Bachelor's Thesis

Cold plasma treatment of microbial biolfims

Final Thesis 1.14 MB

Author of thesis: Patrícia Korbašová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Kristína Trebulová

Reviewer: Ing. Paula Večeríková

Abstract:

The subject of this bachelor's thesis is the study of the effects of low-temperature atmospheric pressure plasma on microbial biofilms of Escherichia coli and Staphylococcus epidermidis. The work focuses on the evaluation of its decontamination efficiency and biological effects related to cellular activity, including potential applications in wound treatment.
A unipolar microwave plasma jet was used for the experiments. The movement of the plasma jet over the sample surface was controlled using computer software. The applied power ranged from 12–13 W. Argon with a purity of 4.6 was used as the carrier gas, with a flow rate set to 5 L/min.
The biofilms were treated using the plasma jet, and their viability was subsequently evaluated in comparison with untreated samples. The main monitored parameter was the treatment time of microbial samples using plasma.
The decontamination effect was evaluated based on the reduction in colony count. In addition, cell viability was assessed using the resazurin assay, which confirmed decreased metabolic activity after treatment.
The results showed that increasing treatment time led to a gradual decrease in the viability of microorganisms. This trend was more pronounced in Escherichia coli, which may be related to differences in cell wall structure or to a higher susceptibility to oxidative stress compared to Staphylococcus epidermidis. For both bacterial species, sample rinsing was also performed, which contributed to increased treatment efficacy. In addition, the influence of the plasma gas and possible sample dehydration was evaluated, as these factors may have contributed to the overall effect of plasma treatment.

Keywords:

Low-temperature plasma, microwave discharge, biofilm treatment, resazurin assay, decontamination, cell viability

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své bakalářské práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky bakalářské práce. Komise zhodnotila její bakalářskou práci celkově jako výbornou. Pekař: Jak byl realizován experiment s ofukem argonu? Jak se kontrolovala tvorba biofilmu? Dzik: Jak byla realizována metodika počítání kolonií a následně resazurinového testu?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta chemická

Department

Institute of Physical and Applied Chemistry

Study programme

Chemistry for Medical Application (BPCP_CHMA)

Composition of Committee

prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vojtěch Enev, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Dzik, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Kristína Trebulová

Bakalárska práca sa zaoberá účinkami nízkoteplotnej plazmy na mikrobiálne biofilmy baktérií Escherichia coli a Staphylococcus epidermidis. Cieľom práce bolo experimentálne overiť dekontaminačný účinok mikrovlnnej plazmovej trysky na bakteriálne biofilmy a posúdiť vplyv rôznych režimov plazmového ošetrenia. V teoretickej časti študentka spracovala kvalitnú literárnu rešerš zameranú na problematiku biofilmov, ich odolnosti voči aktuálnym dekontaminačným a sterilizačným postupom a možnosti využitia nízkoteplotnej plazmy v medicíne. Rešerš je spracovaná prehľadne, kvalitne a z relevantných odborných zdrojov.
V rámci experimentálnej časti sa študentka oboznámila so základnými princípmi mikrobiológie, kultiváciou biofilmov a metódami hodnotenia antimikrobiálnych účinkov. Výsledky práce potvrdili dekontaminačný účinok CAP na biofilmy oboch sledovaných baktérií, pričom vyššia citlivosť bola pozorovaná u gramnegatívnej baktérie E. coli. Súčasne bol hodnotený aj vplyv samotného prúdu argónu bez prítomnosti plazmového výboja. Prínosným výsledkom práce bolo tiež pozorovanie vyššej účinnosti prerušovaného CAP ošetrenia s medzikrokmi premývania pomocou PBS v porovnaní s kontinuálnym režimom.
Pri riešení práce študentka preukázala vysokú mieru samostatnosti, precíznosti a veľkého záujmu o riešenú problematiku. Oceňujem najmä jej vytrvalú prácu v laboratóriu, vlastnú iniciatívu a snahu aktívne diskutovať výsledky a ich súvislosti. Veľmi pozitívne hodnotím tiež jej pracovné nasadenie a prístup k práci napriek zdravotným komplikáciám, ktorým počas akademického roka čelila. Práca je kvalitne spracovaná, logicky štruktúrovaná a výsledky sú prehľadne prezentované a diskutované v kontexte aktuálnych poznatkov.
Ciele bakalárskej práce boli splnené, prácu odporúčam k obhajobe a hodnotím známkou A.
Evaluation criteria Grade
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Paula Večeríková

Patrícia Korbašová sa vo svojej bakalárskej práci venuje štúdiu dekontaminačných účinkov nízkoteplotnej plazmy na biofilmy baktérií Escherichia coli a Staphylococcus epidermidis.

Teoretická časť poskytuje prehľad problematiky nízkoteplotnej plazmy, jej fyzikálno-chemických vlastností, mechanizmov antimikrobiálneho pôsobenia a možností využitia v biomedicínskych aplikáciách. Pozornosť je venovaná aj charakteristike biofilmov, rozdielom medzi gramnegatívnymi a grampozitívnymi baktériami a princípom resazurínovej metódy. Autorka preukazuje schopnosť orientácie v odbornej literatúre a spracovania aktuálnej problematiky.

Experimentálna časť práce je zameraná na prípravu biofilmov baktérií E. coli a S. epidermidis, ich ošetrenie pomocou mikrovlnnej plazmovej trysky a následné hodnotenie dekontaminačného účinku pomocou kultivačného stanovenia počtu kolónií a resazurínovej metódy. Oceňujem najmä rozsah realizovaných experimentov, porovnanie viacerých režimov plazmového ošetrenia a snahu autorky interpretovať získané výsledky v kontexte biologických vlastností skúmaných mikroorganizmov.

Práca je po odbornej stránke spracovaná na dobrej úrovni. Napriek tomu obsahuje viacero formálnych nedostatkov. V texte sa vyskytujú nepresnosti vo formátovaní nadpisov nižšej úrovne, nekonzistentný štýl citovania a nesprávne radenie niektorých citácií. V metodickej časti sa objavujú aj drobné nepresnosti v zaradení použitých materiálov a prístrojov. Určitú pozornosť by si zaslúžila aj kontrola údajov uvedených pri príprave kultivačných médií vzhľadom na odporúčania výrobcov.

Metodická časť práce je spracovaná prehľadne a umožňuje pochopiť základný priebeh experimentov. V niektorých prípadoch by však bolo vhodné podrobnejšie zdôvodniť voľbu experimentálnych podmienok a rozšíriť diskusiu o limity použitých metód.

Predložená práca spĺňa stanovené ciele a prináša zaujímavé výsledky v oblasti dekontaminácie mikrobiálnych biofilmov pomocou nízkoteplotnej plazmy. Položené otázky smerujú k rozšíreniu diskusie o vybraných metodických a mikrobiologických súvislostiach skúmanej problematiky.
Predložená práca spĺňa požiadavky kladené na bakalársku prácu a odporúčam ju k obhajobe.

Z uvedených dôvodov odporúčam prácu k obhajobe a hodnotím ju známkou A – výborne.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Prečo boli ako modelové organizmy zvolené práve Escherichia coli a Staphylococcus epidermidis?
  2. Ako boli zostrojené kalibračné krivky koncentrácie bakteriálnych kultúr E. coli a S. epidermidis a z akého dôvodu bola koncentrácia bakteriálnej suspenzie stanovovaná pri vlnovej dĺžke 630 nm namiesto bežne používanej hodnoty 600 nm (kapitola 3.3.1 Príprava biofilmov)?
  3. Prečo bola na tvorbu biofilmu zvolená práve 24-hodinová kultivácia? Považujete takto vytvorený biofilm za zrelý biofilm a ako by mohla vyššia zrelosť biofilmu (48 alebo 72 hodín kultivácie) ovplyvniť účinnosť plazmového ošetrenia?
  4. Aké sú hlavné výhody a obmedzenia obrazovej analýzy resazurínového testu v porovnaní so štandardným spektrofotometrickým alebo fluorimetrickým meraním?
  5. Výsledky testu s kryštálovou violeťou ukázali nižší nárast pri počiatočnom inokule 10⁴ CFU/ml. Považujete tento jav za prejav nižšej schopnosti tvorby biofilmu, alebo skôr za dôsledok skoršej fázy jeho vývoja pri nižšom inokule?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová