Ученые БФУ разработали уникальный портативный озонатор для лечения гнойных ран и экзем

В Лаборатории оптических излучений БФУ разработан портативный озонатор циклического типа — медицинский прибор для применений в хирургии и дерматологии. Прибор исключает утечки озона, поскольку обработка септической раны происходит под накладной герметичной камерой, в которую от озонатора по одной трубке нагнетается озонированный воздух, а по другой — воздух возвращается обратно для повторного озонирования.

Озон является сильнейшим окислителем и эффективным дезинфицирующим средством, которое применяется для немедикаментозного лечения гнойных ран или экзем. Как правило, озонирование септических ран происходит следующим образом: на конечность пациента (нога, рука) надевается пластиковый мешок, в который нагнетается озонированный воздух, подаваемый от медицинского озонатора. Поскольку в мешке появляется избыточное давление, после озонирования раны воздух выходит по дополнительной трубке для утилизации озона.

В применении данного метода лечения есть необходимость утилизации отработанного озона, поэтому требуется использование реактиваторов озона и мощной системы вентиляции. Озон имеет первый класс опасности, и по опыту хирургов при использовании данного метода, где в мешке образуется избыточное давление озонированного воздуха, утечки озона неизбежны, а значит его попадание в дыхательные органы пациента и медицинского персонала весьма вероятны. При использовании прибора, предложенного учеными БФУ им. Канта, утечка озона исключена.

Подробнее об уникальных характеристиках терапевтического озонатора рассказал заведующий Лабораторией оптических излучений Дмитрий Шитц:

Контур озонирования и подачи в накладную камеру воздуха замкнут и герметичен, а для более надежного прилегания камеры к коже пациента в этом контуре создается небольшое отрицательное давление, которое также способствует более быстрому заживлению ран (эффект вакуум-терапии). Таким образом, появляется возможность озонирования ран, находящихся не только на конечностях пациента, но и на плоской поверхности тела (живот, спина, бедро и пр.). Идея циклического озонатора оказалась оригинальной — аналогов нашего прибора не существует. В декабре прошлого года была подана заявка на патент.

В медицинских озонаторах для получения концентрации озона до 30 мг/л используется электрический высоковольтный разряд в кислороде, где озон образуется в результате плазмохимической реакции в межэлектродном пространстве озонатора. 

«Мы применили оптический метод получения озона, основанный на поглощении молекул кислорода ультрафиолета длиной волны 172 нм. Оптическое излучение на этой длине волны активно поглощается кислородом и имеет энергию кванта более 8 эВ, что достаточно для распада молекулы О₂. Атомы распавшейся молекулы кислорода легко образуют молекулу озона О₃. Схожие процессы происходят в верхних слоях атмосферы Земли при образовании озонового слоя. Оптический метод получения озона более энергоэффективен и не требует использование чистого кислорода. В частности, в нашем приборе удалось на воздухе получить концентрацию озона 62 мг/л», — добавил ученый.

На последнем этапе проекта под руководством сотрудников БФУ им. Канта Станислава Сухих и Валерии Шуплецовой были проведены испытания разработанного циклического озонатора при обработке озоном клеток человеческого организма, бактерий и грибков.

Заведующий лабораторией микробиологии и биотехнологий БФУ Станислав Сухих рассказал об испытаниях прибора, а также подчеркнул, что прибор можно использовать не только в медицине, но и в пищевой промышленности:

В нашей лаборатории с помощью циклического озонатора были обработаны патогенные тест-штаммы Escherichia coli, Bacillus subtilis, Candida albicans и плесневый гриб Aspergillus niger. Поток озона, подаваемый циклическим озонатором, обладает выраженными антибактериальными и фунгицидными свойствами, и благодаря его потенциальной окислительной способности колонии патогенных культур полностью уничтожались за 3 минуты обработки. Считаю, что данное устройство может найти широкое применение в медицине и пищевой промышленност.

Старший научный сотрудник Центра иммунологии и клеточных биотехнологий БФУ Валерия Шуплецова рассказала о воздействии озона на клетки человека:

В результате проведенного исследования выявлено, что воздействие озона на клетки человека может носить разнонаправленный характер, в значительной степени, зависящий от длительности и режима озонирования. Жесткое и длительное воздействие приводило к клеточной деградации и гибели, что потенциально может быть использовано для очистки раны от патологических и условно патологических клеток на первых этапах лечения. При выборе более мягких условий, при кратковременном и опосредованном контакте, озон не приводил к гибели клеток и оказывал в ряде экспериментальных моделей отсроченный эффект стимуляции пролиферативной активности. Таким образом, при правильном выборе тактики воздействия, озонирование может рассматриваться не только как метод антисептической терапии, но и имеет определённый потенциал, как способ стимуляции тканевых регенеративных процессов в период посттравматического восстановления. Показанный эффект может быть наиболее интересен при разработке новых стратегий лечения таких сложных патологий, как хронические раны и трофические язвы.

Сейчас заканчиваются исследования in vitro, затем предстоит еще ряд испытаний, после которых начнется этап доработки прототипа до производственного образца и его сертификация.

Прибор разработан по программе Минобрнауки России «Приоритет 2030» (национальный проект «Наука и университеты»).

Участники проекта благодарят руководителя научно-образовательного кластера «Медбио» Михаила Агапова за активное участие в ходе разработки концепции прибора.