Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 73-93.

In order to maximize food shelf life, scientists aim to discover alternative ways to preserve food from disease-causing bacteria instead of using traditional methods such as pasteurization of liquids or fruit juices, or thermal methods or using antibiotics. Staphylococcus aureus (S. aureus) is cause many infectious and inflammatory diseases, skin infections, pneumonia, abscesses, osteomyelitis, and food poisoning. This work attempted to reduce bacterial activity and growth characteristics of S. aureus using nanoparticles (graphene @ magnetite nanocomposite, iron oxide nanoparticles and silver nanoparticles) and extremely low frequency electric fields (ELF-EF). The current study sought to identify the specific frequency of ELF-EF that results in microbial cell growth inhibition as well as to study the combined effect of ELF-EF with NPs.
Fresh bacterial suspensions of S. aureus were used to create the prepared samples, which were evenly divided into groups. Control group, 13 Groups were exposed to ELF-EF in the frequency range (0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 10, 20 and 30 Hz), respectively, graphene @ magnetite nanocomposite treated group, graphene @ magnetite nanocomposite and the most inhibited electric field frequency (0.8 Hz) treated group, iron oxide NPs treated group, iron oxide NPs exposed to 0.8 Hz treated group, silver NPs treated group. Last group was treated with silver NPs ang 0.8 Hz. The exposure period was 30 minutes. Antibiotic sensitivity testing, dielectric relaxation, and biofilm development for the live microbe were used to evaluate morphological and molecular alterations.
The results showed a significant (p<0.05) inhibition at the frequencies range (0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7,10, 20, & 30Hz) and highly significant inhibition at the frequencies range (0.8, 0.9 and 1Hz) while it is not significant inhibition at frequency (0.1 Hz). Also, the combination of nanoparticles with ELF-EF enhance the bacterial inhibition efficiency. Our results indicate that this bacterial inhibitory effect may be due to structural changes. These morphological changes were supported by the results obtained from the dielectric measurements which indicated the differences in the dielectric increment and electrical conductivity for the treated samples compared with control samples in which a higher electrical conductivity was also linked to lower dielectric loss. This was also confirmed by biofilm formation measurements of the treated samples and their comparison with the control samples in which the value of the Biofilm Mean is lower than the OD cut off value, it means that the biofilm formation has decreased.
From the present results one may conclude that the exposure of S. aureus bacteria to ELF-EF and NPs affected its cellular activity and structure. This technique is nondestructive, safe and fast. It is considered as an aid to reduce the use of antibiotics against bacteria.

من أجل زيادة مدة صلاحية الطعام إلى الحد الأقصى، يهدف العلماء إلى اكتشاف طرق بديلة للحفاظ على الطعام من البكتيريا المسببة للأمراض بدلاً من استخدام الأساليب التقليدية مثل بسترة السوائل أو عصائر الفاكهة أو الطرق الحرارية أو استخدام المضادات الحيوية. المكورات العنقودية الذهبية (المكورات العنقودية الذهبية) هي المسؤولة عن العديد من الأمراض المعدية والالتهابية، والتهابات الجلد، والتهاب الشغاف ، والالتهاب الرئوي ، والخراجات ، والتهاب العظم ، والتسمم الغذائي. حاول هذا العمل تقليل النشاط البكتيري وخصائص نمو S. aureus باستخدام الجسيمات النانوية (الجرافين @ الممغنت النانوي ، الجسيمات النانوية لأكسيد الحديد وجزيئات الفضة النانوية) والمجالات الكهربائية ذات التردد شديد الإنخفاض (ELF-EF). سعت الدراسة الحالية إلى تحديد تردد معين من النبضات الكهربائية شديدة الإنخفاض الذي ينتج عنه تثبيط نمو الخلايا الميكروبية بالإضافة إلى دراسة التأثير المشترك لـ النبضات الكهربائية ذات التردد شديد الإنخفاض مع الجسيمات النانوية.
تم استخدام المحاليل المخففه البكتيرية المتكونه حديثا من S. aureus لإنشاء العينات المحضرة ، والتي تم تقسيمها بالتساوي إلى مجموعات. مجموعة التحكم ، 13 مجموعة تعرضت لـ ELF-EF في نطاق التردد (0.1 ، 0.2 ، 0.3 ، 0.4 ، 0.5 ، 0.6 ، 0.7 ، 0.8 ، 0.9 ، 1 ، 10 ، 20 و 30 هرتز) ، على التوالي ، الجرافين @ الممغنت المجموعة المعالجة ، الجرافين @ المغنتيت النانوي والمجموعة المعالجة بتردد المجال الكهربائي الأكثر تثبيطًا (0.8 هرتز) ، المجموعة المعالجة بأكسيد الحديد NPs ، و مجموعة أكسيد الحديد النانومترى المعرضة ل 0.8 هرتز ، المجموعة المعالجة بـجزيئات الفضة النانوية. وعولجت المجموعة الأخيرة بـجزيئات الفضة النانوية و 0.8 هرتز. كانت فترة التعرض 30 دقيقة. تم استخدام اختبار حساسية المضادات الحيوية ، والاسترخاء العازل الإستقطابي، وتطوير الأغشية الحيوية للميكروب الحي لتقييم التغيرات المورفولوجية والجزيئية.
أظهرت النتائج انخفاضًا واضحا (p <0.05) في نطاق الترددات (0.2 ، 0.3 ، 0.4 ، 0.5 ، 0.6 ، 0.7 ، 10 ، 20 ، 30 هرتز) وانخفاضا شديد الوضوح عند نطاق الترددات (0.8 ، 0.9 و 1 هرتز). . أيضًا ، يعمل الجمع بين الجسيمات النانوية مع ELF-EF على تعزيز كفاءة تثبيط النشاط البكتيري. تشير نتائجنا إلى أن هذا التأثير المثبط للبكتيريا قد يكون بسبب التغيرات الهيكلية. تم دعم هذه التغيرات المورفولوجية من خلال النتائج التي تم الحصول عليها من قياسات العزل التي أشارت إلى الفروق في الزيادة العازلة والتوصيل الكهربائي للعينات المعالجة مقارنة بعينات الأصلية الغير معرضه. تم تأكيد ذلك أيضًا من خلال قياسات تكوين الأغشية الحيوية للعينات المعالجة ومقارنتها مع عينات الأصلية الغير معرضه. من النتائج الحالية يمكن للمرء أن يستنتج أن تعرض بكتيريا S. aureus لـ ELF-EF و جزيئات النانو أثر على نشاطها الخلوي وهيكلها. هذه التقنية غير مدمرة وآمنة وسريعة. يعتبر بمثابة مساعدة لتقليل استخدام المضادات الحيوية ضد البكتيريا

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.