Artykuł przeglądowy Review
W przepisach określających wymagania wetery-naryjne i sanitarne przy produkcji żywności pocho-dzenia zwierzęcego wielokrotnie podkreśla się, że w pomieszczeniach produkcyjnych i magazynowych podłogi, ściany i sufity, a także powierzchnie drzwi, stołów, blatów roboczych oraz maszyn i urządzeń po-winny być gładkie, nienasiąkliwe oraz łatwe do mycia i odkażania (49). Podobne wymagania w stosunku do różnego rodzaju powierzchni podane są w przepisach dotyczących szpitali (48) i zakładów lecznictwa wete-rynaryjnego (47). Wymagania te są w pełni uzasadnio-ne, a w ich spełnieniu coraz większą rolę odgrywa na-notechnologia. Dzięki niej w ostatnich latach możliwe stało się wytwarzanie powłok fotokatalitycznych, które nie tylko są gładkie, łatwe do mycia i odkażania, ale też wykazują właściwości hydrofilowe, antystatyczne, dezodoryzujące, i – co najważniejsze – charakteryzują się działaniem bakteriobójczym.
Wiele materiałów powszechnie używanych w róż-nych gałęziach przemysłu (np. biel tytanowa (TiO2) stosowana w produkcji farb czy krzemionka (SiO2) wykorzystywana do wyrobu artykułów szklanych) po rozdrobnieniu do nanocząstek (1 < φ ≤ 100 nm) (nano-particles, NPs) wykazuje nieprezentowane wcześniej
właściwości fotokatalityczne (39, 44, 50). Jednym z najczęściej używanych w nanotechnologii związków, m.in. do wytwarzania powłok fotokatalitycznych, jest nanometryczny TiO2. Dzięki właściwościom bakte-riobójczym związek ten w ostatnich latach bardzo zyskał na znaczeniu w ochronie ludzi i zwierząt przed drobnoustrojami.
Właściwości fotokatalityczne ditlenku tytanu Zainteresowanie nano-TiO2 rozpoczęło się w 1967 r. z chwilą odkrycia jego właściwości katalitycznych in-dukowanych promieniowaniem UV (21). Właściwości katalityczne półprzewodników, do których należy nanometryczny ditlenek tytanu, tłumaczy ich struktura elektronowa. Mają one obsadzone elektronami pasmo walencyjne (valence band, VB) i nieobsadzone pa-smo przewodnictwa (conduction band, CB). Różnica energii (ΔE) między tymi pasmami, definiowana jako pasmo wzbronione (band gap), to jednocześnie war-tość energii, którą trzeba dostarczyć, aby przenieść elektron z jednego pasma (VB) do drugiego (CB). Dla nano-TiO2 wartość ta wynosi, zależnie od jego formy polimorficznej, 2.96-3.23 eV, co odpowiada energii promieniowania elektromagnetycznego o długości fali
Mechanizmy inaktywacji bakterii
na powierzchniach fotokatalitycznych
JANUSZ BOGDAN, JACEK SZCZAWIŃSKI, JOANNA ZARZYŃSKA, JOANNA PŁAWIŃSKA-CZARNAK
Katedra Higieny Żywności i Ochrony Zdrowia Publicznego, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Nowoursynowska 159, 02-766 Warszawa
Otrzymano 19.11.2013 Zaakceptowano 30.01.2014
Bogdan J., Szczawiński J., Zarzyńska J., Pławińska-Czarnak J.
Mechanisms of bacteria inactivation on photocatalytic surfaces Summary
Easy-to-clean and easy-to-disinfect surfaces play a key role in keeping the right sanitary and hygienic standards in hospitals, veterinary clinics and food processing plants. In recent years, due to the development of nanotechnology, self-cleaning and self-disinfecting surfaces are applied on an increasing scale. They are covered by photocatalytic surfaces made of nanomaterials (NMs) on which, upon exposure to the ultraviolet radiation, advanced oxidation processes (AOPs) can take place. Those processes present an effective method of bacteria eradication. One of the most studied AOPs in relation to microorganism eradication is the TiO2/ UV-process, where titanium dioxide (TiO2) is used as a photocatalyst, and the ultraviolet radiation (UV) is used as an agent generating free radicals. The high efficiency of the gram-negative and gram-positive bacteria inactivation by the methods using photocatalytic properties of nano-sized TiO2 (nano-TiO2) contributes towards its increasing application. Disinfection based on free radicals reactions is considered to become one of the most promising tools to solve difficult problems related to hygiene and public health protection in the near future.
λ < 400 nm. Wskutek wzbudzenia nanometrycznego TiO2 elektron (e–) przechodzi do pasma przewodnic-twa, pozostawiając w paśmie walencyjnym dodatnio naładowaną „dziurę elektronową” (h+) i tworząc tym samym swoistą parę „dziura-elektron” (h+ + e–), co prezentuje równanie 1.
[1] TiO2 + hv → TiO2 (h+ + e–)
Ten wysoce niestabilny stan, zwany ekscytonem (exciton), ma silne właściwości utleniająco-reduku-jące. Dodatnio naładowane i warunkujące procesy utleniania „dziury elektronowe” oraz determinujące procesy redukcji wzbudzone elektrony mogą reagować z cząsteczkami wody, jonami hydroksylowymi lub molekularnym tlenem i prowadzić do powstawania re-aktywnych form tlenu (reactive oxygen species, ROS), takich jak: rodniki hydroksylowe (•OH), anionorodniki ponadtlenkowe (•O
2–) czy nadtlenek wodoru (H2O2). Obrazują to równania 2-7 (21). [2] TiO2 (h+) + H 2O → TiO2 + •OH + H+ [3] TiO2 (h+) + 2 H 2O → TiO2 + H2O2 + 2 H+ [4] TiO2 (h+) + OH– → TiO 2 + •OH + OH– [5] TiO2 (e–) + O 2 → TiO2 + •O2– [6] TiO2 (e–) + •O 2– + 2 H+ → TiO2 + H2O2 [7] TiO2 (e–) + H 2O2 → TiO2 + •OH + OH–
Powstałe na powierzchni nanocząstek ditlenku tyta-nu ROS nie tylko inaktywują, ale i utleniają do CO2, H2O i NH3 formy wegetatywne i przetrwalniki drobno-ustrojów (42), które w wielu przypadkach są groźnymi patogenami. Dzięki właściwościom fotokatalitycznym nano-TiO2 stosowany jest m.in. w wykorzystującej promieniowanie UV i opierającej się na procesach zaawansowanego utleniania degradacji zanieczyszczeń biologicznych (51).
Działanie przeciwbakteryjne promieniowania UV na powierzchniach pokrytych nano-TiO2
Jednym z głównych problemów współczesnej medycyny i weterynarii jest pojawianie się i rozprze-strzenianie lekoopornych patogenów bakteryjnych, np. opornych na wankomycynę paciorkowców kałowych (vancomycin-resistant enterococci, VRE) czy opornych na metycylinę – koagulazo-dodatniego gronkowca zło-cistego (methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA) i koagulazo-ujemnego gronkowca skórnego (methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis, MRSE). Stąd też wciąż poszukuje się nowych efek-tywnych metod inaktywacji drobnoustrojów chorobo-twórczych (8, 44). Do najnowszych rozwiązań w tej dziedzinie należą próby praktycznego wykorzystania zjawiska fotokatalizy (55).
Skuteczność bakteriobójcza procesu TiO2/UV zależy m.in. od: aktywności i stężenia fotokatalizatora, roz-miaru jego cząstek, obecności zanieczyszczeń środo-wiskowych, wyjściowej koncentracji drobnoustrojów, a także od pH podłoża, temperatury oraz intensywności światła (19). Z badań Maness i wsp. (36) wynika, że najwyższą aktywność fotokatalityczną, a tym samym najsilniejsze działanie antybakteryjne, wykazują dwie
formy polimorficzne nano-TiO2 – anataz i rutyl, zmie-szane ze sobą w proporcji 4: 1. Połączenie to znane jest pod nazwą handlową P-25 i jest powszechnie wykorzystywane w badaniach nad bakteriobójczymi właściwościami nanometrycznego ditlenku tytanu. Przyjmuje się, że czysty anataz przejawia silniejsze właściwości katalityczne niż rutyl (20), choć istnieją w literaturze doniesienia mówiące, że obie formy są w tym samym stopniu szkodliwe dla bakterii (16). Prace Maness i wsp. (36) wskazują, że niezależnie od początkowej gęstości komórek Escherichia coli (102-108 j.t.k./ml) najwyższą inaktywację bakterii obserwowano przy 0,1% P-25. Rincón i Pulgarin (46) twierdzą, że nano-TiO2 o średnicy poniżej 20 nm wy-kazuje silniejsze właściwości antybakteryjne aniżeli mniej rozdrobniona jego postać. Dzieje się tak, po-nieważ cząstki o średnicy mniejszej niż 20 nm mogą penetrować ścianę komórkową i przenikać do cytozolu (17), podczas gdy molekuły nano-TiO2 o rozmiarach 20-80 nm nie są w stanie pokonać bariery ściany komórkowej (59). Belapurkar i wsp. (4) wskazują na obecność zanieczyszczeń organicznych jako przyczy-nę zmniejszenia nawet o 40% skuteczności procesu TiO2/UV w inaktywacji bakterii. Wyniki innych prac sugerują, że u podstaw osłabienia efektu fotokata-litycznego nano-TiO2 leży również wysoka gęstość drobnoustrojów (powyżej 108 j.t.k./ml) (36).
Wrażliwość bakterii na proces TiO2/UV została po raz pierwszy opisana w 1985 r. przez Matsunaga i wsp. (37). Autorzy ci zaobserwowali, że trwająca 120 min. ekspozycja wody zanieczyszczonej komór-kami Escherichia coli i Lactobacillus acidophilus na promieniowanie z zakresu bliskiego ultrafioletu (UV-A, λ = 315-400 nm) prowadziła do praktycznie całkowitej destrukcji bakterii. W niszczeniu ko-mórek drobnoustrojów przy pomocy procesu TiO2/ UV kluczową rolę odgrywają ROS, wśród których najsilniejsze właściwości bakteriobójcze przypisuje się rodnikom hydroksylowym (•OH) (41). Ireland i wsp. (25) twierdzą, że u podstaw zabójczych dla bakterii właściwości rodników hydroksylowych leżą ich wysoki potencjał oksydacyjny oraz niespecyficz-na reaktywność. Rodniki hydroksylowe powstają niespecyficz-na powierzchni nano-TiO2 w kontakcie z wodą i charak-teryzują się krótkim okresem trwania (33). Mogą one penetrować ścianę komórkową i uszkadzać DNA (28), podobnie jak molekuły H2O2 (41), a także powodować peroksydację lipidów (31) (ryc. 1).
Podczas utleniania lipidów ściany komórkowej drobnoustrojów powstają m.in. aldehydy, ketony i kwasy karboksylowe, z których część wykazuje właściwości potencjalnie kancero- i mutagenne. Kim i wsp. (28), a także Kiwi i Nadtochenko (30) stwier-dzili na przykładzie Escherichia coli, że poszczególne składniki ściany komórkowej drobnoustrojów cha-rakteryzuje różna podatność na działanie rodników hydroksylowych powstających wskutek procesu TiO2/ UV. W opinii autorów szczególnie łatwo degradowane
były – obecne wyłącznie w ścianie komórkowej bakte-rii Gram-ujemnych – lipopolisacharydy (lipopolysac-charide, LPS). Nieco mniej wrażliwa na uszkodzenia oksydacyjne okazała się tworząca podwójne warstwy lipidowe fosfatydyloetanoloamina (phosphatidyletha-nolamine, PE), podczas gdy największą odporność wykazywał peptydoglikan (peptidoglycan, PG), zwany także mureiną (ryc. 2).
W regionach nasilonej peroksydacji lipidów ob-serwowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (scanning electron microscopy, SEM) wyraźne zmiany morfologiczne ściany komórkowej (3, 35). Rodniki hydroksylowe po pokonaniu bariery ścia-ny komórkowej mogą uszkadzać kwasy nukleinowe – zrywać wiązania fosfodiestrowe, prowadzić do powsta-wania dimerów pirymidynowych czy do całkowitego utleniania zasad purynowych i pirymidynowych do CO2, H2O i NH3 (28). Mogą również uszkadzać DNA bakteryjnego plazmidu (2) oraz utleniać cząsteczki koenzymu A (coenzyme A, CoA) (22). Obniżenie poziomu CoA, wewnątrzkomórkowego transportera reszt acylowych, zakłóca m.in. proces oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu i cykl Krebsa – istotne etapy katabolizmu glukozy. Benabbou i wsp. (5) oraz Gogniat i Dukan (23) podkreślają, że tworzenie za-bójczych dla bakterii rodników hydroksylowych nie
zachodzi wyłącznie wskutek fotowzbudzenia cząstek nanometrycznego ditlenku tytanu. Według autorów równorzędnym procesem jest reakcja Fentona. Zakłada ona, że w powstawaniu rodników hydroksylowych czynny udział biorą jony Fe2+ i nadtlenek wodoru, co przedstawia równanie 8.
[8] Fe2+ + H
2O2 → Fe3+ + •OH + OH–
Anionorodniki ponadtlenkowe cechuje – w od-różnieniu od rodników hydroksylowych – długa „żywotność”, jednakże z powodu ujemnego ładunku elektrycznego nie mogą one penetrować ściany ko-mórkowej (3).
Bakterie, podobnie jak komórki innych organizmów, wyposażone są w mechanizmy chroniące je przed reaktywnymi formami tlenu. Główny element „linii obrony” komórki przed ROS stanowi układ trzech enzymów: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD; EC 1.15.1.1) – białka katalizującego reakcję dysproporcjo-nowania dwóch cząsteczek anionorodnika ponadtlen-kowego do nadtlenku wodoru i tlenu cząsteczponadtlen-kowego; katalazy (CAT; EC 1.11.1.6) i peroksydazy glutationo-wej (GPX; EC 1.11.1.9) – enzymów rozkładających nadtlenek wodoru do wody i tlenu cząsteczkowego. Istotną rolę w zmniejszaniu negatywnych skutków stresu oksydacyjnego pełnią także antyoksydanty, takie jak kwas liponowy (lipoic acid, LA) czy ubichinon (ubiquinone). Gdy koncentracja reaktywnych form tlenu przewyższa jednak możliwości naprawcze syste-mów obronnych, uszkodzenia stają się coraz większe i prowadzą w konsekwencji do zniszczenia komórki, co potwierdzono wielokrotnie na przykładzie Escherichia
coli (23, 29). Deckers i wsp. (16), prowadząc badania
na innej Gram-ujemnej bakterii – Cupriavidus
metalli-durans, podkreślają, że śmierć komórki pozostaje m.in.
wypadkową – z jednej strony – ilości reaktywnych form tlenu i stopnia powodowanych przez nie uszko-dzeń, z drugiej zaś – utrzymania w obecności ROS integralności ściany komórkowej. Desai i Kowshik (17) są zdania, że niszczenie bakterii podczas procesu TiO2/UV odbywa się w dwóch fazach. Początkowo dochodzi do oksydacyjnego uszkodzenia ściany komórkowej, przy czym bakterie zachowują jeszcze żywotność, po czym, w wyniku uszkodzenia DNA oraz obni-żenia poziomu CoA, następuje śmierć drobnoustrojów.
Antybakteryjne działanie procesu TiO2/UV w warunkach laboratoryj-nych zostało potwierdzone na przy-kładzie wielu bakterii, zarówno Gram- -ujemnych, tj.: Escherichia coli (27, 40, 60), Klebsiella pneumoniae (12, 17),
Salmonella Enteritidis (52), Salmonella
Typhimurium (6, 28), Serratia
marce-scens (59), Shigella flexnerii (6, 10), Legionella pneumophila (11, 15), Acine- tobacter baumannii (10), Pseudomonas aeruginosa (24, 54), Vibrio cholerae
Ryc. 1. Struktury komórki bakteryjnej najczęściej uszkadzane przez reaktywne formy tlenu (ROS)
Ryc. 2. Wrażliwość (wyrażona wielkością symbolu [ ]) poszczególnych warstw ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych na uszkodzenia powodowane przez rodniki hydroksylowe
(6), jak i Gram-dodatnich, tj.: Bacillus
anthracis (45, 56), Bacillus cereus (1, 58), Bacillus pumilis (1, 43), Bacillus subti-lis (1, 27), Listeria monocytogenes (14,
28), Staphylococcus aureus (10, 53, 54),
Clostridium perfringens (18), Lactobacillus acidophilus (13, 37), Lactobacillus helve-ticus (34), Enterococcus faecalis (38), Enterococcus faecium (32). Zdaniem
czę-ści badaczy (7, 26), wrażliwość bakterii na proces TiO2/UV można przedstawić w następującym porządku: Escherichia
coli > bakterie Gram-ujemne (inne niż E. coli) > bakterie Gram-dodatnie (inne
niż Enterococcus sp.) > Enterococcus sp. Sekwencję tę potwierdzają obserwacje Kühn i wsp. (32), w przypadku których skuteczność redukcji czterech gatunków bakterii poddanych działaniu promienio-wania UV-A przez 1 min prezentowała
się następująco: Escherichia coli > Pseudomonas
aeruginosa > Staphylococcus aureus > Enterococcus faecium. Z badań Szczawińskiego i wsp. (52, 53)
oraz Tomaszewskiego i Jach (54) wynika, że liczba komórek Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa,
Salmonella Enteritidis i Staphylococcus aureus na
– znajdujących zastosowanie jako element wykoń-czeniowy hal produkcyjnych, sal szpitalnych, czy sanitariatów – ściennych i podłogowych płytkach ceramicznych pokrytych powłoką zawierającą nano-metryczny ditlenek tytanu i wystawionych na działanie promieniowania UV przez 2 min. zmniejszyła się o 6-7 jednostek logarytmicznych w zależności od metody nanoszenia powłoki fotokatalitycznej oraz rodzaju płytek (błyszczące lub matowe). Na powierzchniach kontrolnych osiągnięto redukcję bakterii o ok. 1 cykl logarytmiczny. Zbliżoną skuteczność procesu TiO2/ UV w niszczeniu Escherichia coli obserwowali także inni autorzy (5, 40). Zróżnicowanie wrażliwości drob-noustrojów na procesy fotokatalityczne wynika m.in. z różnej budowy ich ściany komórkowej i różnej po-datności na uszkodzenia oksydacyjne jej składników. Bakterie Gram-ujemne posiadają dość cienką ścianę komórkową (2-10 nm), zbudowaną z dwóch podwój-nych warstw lipidowych (błony cytoplazmatycznej i błony zewnętrznej) rozdzielonych peryplazmą, w której „zanurzone są” 2-3 warstwy peptydoglika-nu. PG to sieć długich, nierozgałęzionych łańcuchów polisacharydowych (zbudowanych z naprzemien-nie ułożonych i połączonych wiązaniami β-1,4- -glikozydowymi cząsteczek N-acetyloglukozoaminy i kwasu N-acetylomuraminowego) powiązanych po-przecznymi (poziomymi i pionowymi) „mostkami” oligopeptydów. Błona zewnętrzna, w odróżnieniu od zbudowanej głównie z fosfatydyloetanoloaminy błony cytoplazmatycznej, złożona jest z dwóch warstw asy-metrycznie ułożonych lipidów. Warstwę wewnętrzną tworzy PE, natomiast zewnętrzną – LPS (ryc. 2).
W przypadku drobnoustrojów patogennych LPS pełnią funkcję endotoksyny i są istotnym czynnikiem cho-robotwórczym (30). Z kolei bakterie Gram-dodatnie posiadają stosunkowo grubą ścianę komórkową (20- -80 nm), w przypadku której na zbudowanej podobnie jak u bakterii Gram-ujemnych błonie cytoplazma-tycznej znajduje się ok. 40 warstw peptydoglikanu. W poprzek PG przechodzą długie, polimeryczne i wystające ponad powierzchnię ściany komórkowej łańcuchy kwasów tejchojowych – zakotwiczonego w błonie cytoplazmatycznej kwasu lipotejchojowego (lipoteichoic acid, LTA) i połączonego z łańcucha-mi polisacharydowyłańcucha-mi mureiny (reształańcucha-mi kwasu N-acetylomuraminowego) kwasu tejchojowego (tei- choic acid, TA) (30) (ryc. 3).
Wiele prac wskazuje na wysoką efektywność nano-metrycznego ditlenku tytanu w niszczeniu opornego na metycylinę Staphylococcus aureus (50), a także odpor-nego na promieniowanie ultrafioletowe Enterobacter
cloacae (10). Powstające podczas procesu TiO2/UV rodniki hydroksylowe niszczą również spory Bacillus
anthracis i Bacillus cereus (1, 45).
Wykorzystanie reakcji fotokatalitycznych do dezynfekcji
Częsta i dokładna dezynfekcja powierzchni, mająca na celu redukcję liczby bakterii i zapobieżenie ich roz-przestrzenianiu, jest konieczna w zakładach przemysłu spożywczego, laboratoriach mikrobiologicznych, zakładach lecznictwa weterynaryjnego i placówkach medycznych. Konwencjonalne metody dezynfekcji, takie jak np. mycie połączone z użyciem chemicznych środków odkażających, są praco- i czasochłonne, a po-nadto nie zawsze skuteczne. Procesy fotokatalityczne, zachodzące na powierzchniach pokrytych cienką war-stwą nanocząstek ditlenku tytanu, stanowią zyskującą na znaczeniu alternatywę wobec tradycyjnych metod odkażania (20). Do zwiększenia praktycznego
zasto-Ryc. 3. Wrażliwość (wyrażona wielkością symbolu [ ]) poszczególnych warstw ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych na uszkodzenia po-wodowane przez rodniki hydroksylowe
sowania procesu TiO2/UV przyczynia się m.in. jego wysoka skuteczność bakteriobójcza w odniesieniu do drobnoustrojów mających istotne znaczenie w ochro-nie zdrowia publicznego, tj. Pseudomonas aeruginosa,
Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium (24,
53, 54).
Omawiany proces może być również wykorzystany do dezynfekcji opakowań do żywności. Wielokrotnie potwierdzono wysoką skuteczność eliminacji komó-rek Escherichia coli (szczep ATCC11775) (9), a także
Listeria monocytogenes (57) z folii spożywczych
po-krytych nanometrycznym TiO2 i poddanych działaniu promieniowania ultrafioletowego.
Trudno przecenić znaczenie skutecznej dezynfekcji powierzchni w przemyśle spożywczym. Zaniedbania w tym zakresie wielokrotnie były przyczyną zatruć i zakażeń pokarmowych. Po jednej z epidemii wy-wołanej przez Escherichia coli (szczep O157:H7) w Japonii przebadano wpływ procesu TiO2/UV na degradację toksyny wytwarzanej przez tę bakterię. Okazało się, że po 120 min. doszło do częściowego rozkładu toksyny, a po 4 godz. zaobserwowano jej całkowitą dekompozycję (21).
Według Szczawińskiego i wsp. (52, 53), wykorzy-stanie powierzchni fotokatalitycznych, np. ściennych płytek ceramicznych pokrytych cienką warstwą na-no-TiO2, w zakładach przetwórstwa spożywczego, zakładach lecznictwa weterynaryjnego, szpitalach, gabinetach zabiegowych, laboratoriach i wszędzie tam, gdzie używa się promieniowania UV do odkaża-nia powierzchni, powinno znacznie zwiększyć efek-tywność dezynfekcji i przyczynić się do radykalnej poprawy warunków higienicznych panujących w tych pomieszczeniach.
Podsumowanie
Nanotechnologia – m.in. dzięki nanometrycznym substancjom nieorganicznym ujawniającym właści-wości fotokatalityczne – otwiera nowe możliwłaści-wości rozwoju wielu dziedzin gospodarki, w tym przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, a także jest wyko-rzystywana w obszarze szeroko pojętej higieny i ochro-ny zdrowia publicznego. Niskie koszty wytwarzania oraz wysoka skuteczność niszczenia bakterii przema-wiają za jak najszerszym zastosowaniem nanomateria-łów w praktyce. Powszechnie dotychczas stosowane środki farmakologiczne i chemiczne nie wykazują tak szerokich możliwości działania. Nanomateriały obecne są na rynku już od kilku lat, ale wciąż jeszcze nie w pełni poznane jest ich oddziaływanie na zdrowie człowieka, dlatego kontynuuje się badania nad ich bezpieczeństwem zdrowotnym.
Piśmiennictwo
1. Armon R., Weltch-Cohen G., Bettane P.: Disinfection of Bacillus spp. spores in drinking water by TiO2 photocatalysis as a model for Bacillus anthracis.
Water Sci. Technol. 2004, 4, 7-14.
2. Ashikaga T., Wada M., Kobayashi H., Mori M., Katsumura Y., Fukui H.,
Kato S., Yamaguchi M., Takamatsu T.: Effect of the photocatalytic activity of
TiO2 on plasmid DNA. Mutat. Res. 2000, 466, 1-7.
3. Banerjee S., Gopal J., Muraleedharan P., Tyagi A. K., Raj B.: Physics and chemistry of photocatalytic titanium dioxide: visualization of bactericidal activity using atomic force microscopy. Curr. Sci. 2006, 90, 1378-1383. 4. Belapurkar A. D., Sherkhane P., Kale S. P.: Disinfection of drinking water
using phoyocatalytic technique. Curr. Sci. 2006, 91, 73-76.
5. Benabbou A. K., Derriche Z., Felix C., Lejeune P., Guillard C.: Photocatalytic inactivation of Escherichia coli – effect of concentration of TiO2 and
micro-organism, nature, and intensity of UV irradiation. Appl. Catal. B 2007, 76, 257-263.
6. Berney M., Weilenmann H. U., Simonetti A., Egli T.: Efficacy of solar disin-fection of Escherichia coli, Shigella flexneri, Salmonella Typhimurium and Vibrio cholerae. J. Appl. Microbiol. 2006, 101, 828-836.
7. Blanco-Galvez J., Fernández-Ibáñnez S., Malato-Rodriguez J.: Solar pho-tocatalytic detoxification and disinfection of water: recent overviews. J. Sol. Energy Eng. 2007, 129, 4-15.
8. Bonetta S., Bonetta S., Motta F., Strini A., Carraro E.: Photocatalytic bacterial inactivation by TiO2-coated surfaces. AMB Express 2013, 3, 59.
9. Chawengkijwanich C., Hayata Y.: Development of TiO2 powder-coated food
packaging film and its ability to inactivate Escherichia coli in vitro and in actual tests. Int. J. Food. Microbiol. 2008, 123, 288-292.
10. Cheng C. L., Sun D. S., Chu W. C., Tseng Y. H., Ho H. C., Wang J. B., Chung
P. H., Chen J. H., Tsai P. J., Lin N. T., Yu M. S., Chang H. H.: The effects of
the bacterial interaction with visible-light responsive titania photocatalyst on the bactericidal performance. J. Biomed. Sci. 2009, 16, 7.
11. Cheng Y. W., Chan R. C. Y., Wong P. K.: Disinfection of Legionella pneumophila by photocatalytic oxidation. Water Res. 2007, 41, 842-852.
12. Cho M., Cates E. L., Kim J. H.: Inactivation and surface interactions of MS-2 bacteriophage in a TiO2 photoelectrocatalytic reactor. Water Res. 2011, 45,
2104-2110.
13. Choi J. Y., Kim K. H., Choy K. C., Oh K. T., Kim K. N.: Photocatalytic anti-bacterial effect of TiO2 film formed on Ti and TiAg exposed to Lactobacillus
acidophilus. J. Biomed. Mater. Res., Part B 2007, 80, 353-359.
14. Chorianopoulos N. G., Tsoukleris D. S., Panagou E. Z., Falaras P., Nychas
G. J.: Use of titanium dioxide (TiO2) photocatalysts as alternative means
for Listeria monocytogenes biofilm disinfection in food processing. Food Microbiol. 2011, 28, 164-170.
15. Dadjour M. F., Ogino C., Matsumura S., Nakamura S., Shimizu N.: Disinfection of Legionella pneumophila by ultrasonic treatment with TiO2. Water Res. 2006,
40, 1137-1142.
16. Deckers A. S., Loo S., L’Hermite M. M., Boime N. H., Menguy N., Reynaud C.,
Gouget B., Carrière M.: Size- composition- and shape-dependent toxicological
impact of metal oxide nanoparticles and carbon nanotubes towards bacteria. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 8423-8429.
17. Desai V. S., Kowshik M.: Antimicrobial activity of titanium dioxide nanopar-ticles synthesized by sol-gel technique. Res. J. Microbiol. 2009, 4, 97-103. 18. Dunlop P. S. M., McMurray T. A., Hamilton J. W. J., Byrne J. A.: Photocata-
lytic inactivation of Clostridium perfringens spores on TiO2 electrodes.
J. Photochem. Photobiol. A 2008, 196, 113-119.
19. Friedmann D., Mendive C., Bahnemann D.: TiO2 for water treatment:
para-meters affecting the kinetics and mechanisms of photocatalysis. Appl. Catal. B 2010, 99, 398-406.
20. Fu G., Vary P. S., Lin C. T.: Anatase TiO2 nanocomposites for antimicrobial
coatings. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8889-8898.
21. Fujishima A., Rao T. N., Tryk D. A.: Titanium dioxide photocatalysis. J. Photochem. Photobiol. C 2000, 1, 1-21.
22. Gao M., An T., Li G., Nie X., Yip H. Y., Zhao H., Wong P. K.: Genetic studies of the role of fatty acid and coenzyme A in photocatalytic inactivation of Escherichia coli. Water Res. 2012, 46, 3951-3957.
23. Gogniat G., Dukan S.: TiO2 photocatalysis causes DNA damage via fenton
reaction-generated hydroxyl radicals during the recovery period. Appl. Environ. Microbiol. 2007, 73, 7740-7743.
24. Gupta K., Singh R. P., Pandey A., Pandey A.: Photocatalytic antibacterial performance of TiO2 and Ag-doped TiO2 against S. aureus, P. aeruginosa and
E. coli. Beilstein J. Nanotechnol. 2013, 4, 345-351.
25. Ireland J. C., Klostermann P., Rice E. W., Clark R. M.: Inactivation of Esche- richia coli by titanium dioxide photocatalytic oxidation. Appl. Environ. Microbiol. 1993, 59, 1668-1670.
26. Jacoby W. A., Maness P. C., Wolfrum E. J., Blake D. M., Fennell J. A.: Mineralization of bacteria cell mass on a photocatalytic surface in air. Environ. Sci. Technol. 1998, 32, 2650-2653.
27. Kim S., An Y. J.: Effect of ZnO and TiO2 nanoparticles preilluminated with
UVA and UVB light on Escherichia coli and Bacillus subtilis. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2012, 95, 243-253.
28. Kim S., Ghafoor K., Lee J., Feng M., Hong J., Lee D. U., Park J.: Bacterial inactivation in water, DNA strand breaking, and membrane damage induced by ultraviolet-assisted titanium dioxide photocatalysis. Water Res. 2013, 47, 4403-4411.
29. Kim S. Y., Nishioka M., Taya M.: Promoted proliferation of an SOD-deficient mutant of Escherichia coli under oxidative stress induced by photoexcited TiO2. FEMS Microbiol. Lett. 2004, 236, 109-114.
30. Kiwi J., Nadtochenko V.: Evidence for the mechanism of photocatalytic de-gradation of the bacterial wall membrane at the TiO2 interface by ATR-FTIR
and laser kinetic spectroscopy. Langmuir 2005, 21, 4631-4641.
31. Kiwi J., Nadtochenko V.: New evidence for TiO2 photocatalysis during bilayer
lipid peroxidation. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 17657-17684.
32. Kühn K. P., Chaberny I. F., Massholder K., Stickler M., Benz V. W., Sonntag
H. G., Erdinger L.: Disinfection of surfaces by photocatalytic oxidation with
titanium dioxide and UVA light. Chemosphere 2003, 53, 71-77.
33. Linsebigler A. L., Lu G., Yates J. Y.: Photocatalysis on TiO2 surfaces: principles,
mechanisms, and selected results. Chem. Rev. 1995, 95, 735-758.
34. Liu H. L., Yang T. C. K.: Photocatalityc inactivation of Escherichia coli and Lactobacillus helveticus by ZnO and TiO2 activated with ultraviolet light.
Process Biochem. 2003, 39, 475-481.
35. Liu P., Duan W., Wang Q., Li X.: The damage of outer membrane of Escherichia coli in the presence of TiO2 combined with UV light. Colloids Surf. B 2010,
78, 171-176.
36. Maness P. C., Smolinski S., Blake D. M., Huang Z., Wolfrum E. J., Jacoby W. A.: Bactericidal activity of photocatalytic TiO2 reaction: toward an understanding
of its killing mechanism. Appl. Environ. Microbiol. 1999, 65, 4094-4098. 37. Matsunaga T., Tamoda R., Nakajima T., Wake H.: Photoelectrochemical
sterilization of microbial cells by semiconductor powders. FEMS Microbiol. Lett. 1985, 29, 211-214.
38. Mitoraj D., Jańczyk A., Strus M., Kisch H., Stochel G., Heczko P. B., Macyk W.: Visible light inactivation of bacteria and fungi by modified titanium dioxide. Photochem. Photobiol. Sci. 2007, 6, 642-648.
39. Muranyi P., Schraml C., Wunderlich J.: Antimicrobial efficiency of titanium dioxide-coated surfaces. J. Appl. Microbiol. 2010, 108, 1966-1973. 40. Oza G., Pandey S., Gupta A., Shinde S., Mewada A., Jagadale P., Sharon M.,
Sharon M.: Photocatalysis-assisted water filtration: using TiO2-coated
verti-cally aligned multi-walled carbon nanotube array for removal of Escherichia coli O157:H7. Mater. Sci. Eng. C 2013, 33, 4392-4400.
41. Pablos C., Marugán J., van Grieken R., Serrano E.: Emerging micropollutant oxidation during disinfection processes using UV-C, UV-C/H2O2, UV-A/TiO2
and UV-A/TiO2/H2O2. Water Res. 2013, 47, 1237-1245.
42. Pan D., Zhan Z., Chen D., Wu Z., Pang A., Wang Y., Lin Z.: Photocatalytic bactericidal mechanism of nanoscale TiO2 films on Escherichia coli. J. Nanosci.
Nanotechnol. 2011, 11, 7621-7626.
43. Pham H. N., McDowell T., Wilkins E.: Photocatalytically-mediated disinfec-tion of water using TiO2 as a catalyst and spore-forming Bacillus pumilus as
a model. J. Environ. Sci. Health, Part A 1995, 30, 627-636.
44. Pleskova S. N., Golubeva I. S., Verevkin I. K., Pershin E. A., Burenina V. N.,
Korolikhin V. V.: Photoinduced bactericidal activity of TiO2 films. Prikl. Biokhim. Mikrobiol. 2011, 47, 28-32.
45. Prasad G. K., Agarval G. S., Sigh B., Rai G. P., Vijayaraghavan R.: Photocatalytic inactivation of Bacillus anthracis by titaniana nomaterials. J. Hazard. Mater. 2009, 165, 506-510.
46. Rincón A. G., Pulgarin C.: Photocatalytic inactivation of E. coli: effect of (continuous-intermittent) light intensity and of (suspended-fixed) TiO2
con-centration. Appl. Catal., B 2003, 44, 263-284.
47. Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 16 sierpnia 2004 r. w sprawie wymagań dla weterynaryjnych laboratoriów diagnostycznych, kli-nik weterynaryjnych, lecznic weterynaryjnych, przychodni weterynaryjnych, gabinetów weterynaryjnych. Dz. U. 2004 nr 194 poz. 1990-1994.
48. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 2 lutego 2011 r. w sprawie wymagań jakim powinny odpowiadać pod względem formalnym i sanitarnym pomiesz-czenia i urządzenia zakładu opieki zdrowotnej. Dz. U. 2011 nr 31 poz. 158. 49. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) 853/2004 z dnia
30 kwietnia 2004 r. ustanawiające szczegółowe przepisy dotyczące higieny w odniesieniu do żywności pochodzenia zwierzęcego. Dz. U. 139, 55-205. 50. Shiraishi K., Koseki H., Tsurumoto T.: Antibacterial metal implant with a TiO2
conferred photocatalytic bactericidal effect against Staphylococcus aureus. Surf. Interface Anal. 2009, 41, 17-22.
51. Suty H., de Traversay C., Cost M.: Applications of advanced oxidation pro-cesses: present and future. Water Sci. Technol. 2004, 49, 227-233.
52. Szczawiński J., Tomaszewski H., Jackowska-Tracz A., Szczawińska M. E.: Effect of UV radiation on survival of Salmonella Enteritidis on the surface of ceramic tiles coated with TiO2. Bull. Vet. Inst. Pulawy 2010, 54, 479-483. 53. Szczawiński J., Tomaszewski H., Jackowska-Tracz A., Szczawińska M. E.:
Survival of Staphylococcus aureus exposed to UV radiation on the surface of ceramic tiles coated with TiO2. Pol. J. Vet. Sci. 2011, 14, 41-46.
54. Tomaszewski H., Jach K.: Wpływ warunków osadzania cienkich warstw dwutlenku tytanu metodą magnetronowego rozpylania jonowego na ich właściwości katalityczne, hydrofilne i bakteriobójcze. Ceram. Mater. 2012, 64, 11-21.
55. Tseng Y. H., Sun D. S., Wu W. S., Chan H., Syue M. S., Ho H. C., Chang
H. H.: Antibacterial performance of nanoscaled visible-light responsive
plat-inum-containing titania photocatalyst in vitro and in vivo. Biochim. Biophys. Acta. 2013, 1830, 3787-3795.
56. Venieri D., Markogiannaki E., Chatzisymeon E., Diamadopoulos E.,
Mantzavinos D.: Inactivation of Bacillus anthracis in water by photocatalytic,
photolytic and sonochemical treatment. Photochem. Photobiol. Sci. 2013, 12, 645-652.
57. Wang R., Dong W., Ruan C., Kanayeva D., Tian R., Lassiter K., Li Y.: TiO2
nanowire bundle microelectrode based impedance immunosensor for rapid and sensitive detection of Listeria monocytogenes. Nano Lett. 2008, 8, 2625-3261. 58. Wang S., Chang L. Y., Wang Y. J., Wang Q., Yang C. H., Mei R. H.: Nanoparticles
affect the survival of bacteria on leaf surfaces. FEMS Microbiol. Ecol. 2009, 68, 182-191.
59. Wong M. S., Chu W. C., Sun D. S., Huang H. S., Chen J. H., Tsai P. J., Lin N. T.,
Yu M. S., Hsu S. F., Wang S. L., Chang H. H.: Visible-light-induced bactericidal
activity of a nitrogen-doped titanium photocatalyst against human pathogens. Appl. Environ. Microbiol. 2006, 72, 6111-6116.
60. Yamada N., Suzumura M., Koiwa F., Negishi N.: Differences in elimination efficiencies of Escherichia coli in freshwater and seawater as a result of TiO2
photocatalysis. Water Res. 2013, 47, 2770-2776.
Adres autora: dr Janusz Bogdan, ul. Nowoursynowska 159, 02-766 War-szawa; e-mail: januszbogdan@msn.com
