de plasma kINPen25 et un jet de plasma RF couplé à un système d'aérosol26 pour étudier les processus d'interaction plasma-liquide et leur effet sur l'acide aminé cystéine. De plus, Lackmann et al. ont utilisé deux sources de plasma pour montrer que les résultats des propriétés chimiques sont différents pour chaque source de plasma27. En 2014, un dispositif plasma à décharge à barrière diélectrique (DBD) a été conçu pour étudier plusieurs mécanismes des produits décomposés de l'acide aminé valine par Li et al.28. De plus, d'autres chercheurs ont montré que des facteurs tels que le temps de traitement et la concentration de la solution peuvent affecter la qualité de la modification29. Fait intéressant, les acides aminés contenant du soufre sont considérés comme une bonne cible. Il semble qu'ils subissent plus que d'autres des modifications chimiques par traitement au plasma. Comme mentionné précédemment, la caractéristique la plus importante des plasmas à pression atmosphérique froide est de pouvoir créer des espèces d'oxygène et d'azote hautement réactives (RONS) qui restent proches de la température ambiante. Par conséquent, ils conviennent aux modifications du système biologique. Il est à noter que l'interaction entre le plasma et le milieu aqueux est essentielle pour de nombreuses applications, notamment les systèmes biologiques. Les organismes vivants contiennent de l'eau et c'est pourquoi l'étude de l'interaction plasma-liquide est cruciale30,31,32. De cette manière, les scientifiques se sont concentrés sur l'eau activée par plasma (PAW)33,34. Le traitement au-dessus ou au-dessous de la surface de l'eau par exposition au plasma35,36 convertit l'eau en un milieu actif comprenant de nombreuses espèces réactives. L'interaction des radicaux et des particules dérivés du plasma avec les molécules d'eau entraîne diverses réactions chimiques. En effet, en piégeant des espèces et des particules énergétiques provenant de la phase plasma vers le liquide aqueux, de nombreuses nouvelles réactions chimiques d'interface gaz-liquide se forment, puis cela provoque la création de nombreuses autres particules réactives qui se dissolvent dans l'eau37,38. Ces espèces réactives peuvent inclure des espèces réactives d'oxygène ou d'azote telles que des espèces en phase liquide (H2O2, NO2–, NO3–, ·OH, ONOOH, ONOO–) et (NO, NO2, O3, atomic O, NO, NO2, N2O, HNO2 , HNO3, O2–, 1O2)39,40,41,42,43. Parmi les différents types de plasmas à pression atmosphérique froide, la décharge de plasma à étincelle transitoire (TSP) est très utile en raison de sa densité électronique élevée. Les décharges TSP sont connues sous le nom d'auto-impulsions alimentées en courant continu avec une fréquence de répétition comprise entre 1 et 10 kHz et généralement des impulsions de courant de courte durée (10 à 100 ns)44. Ce type de décharge plasma est constitué d'un grand nombre de streamers avec un champ électrique de près de 200 kV/cm dans leur tête qui peuvent être transférés en courtes impulsions de courant d'étincelle. Cette caractéristique des décharges TSP permet d'effectuer facilement une ionisation et des processus chimiques efficaces45,46.

Les plasmas à pression atmosphérique froide, en particulier dans les domaines médicaux, se rapprochent des outils de contrôle de différents types de cancers47,48 et de plaies49, parallèlement aux effets importants sur les processus de signalisation cellulaire et les modifications chimiques des biomolécules50. En plus de l'utilisation de plasmas froids dans l'inactivation des bactéries, la mort cellulaire dans les tissus endommagés, la dégradation des biomolécules ; son effet sur l'activité cellulaire et l'amélioration des structures chimiques des protéines et des acides aminés ont été très appréciés. Comme mentionné ci-dessus, de nombreux scientifiques ont étudié l'effet des plasmas froids sur différents acides aminés en tant que composants principaux des protéines et ont observé des résultats indiquant des changements chimiques dans les structures des acides aminés en attachant de nouvelles liaisons51,52 sous des traitements au plasma. Par conséquent, pour améliorer et étendre les processus de polymérisation à partir d'acides aminés sous traitements au plasma, l'optimisation de différents paramètres du plasma devrait être davantage étudiée.

Cette étude vise à étudier l'impact du TSP sur la structure des acides aminés de la cystéine. La production de masses moléculaires élevées à partir de monomères en tenant compte de divers paramètres est étudiée. Le manque de cystéine dans notre corps peut entraîner certains troubles tels que des défenses antioxydantes altérées, une capacité réduite à métaboliser des médicaments ou des composés toxiques, des fonctions immunitaires déprimées, une psychose et une homocystinurie. De plus, il est actuellement utilisé dans certains médicaments, ou l'acide aminé N-acétyl-l-cystéine - un acide aminé cystéine modifié - est maintenant disponible sur le marché en tant que médicament. Par conséquent, nous avons prédit que la cystéine activée par le plasma peut présenter un grand intérêt dans les domaines de la biomédecine et de l'administration de médicaments.

La génération de nouvelles biomolécules avec différentes valeurs m/z dépend directement de la quantité d'espèces dérivées du plasma. À cette fin, nous avons conçu une configuration TSP qui comprend une électrode broche à anneau pour créer un plasma dense. Cependant, le processus de dégradation est courant lors du traitement au plasma, nous nous sommes concentrés sur l'ajout de nouvelles liaisons chimiques pour améliorer les processus de polymérisation. L'application de matériaux chimiques tels que le peroxyde d'hydrogène (H2O2) - pour sa capacité à créer des radicaux réactifs - et le diméthylsulfoxyde (DMSO) - pour contenir des atomes de soufre - au plasma a également été étudiée pour montrer comment les additifs au plasma peuvent modifier la production de biomolécules chimiques . En ajoutant ces matériaux, nous avons cherché à produire un plasma dense contenant des espèces plus réactives qui peuvent être très efficaces dans les processus de polymérisation. Un volume élevé de RONS généré dans le gaz, le liquide et l'interface gaz-liquide a provoqué la formation de différents types de nouvelles molécules avec des masses moléculaires plus importantes. La vapeur de ces matériaux a été injectée dans le système par la méthode du bullage et a abouti à la production de nouvelles macromolécules chimiques. De plus, dans le cadre du processus de suroxydation et du temps de traitement élevé, le taux de production d'espèces réactives a augmenté, ce qui peut aider le processus de polymérisation et la création de nouveaux bioproduits chimiques. Notre objectif était de contrôler le type de biomolécules produites par le plasma afin de pouvoir créer des combinaisons de plusieurs acides aminés pour créer une longue chaîne à travers le processus d'oxydation de la cystéine pour former une chaîne peptidique complète. De plus, nous voulons utiliser des médicaments activés par le plasma contenant des acides aminés dans les domaines biologiques dans les prochaines études. Cette étude a généralement fourni des données fondamentales dans ce domaine et de nombreuses autres études et expériences doivent être réalisées pour obtenir des peptides avec un traitement TSP.

Un schéma de la configuration expérimentale est représenté sur la figure 1. Cette source de plasma se compose de deux électrodes : une électrode annulaire en cuivre d'un diamètre d'environ 4 cm et une électrode à aiguille en tungstène d'un diamètre de 0,8 mm et une pointe plate. L'électrode à aiguille était alimentée en courant continu et sa distance était réglable avec une vis. L'électrode annulaire était mise à la terre. Notre alimentation DC maison va de 0 à 20 kV par la tension fixe à ~ 14 kV pour Ar et ~ 9 kV pour Ar + DMSO, Ar + H2O2 + DMSO, et une fréquence de 300 Hz. De plus, nous avons utilisé une résistance de 10 MΩ dans le chemin de connexion de l'électrode à l'alimentation.

Un diagramme schématique de la décharge de TSP.

Pour contrôler le débit de gaz d'alimentation, un contrôleur de débit massique (Sevenstar D07-19B) et une boîte de lecture de débit (Sevenstar D08-1F) ont été utilisés pour injecter 2 SLM de gaz Ar. La distance entre la pointe de l'aiguille et la surface de l'eau a été fixée à ~ 2 cm. Pour l'étape suivante de nos expériences, comme le montre la figure 1, le gaz d'alimentation passe par un ballon H2O2 puis un ballon DMSO par le flux de 5 SLM. Enfin, le plasma généré a été directement appliqué à la solution contenant l'acide aminé.

Nous avons fourni de la cystéine (l-cystéine Merc 30 089 (≥ 98,5 %)) sous forme cristalline et en utilisant de l'eau distillée nous avons préparé une solution de cystéine par concentration dans 10 mM. Pour tout traitement, 4 ml de la solution ont été exposés au plasma. Diméthylsulfoxyde (DMSO ; 99,9 % C2H6SO ; M = 78,13 g/mol ; densité = 1,1 g/cm3) sous forme de composé organosoufré et de peroxyde d'hydrogène (H2O2 ; 35 % ; M = 34,01 g/m; densité = 1,45 g/cm3) ont été utilisés dans nos expériences. Le temps d'exposition au plasma a été considéré pendant 10 min. Après les traitements, les échantillons non traités et traités ont été utilisés pour l'analyse par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la chromatographie liquide-spectroscopie de masse (LCMS/MS). De plus, des mesures de pH et des analyses ultraviolet-visible (UV-Vis) ont été effectuées.

Pour les mesures physiques, un pH-mètre numérique (PET-103, Atron, Allemagne) a été utilisé pour mesurer la valeur du pH. Un spectromètre UV-Vis (UV-6100 ; M&A INSTRUMENTS INC, États-Unis) dans la gamme de longueurs d'onde de 190 à 400 nm a été utilisé. Pour comparer les spectres d'échantillons non traités et tous les autres échantillons traités au plasma après 10 min de traitement TSP, une analyse FTIR (Thermo, AVATAR, USA) a été réalisée dans la plage de 400 à 4000 cm-1 pour caractériser les groupes fonctionnels de l'acide aminé et Nouveaux produits. Enfin, pour détecter de nouveaux produits chimiques, la LCMS/MS à l'aide d'un spectromètre de masse (un Agilent 6410 Triple-Quad, Santa Clara, CA, USA) fourni avec une interface d'ionisation Electrospray en mode ions positifs a été utilisée.

L'analyse FTIR (Thermo, Nicolet Nexus 870 ESP FT-IR) fonctionnant en mode transmission a été réalisée dans la plage de 400 à 4000 cm−1 avec une résolution de 4 cm−1 pour caractériser les groupes fonctionnels de l'acide aminé et de nouveaux produits . Pour produire une qualité d'eau ultra pure constante, un système de purification d'eau Milli-Q (résistivité 18,2 MΩ) a été utilisé. L'analyse a été effectuée sur la base du séparateur de faisceau Csl. De plus, pour détecter de nouvelles molécules biochimiques, LCMS/MS à l'aide d'un spectromètre de masse (un Agilent 6410 Triple-Quad, Santa Clara, CA, USA) qui a été fourni avec un mode ion positif d'interface d'électrospray ionisation a été utilisé. Un système UHPLC comprenant une pompe binaire (Agilent Series 1200, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA), un échantillonneur automatique et un dégazeur à vide pour la séparation LC a été utilisé. La séparation a été effectuée sur une colonne analytique C18 à résolution rapide en phase inverse (RR Zorbax Eclipse XDB-C18) via la taille des particules, le diamètre interne et la longueur de 1,8 μm, 4,6 mm et 50 mm, respectivement. De l'eau avec 0,1% d'acide formique et d'acétonitrile a été utilisée pour les phases mobiles A et B, respectivement. La méthode chromatographique a porté l'organisation de la phase mobile de départ (10% B) constante pendant 1 min, puis un gradient linéaire jusqu'à 100% B à 11 min. Enfin, 100 % de B se sont déplacés dans la colonne pendant 4 min avec un débit de 0,6 mL min-1. L'analyse par spectroscopie de masse a été effectuée par un spectromètre de masse Agilent 6410 Triple-Quad (Agilent Technologies Series 1200, Santa Clara, CA, USA). L'appareil était équipé d'une ionisation par électrospray (ESI) en mode ions positifs (azote comme nébuliseur et gaz de collision, tension capillaire de 5000 V, débit et température de gaz : 12 L min−1 ; 325 °C, et gaz de nébulisation : 50 psig). De plus, le logiciel Agilent Mass Hunter a été utilisé pour le traitement des données et pour obtenir les intensités maximales, les énergies de collision et les tensions de cône de deux transitions MRM qui ont été optimisées avec un flux continu d'une injection standard.

Les valeurs de pH de la solution de cystéine non traitée en plus d'autres échantillons traités avec différents plasmas sont présentées sur la figure 2a. La valeur du pH a chuté de façon spectaculaire après les traitements au TSP. Premièrement, l'eau traitée au plasma Ar sans cystéine a montré une valeur de pH inférieure à celle de la solution de cystéine non traitée (chute de 4,62 à 4,10). Deuxièmement, la valeur du pH de la solution de cystéine après exposition au plasma Ar + DMSO a atteint la moitié de celle de l'échantillon non traité et a atteint un pH = 2,31. Sans DMSO, cette valeur est devenue un peu plus de la moitié (pH = 2,45). Enfin, l'ajout de H2O2 et de DMSO a entraîné la valeur minimale de pH = 2,14. Cela signifie que la solution est passée à un milieu plus acide sous l'influence du plasma Ar + H2O2 + DMSO que les autres échantillons traités au plasma.

( a ) Comparaison de la valeur du pH de la solution de cystéine non traitée avec différents échantillons traités au plasma et ( b ) Spectres d'absorption UV – Vis de la solution de cystéine et de différents types de cystéine traitée au TSP.

La figure 2b montre le spectre UV-Vis de comparaison de solutions de cystéine non traitées et traitées au plasma. Selon Szili et. al53 L'absorbance UV contribue aux principales espèces réactives à longue durée de vie telles que NO2–, NO3– et H2O2. L'augmentation de l'épaulement à 230–330 nm contribue à la concentration de H2O2, tandis que l'augmentation de l'intensité du pic à 190–250 nm contribue aux concentrations de NO2– et NO3–. Comme on peut le voir, l'ajout de H2O2 au plasma a conduit à une concentration élevée de H2O2. De plus, les pics associés de NO2– et NO3– tolèrent plus d'intensités après différents traitements au plasma qui étaient à nouveau les plus élevés pour le plasma Ar + H2O2 + DMSO54,55. Enfin, on peut voir sur la Fig. 2b que l'absorbance du NO2– et du NO3– et du H2O2 dans l'eau traitée au plasma Ar sans cystéine est inférieure à celle de l'échantillon de cystéine traité au plasma Ar. Cela indique que le rôle de NO2– et NO3–, et H2O2 dans l'absorbance est mineur concernant les nouveaux produits des échantillons de cystéine traités au plasma Ar.

Fait intéressant, une tendance au décalage vers le rouge dans tous les cas de traitement au plasma a également été observée (Ar + H2O2 + DMSO > Ar + DMSO > Ar). Selon Ankireddy et. Al.56, la cause du pic modifié décalé vers le rouge peut être due à la formation de transitions n–π*. La solution diminue l'état énergétique des électrons excités dérivés du plasma et l'effet de décalage vers le rouge augmente en augmentant la polarité de la solution. Par l'ajout de DMSO et de H2O2 via le plasma Ar, la longueur d'onde mentionnée a traversé une longueur d'onde plus grande qui montre qu'elle contient un plus grand nombre d'espèces mentionnées que d'autres.

Pour les structures moléculaires et les groupes fonctionnels d'acides aminés, l'analyse FTIR a été considérée comme un outil utile. Nous avons étudié les changements de spectres FTIR dans la plage de 400 à 4000 cm-1 pour montrer comment différents plasmas affectent la solution de cystéine. Tous les spectres ont été convertis des spectres transmis en spectres d'absorption en utilisant la formule ci-dessous :

La figure 3 compare les spectres FTIR d'échantillons non traités et traités au plasma Ar avec et sans la présence de DMSO et de H2O2. Des changements dans la position et l'intensité des pics se sont produits en présence de plasma pour tous les échantillons traités.

Spectres FTIR de (a) eau traitée au plasma Ar sans cystéine, (b) solution de cystéine non traitée et solution de cystéine traitée au plasma par (c) plasma Ar, (d) plasma Ar + DMSO et (e) Ar + H2O2 + DMSO plasma. (Les régions en surbrillance montrent l'apparition ou la disparition des liaisons de (vert) C–H, (jaune) S–H, (bleu) COO–, (rose) S–S et S–O).

Dans la plage de 2000 à 4000 cm−1, plusieurs liaisons telles que les vibrations d'étirement du groupe hydroxyle O–H (3369 cm−1) dans les groupes carboxyliques, les vibrations d'étirement N–H (3243 cm−1) du groupe fonctionnel amine -NH2 de non traité solution de cystéine57, C–H (3149 cm−1), vibration C–H aliphatique (2923 cm−1) pour amine chargée –NH3+58, S–H groupe thiol (2553 cm−1) groupe thiol ont été détectés pour la cystéine non traitée . La liaison S – H en tant que pic caractéristique de la cystéine a disparu dans les solutions traitées au plasma. Certaines liaisons mentionnées ont été observées avec une position légèrement décalée dans les cas traités au plasma. Les liaisons chimiques dans la gamme de 400 à 1800 cm−1 ont également montré plusieurs changements. Vibration d'étirement asymétrique et symétrique de COO– (1608 cm−1 et 1390 cm−1), Ces liaisons ont également changé à 1604 cm−1 et un pic de haute intensité à 1386 cm−1 dans l'échantillon traité au plasma Ar et ont considérablement diminué après l'ajout DMSO et H2O259,60,61. La liaison C–S (595–830 cm−1)62,63 a également été détectée. Après l'ajout de DMSO et de H2O2, de nouveaux pics à (1191 cm-1), (1002 cm-1) et (943 cm-1) respectivement liés à S=O, S–O et S–S ont été détectés. De nouveaux pics de (516 cm-1) dans Ar + DMSO et (520 cm-1) dans Ar + H2O2 + DMSO ont également été ajoutés. Ces pics ont contribué à la liaison S – S par plus d'intensité dans le plasma Ar + DMSO et son absorbance a diminué après l'ajout de H2O2 dans Ar + H2O2 + DMSO.

L'intensité d'une liaison d'absorption dépend de la polarité de la liaison. Ainsi, une liaison avec une polarité plus élevée montrera une liaison d'absorption plus intense. L'intensité dépend également du nombre de liaisons responsables de l'absorption. De plus, la base du moment dipolaire sur l'impact chimique du traitement au plasma de la cystéine à haute densité électronique peut être la raison du léger décalage des fréquences globales64,65. En d'autres termes, les changements dans la distribution des électrons et l'état d'hybridation se traduisent par la position des pics. En FTIR, les changements d'intensité et de position des pics indiquent généralement des changements dans les liaisons moléculaires et les groupes fonctionnels créant certains complexes. En conséquence, il est confirmé que le processus de polymérisation s'est produit.

L'analyse par spectroscopie de masse a été effectuée par un spectromètre de masse Agilent 6410 Triple-Quad (Agilent Technologies Series 1200, Santa Clara, CA, USA) et un système UHPLC a été utilisé pour étudier tout changement dans la structure chimique de la cystéine.

La figure 4 montre les spectres de masse d'échantillons non traités et traités. Comme on peut le voir dans toutes les cystéines traitées (Fig. 4c – e), de nombreuses nouvelles biomolécules sont détectées par rapport à celles non traitées (Fig. 4a). L'abondance de cystéine basée sur le diagramme à barres de la Fig. 5 a suivi Raw > Ar > Ar + H2O2 + DMSO > Ar + DMSO. Cela signifie que le plasma Ar + DMSO a eu le plus d'impact sur la conversion de la cystéine en d'autres molécules. Cependant, d'autres types de plasmas ont eu une grande influence sur la production de nouvelles biomolécules.

Spectres de masse de (a) cystéine non traitée, (b) eau traitée au plasma Ar sans cystéine et biomolécules dérivées de TSP à partir de cystéine traitée avec (c) plasma Ar, (d) plasma Ar + DMSO, (e) Ar + H2O2 + DMSO .

Comparaison de l'abondance de cystéine dans l'échantillon non traité avec les trois autres plasmas avec Ar comme gaz d'alimentation.

Ces pics sont enregistrés dans le tableau 1 sur la base de leurs valeurs m/z et leurs structures chimiques prédites sont disponibles dans les informations supplémentaires. Bien que des pics de même masse moléculaire aient été observés dans les trois cas de cystéine traitée, l'abondance de ces produits est différente dans chacun d'eux (Fig. 6). De plus, certains produits chimiques uniques sont générés à la suite de chaque traitement au plasma qui était le plus dans le traitement au plasma Ar + H2O2 + DMSO. Outre le processus d'enchaînement pour créer des macromolécules, chaque traitement a entraîné une dégradation et la valeur m/z minimale a été observée pour le traitement au plasma Ar (m/z = 50 Da). Pour les pics observés dans les trois traitements, ils ont montré l'abondance la plus élevée à la suite du traitement Ar + DMSO à l'exception de (m/z = 347 Da et 102 Da). Fait intéressant, le traitement au plasma Ar + H2O2 + DMSO a conduit à générer le plus gros produit à près de 1KDa (m/z = 947 Da ; C25H38N8O15S8), ce qui peut être dû à la plus grande quantité d'espèces RONS.

Abondance comparant m/z = (a)794 Da, (b)405 Da, (c)347 Da, (d)336 Da, (e)102 Da, (f)77 Da.

Les structures 3D des produits chimiques les plus lourds (m/z = 925 Da ; C23H36N6O19S7, m/z = 936 Da ; C23H33N7O19S7 et m/z = 947 Da ; C25H38N8O15S8,) respectivement issus de Ar, Ar + DMSO et Ar + H2O2 + Les plasmas DMSO sont illustrés à la Fig. 7.

Structures 3D des produits chimiques dérivés de TSP les plus lourds.

Des informations complètes et les structures chimiques prévues des composés produits sont compilées dans le fichier d'informations supplémentaires, et à titre d'exemple, vous pouvez voir certains des plus gros composés produits par différents traitements au plasma dans le tableau 2.

Cependant, le mécanisme du plasma, les réactions chimiques dans l'eau et leurs réactions d'interface sont plus complexes qu'il n'y paraît, selon des études antérieures, le stress oxydatif a principalement contribué à l'augmentation du niveau de RONS et de radicaux hautement réactifs tels que ·H et ·OH . Plusieurs voies de réactions chimiques (dégradation et polymérisation) ont lieu à l'aide de tels radicaux66. Les mécanismes qui se produisent dans PAW ne sont pas seulement par l'atome d'hydrogène et le radical OH, mais aussi par les électrons hydratés (e-aq). Dans les années 1980, des études ont montré que e–aq est produit dans l'eau par des irradiations de photons (photoexcitation UV) avec des énergies supérieures à 6 eV67,68. À cette énergie, la formation de e–aq est due au transfert de l'atome H, mais une formation supplémentaire est possible à des niveaux d'énergie plus élevés. e–aq dérivé des électrons secondaires générés dans l'eau à la suite de l'ionisation. Ces électrons ont un grand impact sur la chimie et les réactions biologiques. Voir quelques réactions connexes ci-dessous :

où H3O est connu comme un "radical de Rydberg" dans lequel un électron est faiblement lié à H3O+.

Pour l'eau activée, l'ionisation primaire se produit (réaction 1) et un atome d'hydrogène et un radical OH sont générés à la suite de l'excitation (réaction 2). Les réactions (3) et (4) sont deux processus de recombinaison importants dans lesquels e–aq se convertit en atome d'hydrogène. Espèces réductrices formées dans la réaction (1) dans leurs réactions avec le peroxyde d'hydrogène (8). Enfin, une molécule d'eau excitante se forme.

Les électrons générés par le plasma et divers radicaux à courte et longue durée de vie lorsqu'ils atteignent la solution, de nombreuses réactions mixtes se produisent. À la suite de ces réactions, de nombreux autres radicaux et espèces réactives sont générés. De plus, de nombreux RONS dans les PAW sont générés par des espèces à durée de vie aussi longue (nitrates (NO3–), nitrites (NO2–), peroxyde d'hydrogène (H2O2) et ozone (O3)) et à courte durée de vie (radicaux hydroxyles (OH·), (NO·), superoxyde (O2–), peroxynitrite (OONO2–) et peroxynitrites (ONOO–))69. Plusieurs facteurs tels que l'alimentation électrique du plasma, la tension appliquée, les régimes de décharge, le temps de traitement, le type de gaz d'alimentation et son débit, ainsi que le type et la configuration des électrodes, outre le volume et la composition de la solution, et la distance entre l'électrode et la surface de la solution, sont importantes pour l'efficacité des expériences70. Le plasma Ar sans gaz moléculaire contient des électrons de haute énergie et des photons (V)UV71,72. Le groupe carbonyle est élevé dans le plasma Ar, ce qui provoque une carbonylation (processus d'oxydation). De plus, les radicaux hydroxyle et l'oxygène atomique et singulet se sont avérés efficaces sur les groupes thiol dans les protéines sous traitement plasma in situ ou ex situ. L'utilisation du gaz Ar, du H2O2 et du DMSO comme précurseurs conduit à la production de diverses espèces primaires qui permettront par la suite la génération de nombreuses espèces secondaires. Avec le plasma gazeux Ar alimenté sec, ·OH en tant que radicaux forts qui peuvent oxyder la cystéine peuvent être produits à la fois dans la phase gazeuse et dans l'interface plasma-échantillon73,74,75. L'énergie de la liaison S–H n'est que de 3,6 eV et est une bonne cible à attaquer par ·OH réactif. H2O2 est un autre ROS majeur généré par le plasma froid (principalement à la suite de la recombinaison des radicaux OH) qui joue un rôle important dans les voies de signalisation redox cellulaires. L'oxygène singulet est également une espèce réactive de l'oxygène qui joue un rôle important dans l'oxydation de la cystéine. Dans le plasma Ar, la réaction entre les ROS tels que les radicaux ·OH et les acides aminés peut entraîner la formation de radicaux hydrogène. Dans une solution plus acide (Ar + H2O2 + DMSO dans notre étude), le NO2– peut être facilement protoné et dégradé en NO2, NO et H2O. Le RNS est très important de deux points de vue : 1- génération d'acides aminés et de composés azotés ; et 2- en tant que molécule de signalisation pour contrôler le métabolisme. Une combinaison de NO2– avec H2O2 et O3 produit du nitrate (NO3–)76.

Au cours du processus de déprotonation du radical hydroperoxyle (OOH), un autre radical important appelé superoxyde (O2–) est généré dans PAW. NO radical peut aider à produire d'autres RONS en attaquant l'acide aminé pendant le processus d'oxydation. ONOOH et ONOO peuvent être produits par des réactions :

À la suite de ces réactions, certaines liaisons se rompent tandis que de nombreuses nouvelles liaisons se forment pour créer de nombreux bioproduits qui ont été détectés dans les spectres de masse. La rupture de la liaison C–S et la création d'une liaison C–C et C=C (selon FTIR) ont été prédites et le groupe amino (NH2) a été attaqué avec le radical NO du plasma pour ajouter un nouveau groupe de NH2. Les voies prédites de certains composés chimiques ont été montrées dans notre étude précédente. Par exemple, une seule molécule de cystéine lorsqu'elle est attaquée par le radical OH, puis par l'acide sulfinique O3 peut être produite. Un temps de traitement d'exposition supplémentaire peut oxyder ce produit en l'autre structure (tableaux S2, S3) en attaquant davantage OH avec un poids moléculaire de (C3H11NO5S ; m/z = 174 Da). Un produit courant pendant le traitement au plasma est la fixation de deux cystéines avec leur abstraction H. Comme mentionné précédemment, en raison de la longue durée de traitement et selon Zhou et al24, la cystine peut se convertir en d'autres nouveaux produits dans le cadre d'un processus de suroxydation. Le produit final de cette voie sous une exposition supplémentaire contient des molécules de sérine dans sa structure par (C6H13N3O9S2, m/z = 336 Da) de tous les traitements au plasma (voir Fig. 8). En attachant trois molécules de cystéine-(–SH) et de nouvelles liaisons C–N, S–S et S=O, un composé (C11H21N3O11S4 ; m/z = 500 Da) contenant de l'acide aminé alanine a été observé à partir d'un traitement au plasma Ar. Certains produits par (m/z = 583, 608, 656 Da) contiennent des acides aminés alanine dans leurs structures. Par exemple, (C9H21N5O16S4; m/z = 583 Da) montre que plus de molécules de cystéine sont jointes, chacune avec de nouvelles liaisons OH et un groupe amino. De plus, tous les atomes de soufre ont été bombardés avec des radicaux dérivés du plasma (par exemple, O3, OH, H2O2, O2). Cependant, c'est la première étape dans cette direction et beaucoup de recherches doivent être faites à cet égard, ce processus nous rapproche de notre objectif de faire une chaîne complète du peptide.

Structure chimique prédite d'une biomolécule dérivée de tous les plasmas (C6H13N3O9S2, m/z = 336 Da).

La quantité de ROS diminue après avoir réagi avec les informations sur les acides aminés de NO2– dans les médias. La formation d'ions tels que NO2– et NO3– provoque une diminution de la valeur du pH et par conséquent la formation de composés azotés réactifs. Ainsi, les radicaux liés à l'azote peuvent altérer les acides aminés. Les groupes NO peuvent se fixer aux résidus thiol des acides aminés ou même aux groupes amino61,69. Fait intéressant, O(3P) et O2(1Δg) en tant qu'espèces dérivées de la phase gazeuse ont joué un rôle vital dans la formation de produits et sont impliquées dans différentes modifications des biomolécules. En ajoutant du DMSO au plasma, le radical sulfure réactif se libère et participe à de nombreuses autres réactions. De plus, certaines autres espèces soufrées réactives (RSS)77,78,79 générées en solution (contenant de la cystéine) provoquent la formation de réactions chimiques pour produire de nombreuses nouvelles biomolécules.

La réaction ci-dessous montre le grand effet du radical ·OH dans le processus de dégradation du DMSO :

Dans le cadre du processus de suroxydation, de nombreuses autres relations se produisent comme suit :

Suite à l'interaction des radicaux DMSO et ·OH, deux produits essentiels (dioxyde de soufre (SO2) et diméthylsulfone (C2H6SO2)) sont produits en phase gazeuse. D'autres facteurs importants dans le processus d'oxydation du DMSO sont le rayonnement UV et le H2O280,81. L'ajout de H2O2 permet de générer d'autres radicaux réactifs tels que HOO· et ·OH82,83. Cela conduit à l'accélération des processus de dégradation du DMSO. La voie prédite de dégradation du DMSO est illustrée à la Fig. 9, ce qui est important pour générer des produits chimiques pour le processus de polymérisation à partir de la cystéine.

Voies prédites des processus de dégradation du DMSO81.

Le sulfure d'hydrogène (H2S) peut être généré dans les cellules via une voie enzymatique ou non enzymatique. Le H2S dans le corps agit comme une molécule de signalisation gazeuse connue pour inhiber le complexe IV de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale, ce qui réduit efficacement la génération d'ATP et l'activité biochimique dans les cellules84. La libération de cette molécule par la voie numéro (1) de la figure 10 dans le cadre du processus d'oxydation peut produire un bioproduit de (m/z = 50 Da). Le groupe NH3, en revanche, peut contribuer à d'autres réactions en produisant d'autres produits, par exemple par la voie (2) (m/z = 336 Da).

Voie prédite de deux bioproduits : (1) H2OS (m/z = 50 Da) et (2) C6H13N3O9S2 (m/z = 336 Da).

Comme indiqué précédemment, le clivage d'une liaison C – S se traduit également par de nouveaux produits. On prévoit que le radical OH est une cause d'affaiblissement de la liaison C–N76,85,86. Le processus de suroxydation peut conduire à la démolition de la liaison S–S dans certains produits :

Il est à noter que le rayonnement UV (V) dérivé du plasma par clivage de la liaison C – S peut être responsable de la formation d'alanine et d'une oxydation supplémentaire du radical SH. En plus de la sérine et de l'alanine, d'autres molécules sont produites lors des traitements TSP. Il est entendu que le type d'espèces réactives et le temps de traitement6,87 sont très influents dans la production et le type de produits biochimiques88,89.

L'acide sulfonique, l'acide sulfinique, l'acide carboxylique, l'acide acrylique, la glycine, la proline et certaines autres biomolécules d'acides aminés ont été observés dans certains dérivés par différentes valeurs de m/z à partir de différents traitements TSP. Il semble que la capacité des trois types de plasma dans les processus de décomposition et de dégradation soit presque la même.

En résumé, une configuration TSP a été développée pour produire des bioproduits à hautes masses moléculaires lors du processus de polymérisation à partir de la cystéine. La production de masses moléculaires élevées à partir de monomères dépend directement de la quantité d'espèces dérivées du plasma. La cystéine est à l'étude comme modèle biologique pour améliorer la découverte de l'activité redox des peptides et des protéines. Cependant, il existe encore des inquiétudes concernant les réactions de transfert d'électrons de ces molécules qui nécessitent des recherches plus approfondies ; la cystéine est toujours un acide aminé important pour surveiller la structure chimique et les capacités des protéines en raison de ses états d'oxydation élevés. Les espèces réactives de la décharge d'Ar TSP ont conduit à la génération de nombreuses productions de cystéine oxydée. De plus, dans une certaine mesure, l'ajout de DMSO et de H2O2 a conduit à générer d'autres nouveaux bioproduits. Selon la spectroscopie de masse, des produits d'oxydation de la cystéine distincts ont été observés dans la valeur élevée des masses moléculaires pour tous les traitements au plasma, confirmant les impacts biologiques potentiels de RONS. Ar + H2O2 + DMSO ont grandement affecté le groupe thiol, ce qui était cohérent avec l'analyse FTIR. L'ajout simultané de H2O2 et de DMSO a augmenté le nombre de nouveaux produits chimiques. Certains produits chimiques dérivés d'Ar + DMSO qui ont été observés dans d'autres avaient plus d'abondance. Par conséquent, le type de précurseurs et de tout additif au plasma peut varier en produisant des produits chimiques et leur intensité. Généralement, pour développer la formation de composés biochimiques, certaines considérations liées aux paramètres de décharge doivent être prises.

Il est conclu que le traitement TPS de la cystéine peut modifier considérablement sa structure chimique. Outre le processus de dégradation, des processus de polymérisation se sont produits pour produire de nouveaux bioproduits avec des masses moléculaires plus élevées. Nos résultats indiquent que la structure chimique de la cystéine est radicalement modifiée pour créer de nombreux autres produits. Le processus de suroxydation peut produire des biomolécules plus grosses contenant d'autres acides aminés. Enfin, on considère que de nombreuses espèces réactives dérivées du plasma qui ont été produites en phase gazeuse, en phase liquide et à l'interface gaz-liquide ont eu un effet important sur l'accélération des processus de polymérisation.

Toutes les structures chimiques des biomolécules générées sous différents traitements au plasma sont présentées dans les tableaux d'informations supplémentaires.

Laroussi, M. Stérilisation des matières contaminées avec un plasma à pression atmosphérique. IEEE Trans. Plasma Sci. 24(3), 1188–1191. https://doi.org/10.1109/27.533129 (1996).

Article ADS CAS Google Scholar

Filipić, A., Aguirre, IG, Prime, G., Mozetič, M. & Dobnik, D. Plasma froid, un nouvel espoir dans le domaine de l'inactivation des virus. Tendances Biotechnol. 38(11), 1278–1291. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.04.003 (2020).

Article CAS Google Scholar

Schmidt, A., Bekeschus, S., Wende, K., Vollmar, B. & Woedtke, TV Un jet de plasma froid accélère la cicatrisation des plaies dans un modèle murin de plaies cutanées de pleine épaisseur. Exp. Dermatol. 26(2), 156–162. https://doi.org/10.1111/exd.13156 (2016).

Article CAS Google Scholar

Ulrich, C. et al. Utilisation clinique du plasma d'argon à pression atmosphérique froide dans les ulcères de jambe chroniques : une étude pilote. J. Wound Care 24(5), 196–203. https://doi.org/10.12968/jowc.2015.24.5.196 (2015).

Article CAS Google Scholar

Heinlin, J. et al. Une étude randomisée à double face contrôlée par placebo sur l'efficacité et l'innocuité du plasma d'argon atmosphérique non thermique pour le prurit. J.Eur. Acad. Dermatol. Vénéréol. 27, 324–331. https://doi.org/10.1111/j.1468-3083.2011.04395.x (2013).

Article CAS Google Scholar

Valinataj Omran, A. et al. Jet de plasma unique atmosphérique froid pour la délivrance de RONS sur de grandes surfaces biologiques. Sources de plasma Sci. Technol. 29, 105002. https://doi.org/10.1088/1361-6595/abaffd (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Emmert, S. et al. Plasma à pression atmosphérique en dermatologie : traitement de l'ulcère et bien plus encore. Clin. Plasma Med. 1(1), 24–29. https://doi.org/10.1016/j.cpme.2012.11.002 (2013).

Article Google Scholar

Yan, D. et al. Stabilisation du milieu stimulé par plasma froid en régulant la composition du milieu. Sci. Rep. 6, 26016. https://doi.org/10.1038/srep26016 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Takahashi, Y. et al. viabilité cellulaire dans un milieu de culture cellulaire contenant de la méthionine irradié avec un plasma à pression atmosphérique excité par micro-ondes. Procédé Plasma Polym. https://doi.org/10.1002/ppap.201700200 (2018).

Article Google Scholar

Toyokuni, S. L'origine et l'avenir de la pathologie du stress oxydatif : de la reconnaissance de la cancérogenèse en tant que dépendance au fer avec résistance à la ferroptose à la thérapie au plasma non thermique. Pathol. Int. 66, 245–259. https://doi.org/10.1111/pin.12396 (2016).

Article CAS Google Scholar

Graves, DB Biomédecine plasmatique à basse température : une revue du didacticiel. Phys. Plasmas https://doi.org/10.1063/1.4892534 (2014).

Article Google Scholar

Takenaka, K. et al. Enquêtes sur les interactions plasma-biomolécules comme processus fondamental pour la médecine du plasma. J. Phys. : Conf. Ser. 441, 012001. https://doi.org/10.1088/1742-6596/441/1/012001 (2013).

Article CAS Google Scholar

Reuter, S., Woedtke, T. & Weltmann, KD The kINPen: Une revue de la physique et de la chimie du jet de plasma à pression atmosphérique et de ses applications. J.Phys. D : Appl. Phys. 51(23), 233001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aab3ad/meta (2018).

Annonces d'article Google Scholar

Schmidt-Bleker, A., Reuter, S. & Weltmann, KD Diagnostic schlieren quantitatif pour la détermination de la densité des espèces ambiantes, de la température du gaz et de la puissance calorimétrique des jets de plasma atmosphérique froid. J.Phys. Appl. Phys 48(17), 175202. https://doi.org/10.3390/app12020644 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Reuter, S. et al. Du RONS au ROS : traitement sur mesure des cellules de la peau par jet de plasma. IEEE Trans. Plasma Sci. 40(11), 2986–2993. https://doi.org/10.1109/TPS.2012.2207130 (2012).

Article ADS CAS Google Scholar

Gorbanev, Y. et al. combinant des approches expérimentales et de modélisation pour étudier les sources d'espèces réactives induites dans l'eau par le jet de plasma COST RF. Phys. Chim. Chim. Phys 20(4), 2797–2808 (2018).

Article CAS Google Scholar

Brandenburg, R. Progrès des décharges à barrière diélectrique sur les sources de plasma et la compréhension des régimes et des filaments simples. Sources de plasma Sci. Technol. 26(5), 053001 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Lackmann, J.-W. et coll. la décharge de barrière diélectrique inactive la RNase A en oxydant les acides aminés soufrés et en rompant les liaisons disulfures structurelles. J.Phys. D : Appl. Phys. 48, 494003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/49/494003 (2015).

Article CAS Google Scholar

Baldus, S., Kogelheide, F., Bibinov, N., Stapelmann, K. & Awakowicz, P. Analyse résolue en phase de l'homogénéité d'une décharge à barrière diélectrique diffuse. J.Phys. D : Appl. Phys. 37, 375202. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/37/375202 (2015).

Article CAS Google Scholar

Schmidt-Bleker, A., Winter, J., Bösel, A., Reuter, S. & Weltmann, KD Sur la chimie du plasma d'un jet de plasma d'argon atmosphérique froid avec un dispositif de gaz de protection. Sources de plasma Sci. Technol. 25(1), 015005. https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/1/015005 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Verlackt, C., Van Boxem, W. & Bogaerts, A. Transport et accumulation d'espèces générées par plasma en solution aqueuse. Phys. Chim. Chim. Phys. 20(10), 6845–6859. https://doi.org/10.1039/x0xx00000x (2018).

Article CAS Google Scholar

Schmidt-Bleker, A. et al. Sortie d'espèces réactives d'un jet de plasma avec un dispositif à gaz de protection - combinaison de spectroscopie d'absorption FTIR et de modélisation en phase gazeuse. J.Phys. D : Appl. Phys. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/14/145201 (2014).

Article Google Scholar

Takai, E. et al. Modification chimique des acides aminés par plasma froid à pression atmosphérique en solution aqueuse. J.Phys. D : Appl. Phys. 47, 285403. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/28/285403 (2014).

Article CAS Google Scholar

Zhou, R. et al. Interaction des microplasmes d'air à pression atmosphérique avec les acides aminés en tant que processus fondamentaux en solution aqueuse. PLoS ONE 11(5), e0155584. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155584 (2016).

Article CAS Google Scholar

Wende, K. et al. sur une voie lourde : Détermination de la chimie des espèces à vie courte dérivées du plasma froid à l'aide du marquage isotopique. R. Soc. Chim. https://doi.org/10.1039/c9ra08745a (2020).

Article Google Scholar

Sremačkia, I. et al. Influence de l'injection d'aérosol sur la chimie liquide induite par un jet de plasma d'argon RF. Sources de plasma Sci. Technol. dans la presse https://doi.org/10.1088/1361-6595/abe176 (2021).

Article Google Scholar

Lackmann, JW et al. Nitrosylation versus oxydation : Comment moduler les plasmas physiques froids pour des applications biologiques. PLoS ONE https://doi.org/10.1371/journal.pone.0216606 (2019).

Article Google Scholar

Li, Y. et al. Décomposition de la l-valine sous plasma de décharge à barrière diélectrique non thermique. J.Phys. Chim. B 118, 1612–1620. https://doi.org/10.1021/jp411440k (2014).

Article CAS Google Scholar

Bruno, G. et al. Oxydation induite par un plasma physique froid d'espèces soufrées réactives (RSS) produisant des cystéines. Clin. Plasma Med. 14, 100083. https://doi.org/10.1016/j.cpme.2019.100083 (2019).

Article Google Scholar

Lukeš, P., Doležalová, E., Sisrová, I. & Clupek, M. Chimie en phase aqueuse et effets bactéricides d'un plasma de décharge d'air au contact de l'eau : preuves de la formation de peroxynitrite par un poste de pseudo-second ordre -réaction de décharge de H2O2 et HNO2. Sources de plasma Sci. Technol. 23, 015019. https://doi.org/10.1088/0963-0252/23/1/015019 (2014).

Article ADS CAS Google Scholar

Machala, Z., Tarabová, B., Sersenová, D., Janda, M. & Hensel, K. Effets chimiques et antibactériens de l'eau activée par plasma : corrélation avec les espèces réactives gazeuses et aqueuses d'oxygène et d'azote, les sources de plasma et les conditions de circulation d'air . J.Phys. Appl. Phys. 52, 032002. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aae807 (2019).

Article CAS Google Scholar

Kučerovál, K., Machala, Z. & Hensel, K. Décharge d'étincelle transitoire générée dans divers mélanges de gaz N2/O2 : espèces réactives dans le gaz et l'eau et leurs effets antibactériens. Plasma Chem. Procédé plasma. https://doi.org/10.1007/s11090-020-10082-2 (2020).

Article Google Scholar

Chen, TP, Liang, J. & Su, TL Eau activée par plasma : activité antibactérienne et artefacts ?. Environ. Sci. Pollution. Restaurer. 27, 26699–26706. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9169-0 (2018).

Article CAS Google Scholar

Eto, H., Ono, Y., Ogino, A. & Nagatsu, M. Stérilisation à basse température de matériaux emballés à l'aide d'une décharge à barrière diélectrique de type feuille flexible. Appl. Phys. Lett. 93, 221502 (2008).

Annonces d'article Google Scholar

Ke, Z. et al. Effet de la composition N2/O2 sur l'efficacité d'inactivation d'Escherichia coli par plasma de décharge à l'interface gaz-solution. Clin. Plasma Med. 7–8, 1–8 (2017).

Article Google Scholar

Zhao, Y.-M., Patange, A., Sun, D.-W. & Tiwari, B. Eau activée par plasma : propriétés physicochimiques, mécanismes d'inactivation microbienne, facteurs influençant l'efficacité antimicrobienne. Compr. Rev Food Sci. Sécurité alimentaire. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12644 (2020).

Article Google Scholar

Gorbanev, Y. & Bogaerts, A. Détection chimique d'espèces à courte durée de vie induites en milieu aqueux par plasma à pression atmosphérique. dans (eds Nikiforov, A. & Zhiqiang, C.) Plasma à pression atmosphérique : des diagnostics aux applications, (2018), pp. 113-129, https://doi.org/10.5772/intechopen.79480

Khlyustova, A., Labay, C., Machala, Z., Ginebra, MP & Canal, C. Paramètres importants dans les jets de plasma pour la production de RONS dans les liquides pour la médecine du plasma : une brève revue. Devant. Chim. Sci. Ing. 13(2), 238–252. https://doi.org/10.1007/s11705-019-1801-8 (2019).

Article CAS Google Scholar

Bruggeman, PJ et al. Interactions plasma-liquide : bilan et feuille de route. Sources de plasma Sci. Technol. 25, 053002. https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/5/053002 (2016).

Article ADS CAS Google Scholar

Kruszelnicki, J., Lietz, AM & Kushner, MJ Activation par plasma à pression atmosphérique de gouttelettes d'eau. J.Phys. Appl. Phys. 52, 355207. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab25dc (2019).

Article CAS Google Scholar

Heirman, P., Van Boxem, W. & Bogaerts, A. Réactivité et stabilité des espèces d'oxygène et d'azote générées par plasma dans une solution d'eau tamponnée : une étude informatique. Phys. Chim. Chim. Phys. 21, 12881–12894. https://doi.org/10.1039/c9cp00647h (2019).

Article CAS Google Scholar

Jablonowski, H. et al. Impact du rayonnement ultraviolet sous vide du jet de plasma sur la génération d'espèces réactives de l'oxygène dans les liquides bio-pertinents. Phys. Plasmas 22, 122008. https://doi.org/10.1063/1.4934989 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Bruggeman, P., Iza, F., Lauwers, D. & Gonzalvo, YA Étude par spectrométrie de masse des ions positifs et négatifs dans une décharge luminescente excitée RF à pression atmosphérique à couplage capacitif dans des mélanges He-eau. J.Phys. D : Appl. Phys. 43, 012003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/1/012003 (2010).

Article ADS CAS Google Scholar

Lim, JS et al. Mesure de la densité électronique en décharge transitoire par étincelle par simple interférométrie. Rés. Phys. 20, 103693. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103693 (2021).

Article Google Scholar

Gerling, T., Hoderv, T., Bussiahn, R., Brandenburg, R. & Weltmann, K.-D. Sur la dynamique spatio-temporelle d'une décharge d'étincelle transitoire nanoseconde auto-pulsée : une analyse spectroscopique et électrique. Sources de plasma Sci. Technol. 22, 065012. https://doi.org/10.1088/0963-0252/22/6/065012 (2013).

Annonces d'article Google Scholar

Hensel, K., Kucˇerova, K., Tarabova, B., Janda, M. & Machala, Z. Effets de la décharge d'étincelle transitoire dans l'air et du jet de plasma d'hélium sur l'eau, les bactéries, les cellules et les biomolécules. Biointerphases 10, 029515. https://doi.org/10.1116/1.4919559 (2015).

Article CAS Google Scholar

Metelmann, HR et al. Traiter le cancer avec du plasma physique froid : En route vers une médecine factuelle. Contribution physique des plasmas. 58, 5. https://doi.org/10.1002/ctpp.201700085 (2018).

Article CAS Google Scholar

Weltmann, KD, Metelmann, HR & von Woedtke, TH Applications du plasma à basse température en médecine. Europhys. Nouvelles 47 (5–6), 39–42. https://doi.org/10.1051/epn/2016507 (2016).

Article CAS Google Scholar

Schmidt, A. et al. Les conséquences moléculaires et physiologiques du traitement au plasma froid dans la peau murine et sa fonction barrière. Radicaux libres. Biol. Méd. 161, 32–49. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.09.026 (2020).

Article CAS Google Scholar

Wenske, S. et al. Modifications post-traductionnelles non enzymatiques dans les peptides par des espèces réactives d'oxygène et d'azote dérivées de plasma froid. Biointerphases 15, 061008. https://doi.org/10.1116/6.0000529 (2020).

Article CAS Google Scholar

Gangal, U. et al. Synergies entre la polymérisation du polyacrylamide et la génération de nanoparticules à l'aide d'un jet de plasma à pression atmosphérique. Procédé Plasma Polym. https://doi.org/10.1002/ppap.202200031 (2022).

Article Google Scholar

Lackmann, J.-W. et coll. Une décharge de barrière diélectrique inactive la RNase A en oxydant les acides aminés contenant du soufre et en rompant les liaisons disulfure structurelles. Phys. D : Appl. Phys. 48, 494003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/49/4940033 (2015).

Article Google Scholar

Szili, EJ, Oh, JS & Hong, S. Sondage du transport de RONS générés par plasma dans une cible d'agarose en tant que substitut de tissu réel : dépendance au temps, à la distance et à la composition du matériau. J.Phys. D : Appl. Phys. 48, 202001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/20/202001 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Liu, Z. et al. Quantification de la concentration et de la profondeur de pénétration des RONS à vie longue dans l'eau activée par plasma par spectroscopie d'absorption UV. AIP Adv. 9, 015014. https://doi.org/10.1063/1.5037660 (2019).

Article ADS CAS Google Scholar

Lu, P., Boehm, D., Bourke, P. & Cullen, PJ Atteindre la spécificité des espèces réactives dans l'eau activée par plasma grâce à la génération sélective à l'aide d'étincelles d'air et de décharges luminescentes. Procédés Plasma Polym. https://doi.org/10.1002/ppap.201600207 (2017).

Article Google Scholar

Ankireddy, SR & Kim, J. Détection sélective de la dopamine en présence d'acide ascorbique via l'extinction de la fluorescence des points quantiques InP/ZnS. Int. J. Nanomed. 10, 113–119. https://doi.org/10.2147/IJN.S88388 (2015).

Article CAS Google Scholar

Si, X., Jiang, L., Wang, X., Ding, Y. & Luo, L. Détermination de la teneur en isoniazide via une électrode de carbone vitreux modifiée par acide cystéique/graphène. Anal. Méthodes 7, 793. https://doi.org/10.1039/c4ay02013h (2015).

Article CAS Google Scholar

Li, L., Liao, L., Ding, Y. & Zeng, H. Capteur de fluorescence à base de nanoparticules CdTe gravées au dithizone pour la détection off-on de l'ion cadmium dans les milieux aqueux. RSC Adv. 7, 10361. https://doi.org/10.1039/c6ra24971j (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Xinfu, M., Qingquan, G., Yu, X. & Haixiang, M. Chimie verte pour la préparation de nanofleurs d'argent fonctionnalisées à la l-cystéine. Chim. Phys. Lett. 652, 148-151. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2016.04.004 (2016).

Article CAS Google Scholar

Huang, F. et al. Synthèse et caractérisation de nanocristaux hydrosolubles de ZnS modifiés à la l-cystéine et dopés à l'argent. J. Mater. Sci. 46, 5732–5736. https://doi.org/10.1007/s10853011-5527-3 (2011).

Article ADS CAS Google Scholar

Wang, D., Khan, WU, Tang, Z. & Wang, Y. Évaluation de l'applicabilité des points de carbone émettant un vert vif à l'état solide pour les diodes électroluminescentes blanches. Chim. Asian J. https://doi.org/10.1002/asia.201701548 (2018).

Article Google Scholar

Devi, S., Singh, B., Paula, AK et Tyagi, S. détection hautement sensible et sélective de trinitrotoluène à l'aide de nanoparticules d'or coiffées de cystéine. Anal. Méthodes 8, 4398. https://doi.org/10.1039/c6ay01036a (2016).

Article CAS Google Scholar

Kim, J. Détection sélective de la dopamine en présence d'acide ascorbique via l'extinction de la fluorescence des points quantiques InP/ZnS. Int. J. Nanomed. 10, 113–119. https://doi.org/10.2147/IJN.S88388 (2015).

Article CAS Google Scholar

Yusupov, M., Lackmann, JW, Razzokov, J., Kumar, S. & Stapelmann, K. Annemie Bogaerts, Impact de l'oxydation du plasma sur les caractéristiques structurelles du facteur de croissance épidermique humain. Procédé Plasma Polym. https://doi.org/10.1002/ppap.201800022 (2018).

Article Google Scholar

Upadhyay, LSB & Verma, N. Double immobilisation de la biomolécule sur la surface du verre en utilisant la cystéine comme lieur bifonctionnel. Processus Biochem. 5, 10114. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2014.04.003 (2014).

Article CAS Google Scholar

Gangal, U. et al. Synergies entre la polymérisation du polyacrylamide et la génération de nanoparticules à l'aide d'un jet de plasma à pression atmosphérique. Procédé plasma. Polym. https://doi.org/10.1002/ppap.202200031 (2022).

Article Google Scholar

Yamamoto, Y. & Suzuki, T. Dynamique ultrarapide de la radiolyse de l'eau : formation d'électrons hydratés, solvatation, recombinaison et piégeage. J.Phys. Chim. Lett. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01468 (2020).

Article Google Scholar

Rumbach, P., Bartels, MD, Sankaran, RM & Go, BD La solvatation des électrons par un plasma à pression atmosphérique. Nat. Commun. 6, 7248. https://doi.org/10.1038/ncomms8248 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Zhou, R. et al. L'eau activée par plasma (PAW) : Génération, origine des espèces réactives et applications biologiques. JPhysD https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab81cf (2020).

Article Google Scholar

Ming Zhao, Y., Patange, A., Wen Sun, D. & Tiwari, B. Eau activée par plasma : propriétés physicochimiques, mécanismes d'inactivation microbienne, facteurs influençant l'efficacité antimicrobienne et applications dans l'industrie alimentaire. Compr. Rev Food Sci. Sécurité alimentaire. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12644 (2020).

Article Google Scholar

Golda, J., Biskup, B., Layes, V., Winzer, T. & Benedik, J. Spectroscopie ultraviolette sous vide de jets de plasma à pression atmosphérique froide. Procédé plasma. Polym. 17, e1900216. https://doi.org/10.1002/ppap.201900216 (2020).

Article CAS Google Scholar

Liu, F., Nie, L., Lu, X., Stephens, J. & Ostrikov, K. Émission de photons VUV plasma atmosphérique. Sources de plasma Sci. Technol. 17, e1900216. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab8e4d (2020).

Article CAS Google Scholar

Forman, HJ et al. Oxydation de la cystéine protéique dans la signalisation redox : mises en garde sur la détection et la quantification de l'acide sulfénique. Cambre. Biochimie. Biophys. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.09.013 (2016).

Article Google Scholar

Trujillo, M., Alvarez, B. & RadiOne, R. et l'oxydation à deux électrons des thiols : mécanismes, cinétique et devenirs biologiques. Radicaux libres Res. 50, 2. https://doi.org/10.3109/10715762.2015.1089988 (2016).

Article CAS Google Scholar

Pedre, B., Barayeu, U., Ezeriņa, D. & Dick, TP Le mécanisme d'action de la N-acétylcystéine (NAC) : le rôle émergent des espèces sulfurées H2S et sulfane. Pharmacol. Là. 228, 107916. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2021.107916 (2021).

Article CAS Google Scholar

Attri, P. et al. Influence du liquide ionique et du sel ionique sur les protéines contre les espèces réactives générées à l'aide d'un plasma de décharge à barrière diélectrique. Sci. Rep. 5, 17781. https://doi.org/10.1038/srep17781 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Wende, K. et al. Identification de la chimie liquide biologiquement active induite par un jet de plasma à pression atmosphérique non thermique. J. Appl. Phys. 113, 233302. https://doi.org/10.1063/1.4811339 (2013).

Article CAS Google Scholar

Gruhlke, MCH & Slusarenko, AJ La biologie des espèces soufrées réactives (RSS). Physique Végétale. Biochimie. 59, 98e107. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2012.03.016 (2012).

Article CAS Google Scholar

Giles, GI, Nasim, MJ, Ali, W. & Jacob, C. Le concept d'espèce soufrée réactive : 15 ans après. Antioxydants 6, 38. https://doi.org/10.3390/antiox6020038 (2017).

Article CAS Google Scholar

Lee, Y., Lee, Ch. & Yoon, J. Cinétique et mécanismes de dégradation du DMSO (diméthylsulfoxyde) par le procédé UV/H2O2. Eau Rés. 38, 2579-2588. https://doi.org/10.1016/j.watres.2004.02.028 (2004).

Article CAS Google Scholar

Wende, K. et al. Identification de la chimie liquide biologiquement active induite par un jet de plasma à pression atmosphérique non thermique. Biointerphases 10, 029518. https://doi.org/10.1116/1.4919710 (2015).

Article CAS Google Scholar

BonifaEit, M., Mockel, H., Bahnemann, D. & Asmus, KD Formation d'ions positifs et d'autres espèces primaires dans l'oxydation des sulfures par les radicaux hydroxyles. Chim. Soc. 7, 675–685 (1975).

Google Scholar

Jablonowski, H., Sousa, JS, Weltmann, KD, Wende, K. & Reuter, S. Quantification de l'ozone et de l'oxygène delta singulet produits en phases gazeuse et liquide par un plasma atmosphérique non thermique pertinent pour le traitement médical. Sci. Rep. 8, 12195. https://doi.org/10.1038/s41598-018-30483-w (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Pedre, B., Barayeu, U., Ezeriņa, D. & Dick, TP Le mécanisme d'action de la N-acétylcystéine (NAC) : le rôle émergent des espèces sulfurées H2S et sulfane. Pharmacol. Thérap. 228, 107916. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2021.107916 (2021).

Article CAS Google Scholar

Cuevasanta, E., Möller, MN & Alvarez, B. Chimie biologique du sulfure d'hydrogène et des persulfures. Cambre. Biochimie. Biophys. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.09.018 (2016).

Article Google Scholar

Koppenol, WH & Bounds, PL Signalisation par des aspects quantitatifs de molécules contenant du soufre. Cambre. Biochimie. Biophys. S0003–9861(16), 30356–30363. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.09.012 (2016).

Article CAS Google Scholar

Nauser, T., Steinmann, D., Grassi, G. & Koppenol, WH Pourquoi la sélénocystéine remplace la cystéine dans la thiorédoxine réductase : une hypothèse radicale. Biochimie 53, 5017–5022. https://doi.org/10.1021/bi5003376 (2014).

Article CAS Google Scholar

Yadav, PK et al. Biosynthèse et réactivité des persulfures de cystéine dans la signalisation. Suis. Chim. Soc. 138(1), 289–299. https://doi.org/10.1021/jacs.5b10494 (2016).

Article CAS Google Scholar

Vasas, A., Dóka, E., Fábián, E. & Nagy, P. Études cinétiques et thermodynamiques sur le potentiel de réduction des liaisons disulfure du sulfure d'hydrogène. Oxyde nitrique https://doi.org/10.1016/j.niox.2014.12.003 (2014).

Article Google Scholar

Télécharger les références

Département de physique atomique et moléculaire, Faculté des sciences, Université de Mazandaran, Babolsar, Iran

Masume Farhadi & Farshad Sohbatzadeh

Centre de recherche sur la technologie du plasma, Faculté des sciences, Université de Mazandaran, Babolsar, Iran

Farshad Sohbatzadeh

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

FS : Supervision, conceptualisation, ressources, révision et montage, conception du dispositif CAP ; MF : Enquête, validation. tâches expérimentales, Evaluation de paramètres physico-chimiques, Analyse formelle, rédaction et édition.

Correspondance à Farshad Sohbatzadeh.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Farhadi, M., Sohbatzadeh, F. Influence d'une décharge de plasma d'étincelle transitoire sur la production de masses moléculaires élevées de produits chimiques à partir de l-cystéine. Sci Rep 13, 2059 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28736-4

Télécharger la citation

Reçu : 25 août 2022

Accepté : 24 janvier 2023

Publié: 04 février 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-28736-4

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.