Influencia de una descarga de plasma de chispa transitoria en la producción de productos químicos de alta masa molecular a partir de l.

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 2059 (2023) Citar este artículo

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Los plasmas fríos a presión atmosférica se consideran un método de próxima aparición en muchas áreas de investigación. La modificación de biomoléculas con plasma ha recibido mucha atención, además de los biomateriales tratados con plasma. Por lo tanto, en este trabajo, operamos una descarga de plasma de chispa transitoria (TSP) para estudiar su efecto sobre la estructura química de la l-cisteína. el TSP se configuró en una disposición de electrodo de perno a anillo y fluyó con gas Ar. También investigamos el efecto de dos sustancias químicas; dimetilsulfóxido (DMSO) y peróxido de hidrógeno (H2O2) mediante el método de burbujeo para mostrar cómo pueden cambiar la creación de nuevos bioproductos químicos. Se utilizaron espectroscopia de absorción ultravioleta-visible, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y cromatografía líquida-espectroscopia de masas para investigar cualquier cambio en los enlaces químicos de la estructura de la cisteína y representar la generación de nuevas biomoléculas. Según los resultados mostrados, las especies reactivas generadas por plasma tuvieron un papel importante en la estructura química de la cisteína. La introducción de DMSO y H2O2 en el plasma provocó la creación de nuevos productos y la biomolécula más pesada se produjo mediante la adición simultánea de DMSO y H2O2. Los resultados también predijeron que algunos productos químicos y aminoácidos con una masa molecular de mayor valor se producirían a partir del proceso de polimerización de la solución de cisteína. El fuerte proceso de oxidación es responsable de los compuestos químicos pesados.

Muchos investigadores han considerado la capacidad única del plasma frío a presión atmosférica para producir una amplia variedad de especies reactivas en muchos campos, especialmente en la medicina del plasma. Entre los temas de interés tratados con plasma frío a presión atmosférica se encuentran la inactivación de bacterias y virus1,2, la cicatrización de heridas3,4, las enfermedades de la piel5,6 y diferentes tipos de cáncer7,8,9,10. Hasta ahora, se han diseñado y mejorado una variedad de configuraciones experimentales de plasma11,12 del chorro de plasma a presión atmosférica (APPJ)13,14,15,16 y la descarga de barrera dieléctrica (DBD)17,18,19 para lograr un objetivo específico. Cambiar varios parámetros, como voltaje, corriente, frecuencia, espacio de descarga y tipo de gas de alimentación, puede desempeñar un papel importante en la formación de la cantidad y el tipo de especies reactivas. Al estudiar las aplicaciones de la medicina plasmática, los investigadores se centran en los sistemas biológicos. Su objetivo es comprender las interacciones entre muestras biológicas y plasma utilizando métodos tanto de simulación como experimentales20,21,22. Los sistemas orgánicos como las proteínas -conocidos como sistemas biológicos complejos- están siendo considerados por diferentes descargas de plasma. Dado que la cantidad y el tipo de especies reactivas producidas por el plasma son muy eficaces en el tratamiento, los científicos han estudiado el efecto de diferentes configuraciones del plasma sobre los aminoácidos, que son los componentes principales de las proteínas. En 2014, Takai et al.23 estudiaron el efecto de un chorro de plasma en 20 aminoácidos e informaron los cambios en las cadenas laterales de 14 aminoácidos. En 2016, Zhou et al.24 actualizaron el sistema de chorros de plasma a un mayor número de chorros de microplasma para mostrar cómo el plasma afecta las estructuras de la proteína. Algunos años más tarde, Wende et al. y Sremacki et al. utilizaron respectivamente un chorro de plasma kINPen25 y un chorro de plasma RF acoplado con un sistema de aerosol26 para investigar los procesos de interacción plasma-líquido y su efecto sobre el aminoácido cisteína. Además, Lackmann et al. utilizaron dos fuentes de plasma para mostrar que los resultados de las propiedades químicas son diferentes para cada fuente de plasma27. En 2014, Li et al.28 diseñaron un dispositivo de plasma de descarga de barrera dieléctrica (DBD) para investigar varios mecanismos de los productos descompuestos del aminoácido valina. Además, otros investigadores demostraron que factores como el tiempo de tratamiento y la concentración de la solución pueden afectar la calidad de la modificación29. Curiosamente, los aminoácidos que contienen azufre se consideran un buen objetivo. Parece que sufren modificaciones químicas mediante el tratamiento con plasma más que otros. Como se mencionó anteriormente, la característica más importante de los plasmas fríos a presión atmosférica es su capacidad de crear especies de oxígeno y nitrógeno (RONS) altamente reactivas que se mantienen cerca de la temperatura ambiente. Por tanto, son adecuados para modificaciones del sistema biológico. Es evidente que la interacción entre el plasma y el medio acuoso es esencial para muchas aplicaciones, especialmente en sistemas biológicos. Los organismos vivos contienen agua y por eso es crucial estudiar la interacción plasma-líquido30,31,32. De esta forma, los científicos se han centrado en el agua activada por plasma (PAW)33,34. El tratamiento por encima o por debajo de la superficie del agua mediante exposición al plasma35,36 convierte el agua en un medio activo que incluye muchas especies reactivas. La interacción de radicales y partículas derivados del plasma con moléculas de agua da como resultado diversas reacciones químicas. De hecho, al atrapar especies energéticas y partículas que vienen de la fase plasma al líquido acuoso, se forman muchas nuevas reacciones químicas en la interfaz gas-líquido, y luego se crean muchas otras partículas reactivas que se disuelven en agua37,38. Estas especies reactivas pueden incluir especies reactivas de oxígeno o nitrógeno tales como especies en fase líquida (H2O2, NO2–, NO3–, ·OH, ONOOH, ONOO–) y (NO, NO2, O3, O atómico, NO, NO2, N2O, HNO2. , HNO3, O2–, 1O2)39,40,41,42,43. Entre los diferentes tipos de plasmas fríos a presión atmosférica, la descarga de plasma por chispa transitoria (TSP) es muy útil debido a su alta densidad de electrones. Las descargas de TSP se conocen como autopulsantes impulsadas por CC con una frecuencia de repetición de entre 1 y 10 kHz y, por lo general, pulsos de corriente de corta duración (10 a 100 ns)44. Este tipo de descarga de plasma consta de una gran cantidad de serpentinas con un campo eléctrico de casi 200 kV/cm en sus cabezas que pueden transferirse en breves pulsos de corriente de chispa. Esta característica de las descargas de TSP permite realizar fácilmente la ionización y procesos químicos efectivos45,46.

Los plasmas a presión atmosférica fría, especialmente en el área médica, se acercan a implementos para el control de diferentes tipos de cáncer47,48 y heridas49, además de grandes efectos sobre los procesos de señalización celular y modificaciones químicas de biomoléculas50. Además del uso de plasmas fríos en inactivación de bacterias, muerte celular en tejidos dañados, degradación de biomoléculas; su efecto sobre la actividad celular y la mejora de las estructuras químicas de proteínas y aminoácidos han sido muy apreciados. Como se mencionó anteriormente, muchos científicos investigaron el efecto de los plasmas fríos sobre diferentes aminoácidos como componentes principales de las proteínas y observaron resultados que indicaban cambios químicos en las estructuras de los aminoácidos mediante la unión de nuevos enlaces51,52 bajo tratamientos con plasma. Por lo tanto, para mejorar y ampliar los procesos de polimerización de aminoácidos bajo tratamientos con plasma, se debe investigar más la optimización de diferentes parámetros del plasma.

Este estudio tiene como objetivo estudiar el impacto de la TSP en la estructura de los aminoácidos de cisteína. Se investiga la producción de masas moleculares elevadas a partir de monómeros teniendo en cuenta diversos parámetros. La falta de cisteína en nuestro organismo puede provocar algunos trastornos como deterioro de las defensas antioxidantes, disminución de la capacidad para metabolizar fármacos o compuestos tóxicos, funciones inmunes deprimidas, psicosis y homocistinuria. Además, actualmente se utiliza en algunos fármacos, o el aminoácido N-acetil-l-cisteína, un aminoácido de cisteína modificado, ya está disponible en el mercado como fármaco. Por lo tanto, predijimos que la cisteína activada en plasma puede ser de gran interés en los campos de la biomedicina y la administración de fármacos.

La generación de nuevas biomoléculas con diferentes valores de m/z depende directamente de la cantidad de especies derivadas del plasma. Para ello, diseñamos una configuración TSP que incluye un electrodo de pin a anillo para crear un plasma denso. Sin embargo, el proceso de degradación es común durante el tratamiento con plasma, nos enfocamos en agregar nuevos enlaces químicos para mejorar los procesos de polimerización. También se investigó la aplicación de materiales químicos como peróxido de hidrógeno (H2O2), por su capacidad de crear radicales reactivos, y dimetilsulfóxido (DMSO), por contener átomos de azufre, para mostrar cómo los aditivos al plasma pueden cambiar la producción de biomoléculas químicas. . Al agregar estos materiales, nuestro objetivo era producir un plasma denso que contenga más especies reactivas que puedan ser muy efectivas en los procesos de polimerización. Un gran volumen de RONS generado en la interfaz gas, líquido y gas-líquido provocó la formación de diferentes tipos de nuevas moléculas con masas moleculares mayores. El vapor de estos materiales se inyectó en el sistema mediante el método de burbujeo y dio como resultado la producción de nuevas macromoléculas químicas. Además, bajo el proceso de sobreoxidación y el alto tiempo de tratamiento, la tasa de producción de especies reactivas aumentó, lo que puede ayudar al proceso de polimerización y la creación de nuevos bioproductos químicos. Nuestro objetivo era controlar el tipo de biomoléculas producidas por plasma para poder crear combinaciones de varios aminoácidos para crear una cadena larga a través del proceso de oxidación de la cisteína para formar una cadena peptídica completa. Además, en los próximos estudios queremos utilizar fármacos activados por plasma que contengan aminoácidos en el campo biológico. En general, este estudio ha proporcionado datos fundamentales en este campo y es necesario realizar muchos otros estudios y experimentos para lograr péptidos con el tratamiento con TSP.

En la Fig. 1 se muestra un esquema de la configuración experimental. Esta fuente de plasma consta de dos electrodos: un electrodo de anillo de cobre con un diámetro de aproximadamente 4 cm y un electrodo de aguja de tungsteno con un diámetro de 0,8 mm y una punta plana. El electrodo de aguja se suministró con una fuente de alimentación de CC y su distancia se pudo ajustar con un tornillo. El electrodo anular estaba puesto a tierra. Nuestra fuente de alimentación DC casera va de 0 a 20 kV mediante la tensión fija de ~14 kV para Ar y ~9 kV para Ar + DMSO, Ar + H2O2 + DMSO, y una frecuencia de 300 Hz. Además, utilizamos una resistencia de 10 MΩ en la ruta de conexión del electrodo a la fuente de alimentación.

Un diagrama esquemático de la descarga de TSP.

Para controlar el flujo de gas de alimentación, se utilizaron un controlador de flujo másico (Sevenstar D07-19B) y una caja de lectura de flujo (Sevenstar D08-1F) para introducir 2 SLM de gas Ar. La distancia de la punta de la aguja a la superficie del agua se fijó en ~2 cm. Para el siguiente paso de nuestros experimentos, como se muestra en la Fig. 1, el gas de alimentación pasa a través de un globo de H2O2 y luego un globo de DMSO mediante un flujo de 5 SLM. Finalmente, el plasma generado se aplicó directamente a la solución que contenía aminoácidos.

Se proporcionó cisteína (l-cisteína Merc 30.089 (≥ 98,5%)) en forma cristalina y utilizando agua destilada se preparó una solución de cisteína por concentración en 10 mM. Para cualquier tratamiento, se expusieron 4 ml de la solución al plasma. Dimetilsulfóxido (DMSO; 99,9% C2H6SO; M = 78,13 g/mol; densidad = 1,1 g/cm3) como compuesto organosulfurado y peróxido de hidrógeno (H2O2; 35%; M = 34,01 g/m; densidad = 1,45 g/cm3) fueron utilizados en nuestros experimentos. El tiempo de exposición al plasma se consideró de 10 min. Después de los tratamientos, las muestras tratadas y no tratadas se utilizaron para análisis de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y cromatografía líquida-espectroscopia de masas (LCMS/MS). Además, se realizaron mediciones de pH y análisis ultravioleta-visible (UV-Vis).

Para las mediciones físicas, se utilizó un medidor de pH digital (PET-103, Atron, Alemania) para medir el valor del pH. Se utilizó un espectrómetro UV-Vis (UV-6100; M&A INSTRUMENTS INC, EE. UU.) en el rango de longitud de onda de 190 a 400 nm. Para comparar los espectros de las muestras no tratadas y todas las demás muestras tratadas con plasma después de 10 minutos de tratamiento con TSP, se realizó un análisis FTIR (Thermo, AVATAR, EE. UU.) en el rango de 400 a 4000 cm-1 para caracterizar los grupos funcionales del aminoácido y nuevos productos. Finalmente, para detectar nuevos productos químicos se utilizó LCMS/MS mediante el uso de un espectrómetro de masas (un Agilent 6410 Triple-Quad, Santa Clara, CA, EE. UU.) suministrado con un modo de ion positivo de interfaz de ionización por electropulverización.

El análisis FTIR (Thermo, Nicolet Nexus 870 ESP FT-IR) operando en el modo de transmisión se realizó en el rango de 400–4000 cm−1 con una resolución de 4 cm−1 para caracterizar los grupos funcionales del aminoácido y nuevos productos. . Para producir una calidad de agua ultrapura constante, se utilizó un sistema de purificación de agua Milli-Q (resistividad de 18,2 MΩ). El análisis se realizó con base en el divisor de haz Csl. Además, para detectar nuevas moléculas bioquímicas se utilizó LCMS/MS mediante el uso de un espectrómetro de masas (un Agilent 6410 Triple-Quad, Santa Clara, CA, EE. UU.) que se suministró con un modo de ion positivo de interfaz de ionización por electropulverización. Se utilizó un sistema UHPLC que incluye una bomba binaria (Agilent Serie 1200, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, EE. UU.), un muestreador automático y un desgasificador de vacío para la separación por LC. La separación se realizó en una columna analítica C18 de resolución rápida de fase inversa (RR Zorbax Eclipse XDB-C18) mediante un tamaño de partícula, diámetro interno y longitud de 1,8 μm, 4,6 mm y 50 mm, respectivamente. Para las fases móviles A y B se utilizó agua con 0,1% de ácido fórmico y acetonitrilo, respectivamente. El método cromatográfico mantuvo constante la organización de la fase móvil inicial (10% B) durante 1 min, luego un gradiente lineal hasta 100% B a los 11 min. Finalmente, 100% B se movió a través de la columna durante 4 min con un caudal de 0,6 mL min-1. El análisis de espectroscopia de masas se realizó mediante un espectrómetro de masas Agilent 6410 Triple-Quad (Agilent Technologies Series 1200, Santa Clara, CA, EE. UU.). El dispositivo estaba equipado con ionización por electropulverización (ESI) en modo de iones positivos (nitrógeno como nebulizador y gas de colisión, un voltaje capilar de 5000 V, flujo de gas y temperatura: 12 L min-1; 325 °C, y gas nebulizador: 50 psig). Además, se utilizó el software Agilent Mass Hunter para el procesamiento de datos y para obtener intensidades máximas, energías de colisión y voltajes de cono de dos transiciones MRM que se optimizaron con un flujo continuo de una inyección estándar.

Los valores de pH de la solución de cisteína no tratada además de otras muestras tratadas con diferentes plasmas se muestran en la Fig. 2a. El valor del pH cayó drásticamente después de los tratamientos con TSP. En primer lugar, el agua tratada con plasma de Ar sin cisteína mostró un valor de pH más bajo que la solución de cisteína no tratada (cayó de 4,62 a 4,10). En segundo lugar, el valor de pH de la solución de cisteína después de la exposición al plasma de Ar + DMSO alcanzó la mitad del de la muestra no tratada y alcanzó un pH = 2,31. Sin DMSO, este valor llegó a ser un poco más de la mitad (pH = 2,45). Finalmente, la adición de H2O2 y DMSO dio como resultado el valor mínimo de pH = 2,14. Esto significa que la solución ha cambiado a un medio más ácido bajo la influencia del plasma Ar + H2O2 + DMSO que otras muestras tratadas con plasma.

(a) Comparación del valor de pH de la solución de cisteína no tratada con diferentes muestras tratadas con plasma y (b) espectros de absorción UV-Vis de la solución de cisteína y diferentes tipos de cisteína tratada con TSP.

La Figura 2b muestra la comparación del espectro UV-Vis de soluciones de cisteína no tratadas y tratadas con plasma. Según Szili et. La absorbancia UV de al53 contribuye a las principales especies reactivas de larga vida, como NO2–, NO3– y H2O2. El aumento del hombro en 230 a 330 nm contribuye a la concentración de H2O2, mientras que el aumento de la intensidad en el pico a 190 a 250 nm contribuye a las concentraciones de NO2 y NO3. Como puede verse, la adición de H2O2 al plasma provocó una concentración elevada de H2O2. Además, los picos relacionados de NO2– y NO3– toleran más intensidades después de diferentes tratamientos con plasma, que nuevamente fueron los más altos para el plasma Ar + H2O2 + DMSO54,55. Finalmente, se puede ver en la Fig. 2b que la absorbancia de NO2–, NO3– y H2O2 en el agua tratada con plasma de Ar sin cisteína es menor que la de la muestra de cisteína tratada con plasma de Ar. Esto indica que el papel de NO2–, NO3– y H2O2 en la absorbancia es menor con respecto a los nuevos productos de las muestras de cisteína tratadas con plasma de Ar.

Curiosamente, también se observó una tendencia al desplazamiento al rojo en todos los casos de tratamiento con plasma (Ar + H2O2 + DMSO > Ar + DMSO > Ar). Según Ankireddy et. Al.56, la causa del pico modificado desplazado al rojo puede deberse a la formación de transiciones n–π*. La solución disminuye el estado energético de los electrones excitados derivados del plasma y el efecto de desplazamiento al rojo aumenta al aumentar la polaridad de la solución. Al agregar DMSO y H2O2 a través del plasma de Ar, la longitud de onda mencionada pasó por una longitud de onda mayor que muestra que contiene una mayor cantidad de especies mencionadas que otras.

Para las estructuras moleculares y grupos funcionales de aminoácidos, el análisis FTIR se ha considerado una herramienta útil. Examinamos los cambios de los espectros FTIR en el rango de 400 a 4000 cm-1 para mostrar cómo los diferentes plasmas afectan la solución de cisteína. Todos los espectros se convirtieron de espectros transmitidos a espectros de absorción utilizando la siguiente fórmula:

La Figura 3 compara los espectros FTIR de muestras no tratadas y tratadas con plasma de Ar con y sin presencia de DMSO y H2O2. Se han producido cambios en la posición y la intensidad de los picos en presencia de plasma para todas las muestras tratadas.

Espectros FTIR de (a) agua tratada con plasma de Ar sin cisteína, (b) solución de cisteína no tratada y solución de cisteína tratada con plasma mediante (c) plasma de Ar, (d) plasma de Ar + DMSO y (e) Ar + H2O2 + DMSO plasma. (Las regiones resaltadas muestran enlaces que aparecen o desaparecen de (verde) C – H, (amarillo) S – H, (azul) COO–, (rosa) S – S y S – O).

En el rango de 2000 a 4000 cm-1, varios enlaces como O-H (3369 cm-1) grupo hidroxilo que estira las vibraciones en carboxílico, N-H (3243 cm-1) que estira la vibración del grupo funcional amina-NH2 de no tratados solución de cisteína57, C–H (3149 cm−1), vibración alifática C–H (2923 cm−1) para amina cargada –NH3+58, S–H grupo tiol (2553 cm−1) se detectaron grupos tiol para cisteína no tratada . El enlace S-H como pico característico de cisteína desapareció en las soluciones tratadas con plasma. Algunas de las uniones mencionadas se observaron con una posición ligeramente desplazada en los casos tratados con plasma. Los enlaces químicos en el rango de 400 a 1800 cm-1 también mostraron varios cambios. Vibración de estiramiento asimétrica y simétrica de COO– (1608 cm-1 y 1390 cm-1). Estos enlaces también cambiaron a 1604 cm-1 y un pico de alta intensidad de 1386 cm-1 en la muestra tratada con plasma de Ar y disminuyeron dramáticamente después de agregar DMSO y H2O259,60,61. También se detectó el enlace C-S (595-830 cm-1)62,63. Después de agregar DMSO y H2O2, se detectaron nuevos picos en (1191 cm-1), (1002 cm-1) y (943 cm-1), respectivamente, relacionados con S = O, S – O y S – S. También se añadieron nuevos picos de (516 cm-1) en Ar + DMSO y (520 cm-1) en Ar + H2O2 + DMSO. Estos picos contribuyeron al enlace S-S con mayor intensidad en el plasma de Ar + DMSO y su absorbancia disminuyó después de agregar H2O2 en Ar + H2O2 + DMSO.

La intensidad de un enlace de absorción depende de la polaridad del enlace. De modo que un enlace con mayor polaridad mostrará un enlace de absorción más intenso. La intensidad también depende del número de enlaces responsables de la absorción. Además, el momento dipolar basado en el impacto químico del tratamiento con plasma de cisteína con alta densidad electrónica puede ser la razón del ligero cambio en las frecuencias generales64,65. En otras palabras, los cambios en la distribución de electrones y el estado de hibridación dan como resultado la posición de los picos. En FTIR, los cambios en la intensidad y posición de los picos generalmente indican cambios en los enlaces moleculares y los grupos funcionales que crean algunos complejos. Como resultado, se confirma que se ha producido el proceso de polimerización.

El análisis de espectroscopia de masas se realizó mediante un espectrómetro de masas Agilent 6410 Triple-Quad (Agilent Technologies Series 1200, Santa Clara, CA, EE. UU.) y se utilizó un sistema UHPLC para investigar cualquier cambio en la estructura química de la cisteína.

La Figura 4 muestra los espectros de masas de muestras tratadas y no tratadas. Como se puede observar en todas las cisteínas tratadas (Fig. 4c-e), se detectan muchas biomoléculas nuevas en comparación con las no tratadas (Fig. 4a). La abundancia de cisteína según el gráfico de barras de la Fig. 5 siguió Raw > Ar > Ar + H2O2 + DMSO > Ar + DMSO. Significa que el plasma Ar + DMSO tuvo el mayor impacto en la conversión de cisteína en otras moléculas. Sin embargo, otros tipos de plasmas tuvieron una gran influencia en la producción de nuevas biomoléculas.

Espectros de masas de (a) cisteína no tratada, (b) agua tratada con plasma de Ar sin cisteína y biomoléculas derivadas de TSP de cisteína tratada con (c) plasma de Ar, (d) plasma de Ar + DMSO, (e) Ar + H2O2 + DMSO .

Comparación de la abundancia de cisteína en la muestra no tratada con los otros tres plasmas con Ar como gas de alimentación.

Estos picos se registran en la Tabla 1 en función de sus valores m/z y sus estructuras químicas previstas están disponibles en la información complementaria. Aunque en los tres casos de cisteína tratada se han observado algunos picos con la misma masa molecular, la abundancia de estos productos es diferente en cada uno de ellos (Fig. 6). Además, se generan algunos productos químicos únicos como resultado de cada tratamiento con plasma, que fue mayor en el tratamiento con plasma Ar + H2O2 + DMSO. Además del proceso de encadenamiento para crear macromoléculas, cada tratamiento condujo a la degradación y el valor mínimo de m/z se observó para el tratamiento con plasma de Ar (m/z = 50 Da). Para los picos que se observaron en los tres tratamientos, mostraron la mayor abundancia como resultado del tratamiento con Ar + DMSO excepto (m/z = 347 Da y 102 Da). Curiosamente, el tratamiento con plasma Ar + H2O2 + DMSO condujo a generar el producto más grande, casi 1 KDa (m/z = 947 Da; C25H38N8O15S8), lo que puede deberse a la mayor cantidad de especies de RONS.

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

Las estructuras 3D de los productos químicos más pesados ​​(m/z = 925 Da; C23H36N6O19S7, m/z = 936 Da; C23H33N7O19S7 y m/z = 947 Da; C25H38N8O15S8,) derivan respectivamente de Ar, Ar + DMSO y Ar + H2O2 + Los plasmas de DMSO se muestran en la Fig. 7.

Estructuras 3D de los productos químicos derivados de TSP más pesados.

La información completa y las estructuras químicas previstas de los compuestos producidos se compilan en el archivo de información complementaria y, como ejemplo, puede ver algunos de los compuestos más grandes producidos por diferentes tratamientos con plasma en la Tabla 2.

Sin embargo, el mecanismo del plasma, las reacciones químicas en el agua y sus reacciones de interfaz son más complejos de lo que parece; según estudios previos, el estrés oxidativo contribuyó principalmente al aumento del nivel de RONS y de radicales altamente reactivos como ·H y ·OH. . Varias vías de reacción química (degradación y polimerización) tienen lugar utilizando tales radicales66. Los mecanismos que ocurren en PAW no son solo por el átomo de hidrógeno y el radical OH sino también por electrones hidratados (e – aq). En la década de 1980, los estudios demostraron que el e–aq se produce en el agua mediante irradiaciones de fotones (fotoexcitación UV) con energías superiores a 6 eV67,68. Con esta energía, la formación de e – aq se debe a la transferencia de átomos de H; sin embargo, es posible una formación adicional a niveles de energía más altos. e –aq derivado de electrones secundarios generados en agua como resultado de la ionización. Estos electrones tienen un gran impacto en la química y las reacciones biológicas. Vea algunas reacciones relacionadas a continuación:

donde el H3O se conoce como “radical Rydberg” en el que un electrón está débilmente unido a H3O+.

Para el agua activada, se produce la ionización primaria (reacción 1), y como resultado de la excitación se generan un átomo de hidrógeno y un radical OH (reacción 2). Las reacciones (3) y (4) son dos procesos de recombinación importantes en los que e – aq se convierte en átomo de hidrógeno. Especies reductoras formadas en la reacción (1) en sus reacciones con peróxido de hidrógeno (8). Finalmente, se forma una excitante molécula de agua.

Los electrones generados por el plasma y diversos radicales de vida corta y larga, al llegar a la solución se producen muchas reacciones mixtas. Como resultado de estas reacciones se generan muchos otros radicales y especies reactivas. Además, muchos RONS en PAW son generados por especies de vida larga (nitratos (NO3–), nitritos (NO2–), peróxido de hidrógeno (H2O2) y ozono (O3)) y de corta duración (radicales hidroxilo (OH·), nítricos). óxido (NO·), superóxido (O2–), peroxinitrito (OONO2–) y peroxinitritos (ONOO–))69. Varios factores como el suministro de energía del plasma, el voltaje aplicado, los regímenes de descarga, el tiempo de tratamiento, el tipo de gas de alimentación y su flujo, y el tipo y configuración de los electrodos, además del volumen y composición de la solución, y la distancia entre el electrodo y la superficie de la solución, son importantes en la eficiencia de los experimentos70. El plasma de Ar sin ningún gas molecular tiene electrones de alta energía y fotones (V)UV71,72. El grupo carbonilo tiene un alto contenido en el plasma de Ar, lo que provoca la carbonilación (proceso de oxidación). Además, se ha demostrado que los radicales hidroxilo y el oxígeno atómico y singlete son eficaces sobre los grupos tiol de las proteínas bajo tratamiento plasmático in situ o ex situ. La utilización de gas Ar, H2O2 y DMSO como precursores conduce a la producción de diversas especies primarias que posteriormente proporcionarán la generación de muchas especies secundarias. Con plasma de gas Ar de alimentación seca, se pueden producir ·OH como radicales fuertes que pueden oxidar la cisteína tanto en la fase gaseosa como en la interfaz plasma-muestra73,74,75. La energía del enlace S-H es de sólo 3,6 eV y es un buen objetivo para ser atacado por ·OH reactivo. El H2O2 es otra ROS importante generada por el plasma frío (principalmente como resultado de la recombinación de radicales OH) que tiene un papel importante en las vías de señalización redox celular. El oxígeno singlete también es una especie reactiva de oxígeno que desempeña un papel importante en la oxidación de la cisteína. En el plasma de Ar, la reacción entre ROS como los radicales ·OH y los aminoácidos puede resultar en la formación de radicales de hidrógeno. En una solución más ácida (Ar + H2O2 + DMSO en nuestro estudio), el NO2– puede protonarse y degradarse fácilmente a NO2, NO y H2O. RNS es muy importante desde dos puntos de vista: 1- generación de aminoácidos y compuestos nitrogenados; y 2- como molécula señalizadora para controlar el metabolismo. Una combinación de NO2– con H2O2 y O3 produce nitrato (NO3–)76.

Durante el proceso de desprotonación del radical hidroperoxilo (OOH), se genera en PAW otro radical importante llamado superóxido (O2–). NINGÚN radical puede ayudar a producir otros RONS atacando el aminoácido durante el proceso de oxidación. ONOOH y ONOO se pueden producir mediante reacciones:

Como resultado de estas reacciones, algunos enlaces se rompen mientras que se forman muchos enlaces nuevos para crear numerosos bioproductos que se han detectado en espectros de masas. Se predijo la ruptura del enlace C-S y la creación de un enlace C-C y C=C (según FTIR) y el grupo amino (NH2) fue atacado con NO radical del plasma para agregar un nuevo grupo de NH2. Las vías previstas de algunos compuestos químicos se mostraron en nuestro estudio anterior. Por ejemplo, se puede producir una sola molécula de cisteína cuando es atacada por un radical OH y luego por un ácido sulfínico O3. Un tiempo de tratamiento de exposición adicional puede oxidar este producto a la otra estructura (Tablas S2, S3) mediante un ataque adicional de OH con un peso molecular de (C3H11NO5S; m/z = 174 Da). Un producto común durante el tratamiento con plasma es la unión de dos cisteínas con extracción de H de ellas. Como se mencionó anteriormente, debido al largo tiempo de tratamiento y según Zhou et.al24, la cistina puede convertirse en otros productos nuevos bajo un proceso de sobreoxidación. El producto final de esta vía bajo exposición adicional contiene moléculas de serina en su estructura por (C6H13N3O9S2, m/z = 336 Da) de todos los tratamientos con plasma (ver Fig. 8). Al unir tres moléculas de cisteína-(–SH) y nuevos enlaces C – N, S – S y S = O, se observó un compuesto (C11H21N3O11S4; m/z = 500 Da) que contiene el aminoácido alanina a partir del tratamiento con plasma de Ar. Algunos productos de (m/z = 583, 608, 656 Da) contienen aminoácidos alanina en sus estructuras. Por ejemplo, (C9H21N5O16S4; m/z = 583 Da) muestra que se unen más moléculas de cisteína, cada una con nuevos enlaces OH y un grupo amino. Además, todos los átomos de azufre fueron bombardeados con radicales derivados del plasma (p. ej., O3, OH, H2O2, O2). Sin embargo, este es el primer paso en esta dirección y es necesario realizar mucha investigación al respecto, este proceso nos acerca a nuestro objetivo de hacer una cadena completa del péptido.

Estructura química prevista de una biomolécula derivada de todos los plasmas (C6H13N3O9S2, m/z = 336 Da).

La cantidad de ROS disminuye después de reaccionar con la información de aminoácidos del NO2– en el medio. La formación de iones como NO2– y NO3– provoca la disminución del valor del pH y en consecuencia la formación de compuestos nitrogenados reactivos. Por tanto, los radicales relacionados con el nitrógeno pueden alterar los aminoácidos. Los grupos NO pueden unirse a los residuos tiol de los aminoácidos o incluso a los grupos amino61,69. Curiosamente, el O (3P) y el O2 (1Δg) como especies derivadas de la fase gaseosa exhibieron un papel vital en la formación de productos y están involucrados en diferentes modificaciones de biomoléculas. Al agregar DMSO al plasma, el radical de azufre reactivo se libera y participa en muchas otras reacciones. Además, algunas otras especies reactivas de azufre (RSS)77,78,79 que se generan en solución (que contienen cisteína) provocan la formación de reacciones químicas para producir muchas biomoléculas nuevas.

La siguiente reacción muestra el gran efecto del radical ·OH en el proceso de degradación del DMSO:

Bajo el proceso de sobreoxidación, ocurren muchas otras relaciones como sigue:

Como resultado de la interacción del radical DMSO y ·OH, se producen dos productos esenciales (dióxido de azufre (SO2) y dimetilsulfona (C2H6SO2)) en la fase gaseosa. Otros factores importantes en el proceso de oxidación del DMSO son la radiación UV y el H2O280,81. La adición de H2O2 permite generar otros radicales reactivos como HOO· y ·OH82,83. Esto conduce a la aceleración de los procesos de degradación del DMSO. La vía prevista de degradación de DMSO se muestra en la Fig. 9, que es importante para generar productos químicos para el proceso de polimerización a partir de cisteína.

Vías previstas de los procesos de degradación de DMSO81.

El sulfuro de hidrógeno (H2S) se puede generar en las células mediante una vía enzimática o no enzimática. El H2S en el cuerpo actúa como una molécula de señalización gaseosa que se sabe que inhibe el Complejo IV de la cadena de transporte de electrones mitocondrial, lo que reduce eficazmente la generación de ATP y la actividad bioquímica dentro de las células84. La liberación de esta molécula por la ruta número (1) en la Fig. 10 bajo el proceso de oxidación puede producir un bioproducto en (m/z = 50 Da). El grupo NH3, por otro lado, puede contribuir a otras reacciones en la producción de otros productos, por ejemplo a través de la vía (2) (m/z = 336 Da).

Ruta prevista de dos bioproductos: (1) H2OS (m/z = 50 Da) y (2) C6H13N3O9S2 (m/z = 336 Da).

Como se dijo anteriormente, la escisión de un enlace C-S también da como resultado algunos productos nuevos. Se predice que el radical OH es la causa del debilitamiento del enlace C-N76,85,86. El proceso de sobreoxidación puede provocar la destrucción del enlace S-S en algunos productos:

Es notable que la radiación (V)UV que se deriva del plasma a través de la escisión del enlace C-S puede ser responsable de la formación de alanina y de una mayor oxidación del radical SH. Además de la serina y la alanina, durante los tratamientos con TSP se producen otras moléculas. Se entiende que el tipo de especies reactivas y el tiempo de tratamiento6,87 son muy influyentes en la producción y tipo de productos bioquímicos88,89.

Se observaron ácido sulfónico, ácido sulfínico, ácido carboxílico, ácido acrílico, glicina, prolina y algunas otras biomoléculas de aminoácidos en algunos derivados mediante diferentes valores de m/z de diferentes tratamientos con TSP. Parece que la capacidad de los tres tipos de plasma en los procesos de descomposición y degradación es casi la misma.

En resumen, se ha desarrollado una configuración TSP para producir bioproductos con masas moleculares elevadas durante el proceso de polimerización a partir de cisteína. La producción de masas moleculares elevadas a partir de monómeros depende directamente de la cantidad de especies derivadas del plasma. Se está considerando la cisteína como modelo biológico para mejorar el hallazgo de la actividad redox de péptidos y proteínas. Sin embargo, todavía existen preocupaciones sobre las reacciones de transferencia de electrones de estas moléculas que necesitan más investigación; La cisteína sigue siendo un aminoácido importante para controlar la estructura química y las capacidades de las proteínas debido a sus altos estados de oxidación. Las especies reactivas de la descarga de Ar TSP condujeron a la generación de muchas producciones de cisteína oxidada. Además, la adición de DMSO y H2O2 llevó en cierta medida a generar otros nuevos bioproductos. Según la espectroscopia de masas, se observaron distintos productos de oxidación de cisteína en el alto valor de las masas moleculares de todos los tratamientos con plasma, lo que confirma los posibles impactos biológicos de RONS. Ar + H2O2 + DMSO afectó en gran medida al grupo tiol, lo que fue consistente con el análisis FTIR. La adición simultánea de H2O2 y DMSO aumentó el número de nuevos productos químicos. Algunos productos químicos derivados de Ar + DMSO que se observaron en otros tuvieron más abundancia. Por tanto, el tipo de precursores y eventuales aditivos del plasma pueden variar produciendo productos químicos y su intensidad. Generalmente, para aumentar la formación de compuestos bioquímicos se deben tener algunas consideraciones relacionadas con los parámetros de descarga.

Se concluye que el tratamiento con TPS de la cisteína puede cambiar drásticamente su estructura química. Además del proceso de degradación, se han producido procesos de polimerización para producir nuevos bioproductos con masas moleculares más altas. Nuestros resultados indican que la estructura química de la cisteína cambia drásticamente para crear muchos otros productos. El proceso de sobreoxidación puede producir biomoléculas más grandes que contienen otros aminoácidos. Finalmente, se considera que muchas especies reactivas derivadas del plasma que se produjeron en la fase gaseosa, la fase líquida y la interfaz gas-líquido tuvieron un gran efecto para acelerar los procesos de polimerización.

Todas las estructuras químicas de las biomoléculas generadas bajo diferentes tratamientos con plasma se presentan en las tablas de información complementaria.

Laroussi, M. Esterilización de materia contaminada con plasma a presión atmosférica. Traducción IEEE. Ciencia del plasma. 24(3), 1188-1191. https://doi.org/10.1109/27.533129 (1996).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Filipić, A., Aguirre, IG, Prime, G., Mozetič, M. & Dobnik, D. Plasma frío, una nueva esperanza en el campo de la inactivación de virus. Tendencias Biotecnología. 38(11), 1278-1291. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.04.003 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Schmidt, A., Bekeschus, S., Wende, K., Vollmar, B. y Woedtke, TV Un chorro de plasma frío acelera la cicatrización de heridas en un modelo murino de heridas cutáneas de espesor total. Exp. Dermatol. 26(2), 156–162. https://doi.org/10.1111/exd.13156 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Ulrich, C. y col. Uso clínico de plasma de argón frío a presión atmosférica en úlceras crónicas en las piernas: un estudio piloto. J. Cuidado de heridas 24(5), 196–203. https://doi.org/10.12968/jowc.2015.24.5.196 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Heinlin, J. y col. Un estudio aleatorizado, bilateral y controlado con placebo sobre la eficacia y seguridad del plasma de argón atmosférico no térmico para el prurito. J. Eur. Acad. Dermatol. Venereol. 27, 324–331. https://doi.org/10.1111/j.1468-3083.2011.04395.x (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Valinataj Omran, A. et al. Chorro de plasma único atmosférico frío para administración de RONS en grandes superficies biológicas. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 29, 105002. https://doi.org/10.1088/1361-6595/abaffd (2020).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Emmert, S. y col. Plasma a presión atmosférica en dermatología: tratamiento de úlceras y mucho más. Clínico. Medicina de plasma. 1(1), 24–29. https://doi.org/10.1016/j.cpme.2012.11.002 (2013).

Artículo de Google Scholar

Yan, D. y col. Estabilización del medio estimulado por plasma frío regulando la composición del medio. Ciencia. Rep. 6, 26016. https://doi.org/10.1038/srep26016 (2016).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Takahashi, Y. et al. Viabilidad celular en medio de cultivo celular que contiene metionina irradiado con plasma a presión atmosférica excitado por microondas. Polímero de proceso de plasma. https://doi.org/10.1002/ppap.201700200 (2018).

Artículo de Google Scholar

Toyokuni, S. El origen y futuro de la patología del estrés oxidativo: desde el reconocimiento de la carcinogénesis como una adicción al hierro con resistencia a la ferroptosis hasta la terapia con plasma no térmico. Patol. En t. 66, 245–259. https://doi.org/10.1111/pin.12396 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Graves, DB Biomedicina con plasma a baja temperatura: una revisión del tutorial. Física. Plasmas https://doi.org/10.1063/1.4892534 (2014).

Artículo de Google Scholar

Takenaka, K. y col. Investigaciones sobre las interacciones plasma-biomoléculas como proceso fundamental para la medicina plasmática. J. Phys.: Conf. Ser. 441, 012001. https://doi.org/10.1088/1742-6596/441/1/012001 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Reuter, S., Woedtke, T. & Weltmann, KD The kINPen: una revisión sobre la física y la química del chorro de plasma a presión atmosférica y sus aplicaciones. J. Física. D: Aplica. Física. 51(23), 233001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aab3ad/meta (2018).

ADS del artículo Google Scholar

Schmidt-Bleker, A., Reuter, S. & Weltmann, KD Diagnóstico cuantitativo de Schlieren para la determinación de la densidad de especies ambientales, la temperatura del gas y el poder calorimétrico de chorros de plasma atmosféricos fríos. J. Física. D Aplic. Phys 48(17), 175202. https://doi.org/10.3390/app12020644 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Reuters, S. y col. De RONS a ROS: Adaptación del tratamiento con chorro de plasma de las células de la piel. Traducción IEEE. Ciencia del plasma. 40(11), 2986–2993. https://doi.org/10.1109/TPS.2012.2207130 (2012).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Gorbanev, Y. et al. combinando enfoques experimentales y de modelización para estudiar las fuentes de especies reactivas inducidas en el agua por el chorro de plasma COST RF. Física. Química. Química. Phys. 20(4), 2797–2808 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Brandenburg, R. Las descargas de barrera dieléctrica progresan en fuentes de plasma y la comprensión de regímenes y filamentos individuales. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 26(5), 053001 (2017).

ADS del artículo Google Scholar

Lackmann, J.-W. et al. La descarga de la barrera dieléctrica inactiva terminalmente la RNasa A oxidando los aminoácidos que contienen azufre y rompiendo los enlaces disulfuro estructurales. J. Física. D: Aplica. Física. 48, 494003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/49/494003 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Baldus, S., Kogelheide, F., Bibinov, N., Stapelmann, K. y Awakowicz, P. Análisis de fase resuelta de la homogeneidad de una descarga de barrera dieléctrica difusa. J. Física. D: Aplica. Física. 37, 375202. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/37/375202 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Schmidt-Bleker, A., Winter, J., Bösel, A., Reuter, S. & Weltmann, KD Sobre la química del plasma de un chorro de plasma de argón atmosférico frío con dispositivo de gas protector. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 25(1), 015005. https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/1/015005 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Verlackt, C., Van Boxem, W. & Bogaerts, A. Transporte y acumulación de especies generadas por plasma en solución acuosa. Física. Química. Química. Física. 20(10), 6845–6859. https://doi.org/10.1039/x0xx00000x (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Schmidt-Bleker, A. et al. Salida de especies reactivas de un chorro de plasma con un dispositivo de gas protector: combinación de espectroscopia de absorción FTIR y modelado de fase gaseosa. J. Física. D: Aplica. Física. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/14/145201 (2014).

Artículo de Google Scholar

Takai, E. y col. Modificación química de aminoácidos mediante plasma frío a presión atmosférica en solución acuosa. J. Física. D: Aplica. Física. 47, 285403. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/28/285403 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Zhou, R. y col. Interacción de microplasmas de aire a presión atmosférica con aminoácidos como procesos fundamentales en solución acuosa. MÁS UNO 11(5), e0155584. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155584 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Wende, K. y col. en un camino difícil: determinación de la química de especies de vida corta derivadas de plasma frío mediante etiquetado isotópico. R. Soc. Química. https://doi.org/10.1039/c9ra08745a (2020).

Artículo de Google Scholar

Sremačkia, I. et al. Influencia de la inyección de aerosol en la química del líquido inducida por un chorro de plasma de argón de RF. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. en prensa https://doi.org/10.1088/1361-6595/abe176 (2021).

Artículo de Google Scholar

Lackmann, JW y cols. Nitrosilación versus oxidación: cómo modular plasmas físicos fríos para aplicaciones biológicas. MÁS UNO https://doi.org/10.1371/journal.pone.0216606 (2019).

Artículo de Google Scholar

Li, Y. et al. Descomposición de l-valina bajo plasma de descarga de barrera dieléctrica no térmica. J. Física. Química. B 118, 1612-1620. https://doi.org/10.1021/jp411440k (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Bruno, G. y col. La oxidación física inducida por plasma frío de cisteína produce especies reactivas de azufre (RSS). Clínico. Medicina de plasma. 14, 100083. https://doi.org/10.1016/j.cpme.2019.100083 (2019).

Artículo de Google Scholar

Lukeš, P., Doležalová, E., Sisrová, I. & Clupek, M. Química de la fase acuosa y efectos bactericidas de un plasma de descarga de aire en contacto con el agua: evidencia de la formación de peroxinitrito a través de un post de pseudo segundo orden -reacción de descarga de H2O2 y HNO2. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 23, 015019. https://doi.org/10.1088/0963-0252/23/1/015019 (2014).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Machala, Z., Tarabová, B., Sersenová, D., Janda, M. & Hensel, K. Efectos químicos y antibacterianos del agua activada por plasma: correlación con especies reactivas de oxígeno y nitrógeno gaseosas y acuosas, fuentes de plasma y condiciones del flujo de aire . J. Física. D Aplic. Física. 52, 032002. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aae807 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Kučerovál, K., Machala, Z. & Hensel, K. Descarga de chispas transitorias generadas en varias mezclas de gases N2/O2: especies reactivas en el gas y el agua y sus efectos antibacterianos. Química del plasma. Proceso de plasma. https://doi.org/10.1007/s11090-020-10082-2 (2020).

Artículo de Google Scholar

Chen, TP, Liang, J. & Su, TL Agua activada por plasma: ¿actividad antibacteriana y artefactos? Reinar. Ciencia. Contaminación. Restaurador. 27, 26699–26706. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9169-0 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Eto, H., Ono, Y., Ogino, A. y Nagatsu, M. Esterilización a baja temperatura de materiales envueltos mediante descarga de barrera dieléctrica de tipo lámina flexible. Aplica. Física. Letón. 93, 221502 (2008).

ADS del artículo Google Scholar

Ke, Z. y col. Efecto de la composición de N2/O2 sobre la eficiencia de inactivación de Escherichia coli mediante plasma de descarga en la interfaz gas-solución. Clínico. Medicina de plasma. 7–8, 1–8 (2017).

Artículo de Google Scholar

Zhao, Y.-M., Patange, A., Sun, D.-W. & Tiwari, B. Agua activada por plasma: propiedades fisicoquímicas, mecanismos de inactivación microbiana, factores que influyen en la eficacia antimicrobiana. compr. Rev. Ciencia de los alimentos. Seguridad alimentaria. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12644 (2020).

Artículo de Google Scholar

Gorbanev, Y. & Bogaerts, A. Detección química de especies de vida corta inducidas en medios acuosos por plasma a presión atmosférica. en (eds Nikiforov, A. & Zhiqiang, C.) Plasma a presión atmosférica: del diagnóstico a las aplicaciones, (2018), págs. 113-129, https://doi.org/10.5772/intechopen.79480

Khlyustova, A., Labay, C., Machala, Z., Ginebra, MP y Canal, C. Parámetros importantes en chorros de plasma para la producción de RONS en líquidos para medicina plasmática: una breve revisión. Frente. Química. Ciencia. Ing. 13(2), 238–252. https://doi.org/10.1007/s11705-019-1801-8 (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Bruggeman, PJ y cols. Interacciones plasma-líquido: una revisión y hoja de ruta. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 25, 053002. https://doi.org/10.1088/0963-0252/25/5/053002 (2016).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Kruszelnicki, J., Lietz, AM y Kushner, MJ Activación de gotas de agua por plasma a presión atmosférica. J. Física. D Aplic. Física. 52, 355207. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab25dc (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Heirman, P., Van Boxem, W. & Bogaerts, A. Reactividad y estabilidad de especies de oxígeno y nitrógeno generadas por plasma en solución de agua tamponada: un estudio computacional. Física. Química. Química. Física. 21, 12881–12894. https://doi.org/10.1039/c9cp00647h (2019).

Artículo CAS Google Scholar

Jablonowski, H. y col. Impacto de la radiación ultravioleta al vacío del chorro de plasma en la generación de especies reactivas de oxígeno en líquidos biorelevantes. Física. Plasmas 22, 122008. https://doi.org/10.1063/1.4934989 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Bruggeman, P., Iza, F., Lauwers, D. y Gonzalvo, YA Estudio de espectrometría de masas de iones positivos y negativos en una descarga luminosa excitada por RF a presión atmosférica acoplada capacitivamente en mezclas de He y agua. J. Física. D: Aplica. Física. 43, 012003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/1/012003 (2010).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lim, JS y cols. Medición de la densidad electrónica en descargas transitorias de chispas mediante interferometría simple. Res. Física. 20, 103693. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103693 (2021).

Artículo de Google Scholar

Gerling, T., Hoderv, T., Bussiahn, R., Brandenburg, R. y Weltmann, K.-D. Sobre la dinámica espacio-temporal de una descarga de chispa transitoria de nanosegundos autopulsada: un análisis espectroscópico y eléctrico. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 22, 065012. https://doi.org/10.1088/0963-0252/22/6/065012 (2013).

ADS del artículo Google Scholar

Hensel, K., Kucˇerova, K., Tarabova, B., Janda, M. y Machala, Z. Efectos de la descarga de chispas transitorias en el aire y el chorro de plasma de helio sobre el agua, las bacterias, las células y las biomoléculas. Biointerfases 10, 029515. https://doi.org/10.1116/1.4919559 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Metelmann, HR y cols. Tratamiento del cáncer con plasma físico frío: en camino hacia la medicina basada en la evidencia. Contribuir. Física del plasma. 58, 5. https://doi.org/10.1002/ctpp.201700085 (2018).

Artículo CAS Google Scholar

Weltmann, KD, Metelmann, HR y von Woedtke, TH Aplicaciones del plasma a baja temperatura en medicina. Eurofis. Noticias 47(5–6), 39–42. https://doi.org/10.1051/epn/2016507 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Schmidt, A. y col. Las consecuencias moleculares y fisiológicas del tratamiento con plasma frío en piel murina y su función de barrera. Radicales libres. Biol. Medicina. 161, 32–49. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.09.026 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Wenske, S. y col. Modificaciones postraduccionales no enzimáticas en péptidos por especies reactivas de oxígeno y nitrógeno derivadas de plasma frío. Biointerfases 15, 061008. https://doi.org/10.1116/6.0000529 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Gangal, U. et al. Sinergias entre la polimerización de poliacrilamida y la generación de nanopartículas mediante chorro de plasma a presión atmosférica. Polímero de proceso de plasma. https://doi.org/10.1002/ppap.202200031 (2022).

Artículo de Google Scholar

Lackmann, J.-W. et al. Una descarga de barrera dieléctrica inactiva terminalmente la RNasa A oxidando los aminoácidos que contienen azufre y rompiendo los enlaces disulfuro estructurales. Física. D: Aplica. Física. 48, 494003. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/49/4940033 (2015).

Artículo de Google Scholar

Szili, EJ, Oh, JS y Hong, S. Sondeo del transporte de RONS generadas por plasma en un objetivo de agarosa como sustituto del tejido real: dependencia del tiempo, la distancia y la composición del material. J. Física. D: Aplica. Física. 48, 202001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/20/202001 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Liu, Z. y col. Cuantificación de la concentración y profundidad de penetración de RONS de larga duración en agua activada por plasma mediante espectroscopia de absorción UV. AIP Avanzado. 9, 015014. https://doi.org/10.1063/1.5037660 (2019).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Lu, P., Boehm, D., Bourke, P. y Cullen, PJ Lograr la especificidad de especies reactivas dentro del agua activada por plasma mediante generación selectiva utilizando chispas de aire y descargas luminosas. Polimero de procesos de plasma. https://doi.org/10.1002/ppap.201600207 (2017).

Artículo de Google Scholar

Ankireddy, SR y Kim, J. Detección selectiva de dopamina en presencia de ácido ascórbico mediante extinción de fluorescencia de puntos cuánticos de InP/ZnS. En t. J. Nanomed. 10, 113-119. https://doi.org/10.2147/IJN.S88388 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Si, X., Jiang, L., Wang, X., Ding, Y. y Luo, L. Determinación del contenido de isoniazida mediante electrodo de carbón vítreo modificado con ácido cisteico/grafeno. Anal. Métodos 7, 793. https://doi.org/10.1039/c4ay02013h (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Li, L., Liao, L., Ding, Y. & Zeng, H. Sensor de fluorescencia basado en nanopartículas de CdTe grabadas con ditizona para la detección intermitente de iones de cadmio en medios acuosos. RSC Avanzado. 7, 10361. https://doi.org/10.1039/c6ra24971j (2017).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Xinfu, M., Qingquan, G., Yu, X. y Haixiang, M. Química verde para la preparación de nanoflores de plata funcionalizadas con l-cisteína. Química. Física. Letón. 652, 148-151. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2016.04.004 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Huang, F. y col. Síntesis y caracterización de nanocristales de ZnS modificados con l-cisteína solubles en agua y dopados con plata. J. Mater. Ciencia. 46, 5732–5736. https://doi.org/10.1007/s10853011-5527-3 (2011).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wang, D., Khan, WU, Tang, Z. y Wang, Y. Evaluación de aplicabilidad de puntos de carbono emisores de color verde brillante en estado sólido para diodos emisores de luz blanca. Química. Asiático J. https://doi.org/10.1002/asia.201701548 (2018).

Artículo de Google Scholar

Devi, S., Singh, B., Paula, AK y Tyagi, S. Detección altamente sensible y selectiva de trinitrotolueno utilizando nanopartículas de oro cubiertas con cisteína. Anal. Métodos 8, 4398. https://doi.org/10.1039/c6ay01036a (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Kim, J. Detección selectiva de dopamina en presencia de ácido ascórbico mediante extinción de fluorescencia de puntos cuánticos InP/ZnS. En t. J. Nanomed. 10, 113-119. https://doi.org/10.2147/IJN.S88388 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

Yusupov, M., Lackmann, JW, Razzokov, J., Kumar, S. & Stapelmann, K. Annemie Bogaerts, Impacto de la oxidación del plasma en las características estructurales del factor de crecimiento epidérmico humano. Polímero de proceso de plasma. https://doi.org/10.1002/ppap.201800022 (2018).

Artículo de Google Scholar

Upadhyay, LSB y Verma, N. Inmovilización dual de biomolécula en la superficie del vidrio utilizando cisteína como conector bifuncional. Bioquímica de procesos. 5, 10114. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2014.04.003 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Gangal, U. et al. Sinergias entre la polimerización de poliacrilamida y la generación de nanopartículas mediante chorro de plasma a presión atmosférica. Proceso de plasma. Polimero. https://doi.org/10.1002/ppap.202200031 (2022).

Artículo de Google Scholar

Yamamoto, Y. y Suzuki, T. Dinámica ultrarrápida de la radiólisis del agua: formación, solvatación, recombinación y eliminación de electrones hidratados. J. Física. Química. Letón. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01468 (2020).

Artículo de Google Scholar

Rumbach, P., Bartels, MD, Sankaran, RM & Go, BD La solvatación de electrones por un plasma a presión atmosférica. Nat. Comunitario. 6, 7248. https://doi.org/10.1038/ncomms8248 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Zhou, R. y col. Agua activada por plasma (PAW): Generación, origen de especies reactivas y aplicaciones biológicas. JPhysD https://doi.org/10.1088/1361-6463/ab81cf (2020).

Artículo de Google Scholar

Ming Zhao, Y., Patange, A., Wen Sun, D. y Tiwari, B. Agua activada por plasma: propiedades fisicoquímicas, mecanismos de inactivación microbiana, factores que influyen en la eficacia antimicrobiana y aplicaciones en la industria alimentaria. compr. Rev. Ciencia de los alimentos. Seguridad alimentaria. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12644 (2020).

Artículo de Google Scholar

Golda, J., Biskup, B., Layes, V., Winzer, T. y Benedik, J. Espectroscopia ultravioleta al vacío de chorros de plasma a presión atmosférica fría. Proceso de plasma. Polimero. 17, e1900216. https://doi.org/10.1002/ppap.201900216 (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Liu, F., Nie, L., Lu, X., Stephens, J. y Ostrikov, K. Emisión de fotones VUV de plasma atmosférico. Fuentes de plasma Ciencia. Tecnología. 17, e1900216. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab8e4d (2020).

Artículo CAS Google Scholar

Forman, HJ y cols. Oxidación de proteínas cisteína en la señalización redox: advertencias sobre la detección y cuantificación del ácido sulfénico. Arco. Bioquímica. Biofísica. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.09.013 (2016).

Artículo de Google Scholar

Trujillo, M., Alvarez, B. & RadiOne, R. y oxidación de tioles con dos electrones: mecanismos, cinética y destinos biológicos. Res. de radicales libres. 50, 2. https://doi.org/10.3109/10715762.2015.1089988 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Pedre, B., Barayeu, U., Ezeriņa, D. & Dick, TP El mecanismo de acción de la N-acetilcisteína (NAC): el papel emergente del H2S y las especies de azufre sulfano. Farmacéutico. El r. 228, 107916. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2021.107916 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Attri, P. y col. Influencia del líquido iónico y la sal iónica sobre las proteínas frente a las especies reactivas generadas mediante plasma de descarga de barrera dieléctrica. Ciencia. Rep. 5, 17781. https://doi.org/10.1038/srep17781 (2015).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Wende, K. y col. Identificación de la química líquida biológicamente activa inducida por un chorro de plasma a presión atmosférica no térmica. J. Aplica. Física. 113, 233302. https://doi.org/10.1063/1.4811339 (2013).

Artículo CAS Google Scholar

Gruhlke, MCH & Slusarenko, AJ La biología de las especies reactivas de azufre (RSS). Fisiol vegetal. Bioquímica. 59, 98e107. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2012.03.016 (2012).

Artículo CAS Google Scholar

Giles, GI, Nasim, MJ, Ali, W. y Jacob, C. El concepto de especie reactiva de azufre: 15 años después. Antioxidantes 6, 38. https://doi.org/10.3390/antiox6020038 (2017).

Artículo CAS Google Scholar

Lee, Y., Lee, Ch. & Yoon, J. Cinética y mecanismos de degradación del DMSO (dimetilsulfóxido) mediante el proceso UV/H2O2. Agua Res. 38, 2579–2588. https://doi.org/10.1016/j.watres.2004.02.028 (2004).

Artículo CAS Google Scholar

Wende, K. y col. Identificación de la química líquida biológicamente activa inducida por un chorro de plasma a presión atmosférica no térmica. Biointerfases 10, 029518. https://doi.org/10.1116/1.4919710 (2015).

Artículo CAS Google Scholar

BonifaEit, M., Mockel, H., Bahnemann, D. & Asmus, KD Formación de iones positivos y otras especies primarias en la oxidación de sulfuros por radicales hidroxilo. Química. Soc. 7, 675–685 (1975).

Google Académico

Jablonowski, H., Sousa, JS, Weltmann, KD, Wende, K. & Reuter, S. Cuantificación del ozono y delta de oxígeno singlete producidos en fases gaseosa y líquida por un plasma atmosférico no térmico con relevancia para el tratamiento médico. Ciencia. Rep. 8, 12195. https://doi.org/10.1038/s41598-018-30483-w (2018).

Artículo ADS CAS Google Scholar

Pedre, B., Barayeu, U., Ezeriņa, D. & Dick, TP El mecanismo de acción de la N-acetilcisteína (NAC): el papel emergente del H2S y las especies de azufre sulfano. Farmacéutico. Terapia. 228, 107916. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2021.107916 (2021).

Artículo CAS Google Scholar

Cuevasanta, E., Möller, MN y Alvarez, B. Química biológica del sulfuro y persulfuros de hidrógeno. Arco. Bioquímica. Biofísica. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.09.018 (2016).

Artículo de Google Scholar

Koppenol, WH & Bounds, PL Aspectos cuantitativos de la señalización mediante moléculas que contienen azufre. Arco. Bioquímica. Biofísica. S0003–9861(16), 30356–30363. https://doi.org/10.1016/j.abb.2016.09.012 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Nauser, T., Steinmann, D., Grassi, G. y Koppenol, WH Por qué la selenocisteína reemplaza a la cisteína en la tiorredoxina reductasa: una hipótesis radical. Bioquímica 53, 5017–5022. https://doi.org/10.1021/bi5003376 (2014).

Artículo CAS Google Scholar

Yadav, PK y cols. Biosíntesis y reactividad de persulfuros de cisteína en señalización. Soy. Química. Soc. 138(1), 289–299. https://doi.org/10.1021/jacs.5b10494 (2016).

Artículo CAS Google Scholar

Vasas, A., Dóka, E., Fábián, E. & Nagy, P. Estudios cinéticos y termodinámicos sobre el potencial reductor del enlace disulfuro del sulfuro de hidrógeno. Óxido nítrico https://doi.org/10.1016/j.niox.2014.12.003 (2014).

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Descargar referencias

Departamento de Física Atómica y Molecular, Facultad de Ciencias, Universidad de Mazandaran, Babolsar, Irán

Masume Farhadi y Farshad Sohbatzadeh

Núcleo de Investigación de Tecnología del Plasma, Facultad de Ciencias, Universidad de Mazandaran, Babolsar, Irán

Farshad Sohbatzadeh

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FS: Supervisión, conceptualización, recursos, revisión y edición, diseño del dispositivo CAP; MF: Investigación, validación. Tareas experimentales, Evaluación de parámetros fisicoquímicos, Análisis formal, redacción y edición.

Correspondencia a Farshad Sohbatzadeh.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Farhadi, M., Sohbatzadeh, F. Influencia de una descarga de plasma de chispa transitoria en la producción de altas masas moleculares de productos químicos a partir de l-cisteína. Informe científico 13, 2059 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28736-4

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Recibido: 25 de agosto de 2022

Aceptado: 24 de enero de 2023

Publicado: 04 de febrero de 2023

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

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