Physikalische Studien zu den Anwendungspotentialen kalter Atmosphärendruckplasmen im Bereich der Schädlingsbekämpfung

ten Bosch, Lars

Resultierend aus diversen bekannten Unbedenklichkeitsabschätzung parametrisierter, medizinischer Kaltatmosphärendruckplasmquellen (kADP-Quellen) zur Anwendung am Menschen liegt der Fokus der hier vorliegenden Arbeit mit der plasmabasierten Pedikulosetherapie auf der Erweiterung des medizinischen Therapiefelds solcher Plasmen im Sektor der humanparasitären Krankheitsbilder. Durch die Bearbeitung dieses spezifischen Themas zielt die vorliegende Arbeit aber auch darauf ab, das Anwendungspotential der kADP zur generellen Schädlings- und Insektenbekämpfung hervorzuheben. Die hierbei gemachten Erkenntnisse bezuglich verantwortlicher Wechselwirkungsmechanismen beim Einsatz von Plasmen zur Insektenbekämpfung sind auf vielfältige Anwendungsfelder übertragbar. So beispielsweise auf den landwirtschaftlichen Sektor im weiteren Sinne und dem Bereich Urproduktion im Besonderen. Hier ist gerade das Auftreten von Lager- und Pflanzenschädlingen immer wieder ein großes und kostenintensives Thema, dass nach alternativen Lösungsansätzen verlangt. Zur Evaluierung der Einsatzmöglichkeiten der Plasmatechnologie im anwendungsfeldübergreifenden Bereich der Schädlingsbekämpfung wurden deshalb über die Therapierung humanparasitären Befalls weitere Aspekte der Schädlingsbekämpfung betrachtet. Basierend auf Studien zur Auswirkung einer Plasmaexposition auf den Modell-Schädling Pediculus humanus humanus erfolgt eine Abschätzung verantwortlicher Wechselwirkungseffekte. Ferner wurde das hierbei verwendete Gerät auch hinsichtlich der Unbedenklichkeit seines Einsatzes am End-Anwender unter Gesundheitsaspekten sowie seiner potentiell negativen Auswirkungen auf menschliches Haarmaterial untersucht. Im Anschluss wird die Einsatzmöglichkeit plasmabehandelten Wassers (PAW) zur Bekämpfung von Pflanzenschädlingen evaluiert. Hierbei konnte ein insektizider Effekt der Flüssigkeiten nachgewiesen werden. Abschließend wurde mit Untersuchungen zum plasmabasierten Mykotoxinabbau ein weiteres, großes Problemfeld aus dem Lebensmittel- und Agrarbereich bearbeitet. Mit der präsentierten Arbeit zum plasmabasierten Mykotoxinabbau wurden erstmals Erkenntnisse bezüglich des Substrateinflusses bei Verwendung einer Plasmaentladung zum Abbau toxischer Pilzmetaboliten gewonnen und veröffentlicht. Das deutliche Aufzeigen der Substratabhängigkeit des Prozesses zielt darauf ab, dass Studien und Behandlungsmethoden beispielsweise im Anwendungsbereich der Lebens- o. Tierfuttermittel künftig dichter an der Zielanwendung entworfen werden mussen, um in dem jeweiligen Kontext Potentiale und Beschränkungen der Technologie am realen Substrat eindeutig evaluierbar zu machen. Ein schlichtes Aufzeigen einer Machbarkeit unter idealen Bedingungen ohne Einbeziehung derartiger Aspekte wäre ungenügend.

The presented dissertational thesis was concerned with the presentation of cold atmospheric pressure plasmas as possible alternative pest treatment method to classical pesticides. The focus of the work was put on the demonstration of the effectiveness of the plasma technology as a treatment method for pest insects, especially the human body louse (Pediculus humanus humanus). Pediculus h. h., i.e. the human body louse, was chosen as a model organism for head lice due to the high degree of anatomical resemblance of the two and the possibility to rear Pediculus h. h. under laboratory conditions. The effectiveness of a direct discharge applied to human body lice and there eggs was studied, showing the high potential of such discharges for the treatment of human parasites. A risk assessment of a device producing such a plasma discharge is presented, demonstrating its possible risk-free application for pediculosis treatment on a human head. The effect of the generated plasma on the main hair material was studied successively. Here surface analytical methods like XPS, FTIR, SNOM and REM where used to interpret the degree of alteration of the hair material after typical treatment intervals. Furthermore, first investigations concerning the mode of action of a direct discharge on Pediculus h. h. are presented using analytical methods like Light Microscopy, OCT and SPIM. Using an artificial membrane feeding technique a laser active dye was introduced into living organisms, giving the opportunity to use the SPIM technique for the investigation of possible plasma induced damage inside the treated organism. As an alternative to the application of a direct discharge for pest treatment the production of plasma activated liquids was investigated concerning its effectiveness against mealybugs (Planococcus citri) and black bean aphids (Aphis fabae). Besides the effect of cold atmospheric pressure plasma on the pest itself, the effect of cold atmospheric pressure plasma on toxic residues like produced by different fungi was investigated, too. The presented study was concerned with the investigation of the impact of the chemical structure of the mycotoxins on the degradation rate. Furthermore, a different study was concerned with the investigation of the impact that a natural matrix material, in which these mycotoxins are often embedded when produced naturally, is having on plasma induced degradation rates. These effects come to play e.g. when aiming at designing a study on plasma based mycotoxin degradation in vitro, where often the way of an artificial contamination of samples is used. It shows, that surface degradation rates could significantly differ from degradation rates of the same mycotoxin embedded in a matrix material.

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ten Bosch, Lars: Physikalische Studien zu den Anwendungspotentialen kalter Atmosphärendruckplasmen im Bereich der Schädlingsbekämpfung. Clausthal-Zellerfeld 2021. TU Clausthal.

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