Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. Siz məhdud CSS dəstəyi ilə brauzer versiyasından istifadə edirsiniz. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün). Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan göstəririk.
Bu yaxınlarda süni su nanostrukturlarından (EWNS) istifadə edərək nanotexnologiyaya əsaslanan kimyəvi maddələrsiz antimikrob platforması hazırlanmışdır. EWNS yüksək səth yükünə malikdir və qida patogenləri də daxil olmaqla bir sıra mikroorqanizmlərlə qarşılıqlı əlaqədə ola bilən və onları təsirsiz hala gətirə bilən reaktiv oksigen növləri (ROS) ilə zəngindir. Burada göstərilir ki, onların sintez zamanı xassələri onların antibakterial potensialını daha da artırmaq üçün incə sazlana və optimallaşdırıla bilər. EWNS laboratoriya platforması sintez parametrlərini dəyişdirərək EWNS xassələrini dəqiq tənzimləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. EWNS xassələrinin (yük, ölçü və ROS məzmunu) səciyyələndirilməsi müasir analitik metodlardan istifadə etməklə həyata keçirilmişdir. Bundan əlavə, mikrob inaktivasiya potensialını qiymətləndirmək üçün üzvi üzüm pomidorlarının səthinə Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum və Saccharomyces cerevisiae kimi qida mikroorqanizmləri aşılanmışdır. Burada təqdim olunan nəticələr nümayiş etdirir ki, EWNS xassələri sintez zamanı dəqiq tənzimlənə bilər, nəticədə inaktivasiya səmərəliliyinin eksponensial artmasına səbəb olur. Xüsusilə, səth yükü dörd dəfə artdı və ROS tərkibi artdı. Mikrobların xaric olma sürəti mikrobdan asılı idi və 40,000 #/sm3 EWNS aerozol dozasına 45 dəqiqə məruz qaldıqdan sonra 1,0 ilə 3,8 log arasında dəyişdi.
Mikroblarla çirklənmə patogenlərin və ya onların toksinlərinin qəbulu nəticəsində yaranan qida yoluxucu xəstəliklərin əsas səbəbidir. Təkcə ABŞ-da hər il təxminən 76 milyon xəstəliyə, 325 000 xəstəxanaya yerləşdirilməyə və 5 000 ölümə səbəb qida qaynaqlı xəstəliklərdir1. Bundan əlavə, Birləşmiş Ştatların Kənd Təsərrüfatı Departamenti (USDA) hesab edir ki, təzə məhsul istehlakının artması Birləşmiş Ştatlarda bildirilən bütün qida yoluxucu xəstəliklərin 48 faizindən məsuldur2. Birləşmiş Ştatlarda qida ilə yoluxan patogenlər nəticəsində yaranan xəstəlik və ölümün dəyəri çox yüksəkdir, Xəstəliklərə Nəzarət və Qarşısının Alınması Mərkəzləri (CDC) tərəfindən ildə 15,6 milyard ABŞ dollarından çox qiymətləndirilir3.
Hal-hazırda, qida təhlükəsizliyini təmin etmək üçün kimyəvi4, radiasiya5 və termal6 antimikrobiyal müdaxilələr təzə məhsulun çarpaz çirklənməyə məruz qalması üçün davamlı olaraq deyil, istehsal zəncirindəki məhdud kritik nəzarət nöqtələrində (CCP) həyata keçirilir (adətən məhsul yığımından sonra və/və ya qablaşdırma zamanı) təsərrüfatdan masaya davamlılıq. Daha az təsir və xərc.
Bu yaxınlarda süni su nanostrukturlarından (EWNS) istifadə edərək səthlərdə və havada bakteriyaları təsirsiz hala gətirmək üçün nanotexnologiyaya əsaslanan kimyəvi tərkibli antimikrobiyal platforma hazırlanıb. EVNS sintezi üçün iki paralel prosesdən istifadə edilmişdir: elektrosprey və suyun ionlaşması (şəkil 1a). EWNS əvvəllər unikal fiziki və bioloji xassələrə malik olduğu göstərilmişdir8,9,10. EWNS hər strukturda orta hesabla 10 elektron və orta nanometr ölçüsü 25 nm (şək. 1b,c)8,9,10. Bundan əlavə, elektron spin rezonansı (ESR) göstərdi ki, EWNS-də çoxlu miqdarda reaktiv oksigen növləri (ROS), əsasən hidroksil (OH•) və superoksid (O2-) radikalları var (Şəkil 1c) 8 . EWNS uzun müddət havada qaldı və havada asılı vəziyyətdə olan və səthlərdə mövcud olan mikroblarla toqquşaraq onların ROS yükünü çatdıra və mikrob inaktivasiyasına səbəb ola bilər (Şəkil 1d). Bu əvvəlki tədqiqatlar həmçinin göstərdi ki, EWNS səthlərdə və havada mikobakteriyalar da daxil olmaqla, ictimai sağlamlıq üçün əhəmiyyət kəsb edən müxtəlif qram-mənfi və qram-müsbət bakteriyalarla qarşılıqlı əlaqədə ola və təsirsiz hala gətirə bilər8,9. Transmissiya elektron mikroskopiyası göstərdi ki, inaktivasiya hüceyrə membranının pozulması nəticəsində baş verib. Bundan əlavə, kəskin inhalyasiya tədqiqatları göstərmişdir ki, EWNS-nin yüksək dozaları ağciyərlərin zədələnməsinə və ya iltihabına səbəb olmur8.
(a) Elektrosprey, tərkibində maye olan kapilyar və əks elektrod arasında yüksək gərginlik tətbiq edildikdə baş verir. (b) Yüksək gərginliyin tətbiqi iki fərqli hadisə ilə nəticələnir: (i) suyun elektrospreylənməsi və (ii) EWNS-də sıxışan reaktiv oksigen növlərinin (ionlarının) yaranması. (c) EWNS-in unikal strukturu. (d) EWNS nanoölçülü təbiətinə görə yüksək mobildir və havadan gələn patogenlərlə qarşılıqlı əlaqədə ola bilir.
EWNS antimikrob platformasının təzə qidanın səthində qida mikroorqanizmlərini təsirsiz hala gətirmək qabiliyyəti də bu yaxınlarda nümayiş etdirilmişdir. Həmçinin göstərilmişdir ki, EWNS səthi yükü məqsədli çatdırılma üçün elektrik sahəsi ilə birlikdə istifadə edilə bilər. Daha da əhəmiyyətlisi, E. coli və Listeria kimi müxtəlif qida mikroorqanizmlərinə qarşı üzvi pomidor aktivliyinin təxminən 1,4 log azalmasının perspektivli ilkin nəticəsi təxminən 50,000#/sm311 konsentrasiyada EWNS-ə məruz qaldıqdan sonra 90 dəqiqə ərzində müşahidə edilmişdir. Bundan əlavə, ilkin orqanoleptik qiymətləndirmə testləri nəzarət pomidoru ilə müqayisədə heç bir orqanoleptik təsir göstərməmişdir. Baxmayaraq ki, bu ilkin inaktivasiya nəticələri 50,000#/cc çox aşağı EWNS dozalarında belə qida təhlükəsizliyi vəd edir. bax, aydındır ki, daha yüksək inaktivasiya potensialı infeksiya və xarab olma riskini daha da azaltmaq üçün daha faydalı olardı.
Burada biz tədqiqatlarımızı sintez parametrlərini dəqiq tənzimləmək və onların antibakterial potensialını artırmaq üçün EWNS-nin fiziki-kimyəvi xassələrini optimallaşdırmaq üçün EWNS generasiya platformasının inkişafına yönəldəcəyik. Xüsusilə, optimallaşdırma onların səth yükünü (məqsədli çatdırılmanı yaxşılaşdırmaq üçün) və ROS məzmununu (aktivləşdirmənin səmərəliliyini artırmaq üçün) artırmağa yönəlmişdir. Müasir analitik metodlardan istifadə etməklə və E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae və M. parafortuitum kimi ümumi qida mikroorqanizmlərindən istifadə etməklə optimallaşdırılmış fiziki-kimyəvi xassələrin (ölçüsü, yükü və ROS tərkibi) səciyyələndirilməsi.
EVNS yüksək təmizlikdə suyun (18 MΩ sm–1) eyni vaxtda elektrospreyləmə və ionlaşdırılması yolu ilə sintez edilmişdir. Elektrik atomizatoru 12 adətən mayeləri və sintetik polimer və keramika hissəciklərini 13 və idarə olunan ölçülü lifləri 14 atomize etmək üçün istifadə olunur.
Əvvəlki nəşrlərdə 8, 9, 10, 11-də ətraflı göstərildiyi kimi, tipik bir təcrübədə metal kapilyar və torpaqlanmış əks elektrod arasında yüksək gərginlik tətbiq olunur. Bu proses zamanı iki fərqli hadisə baş verir: 1) elektrosprey və 2) suyun ionlaşması. İki elektrod arasında güclü elektrik sahəsi kondensasiya olunmuş suyun səthində mənfi yüklərin yığılmasına səbəb olur və nəticədə Teylor konusları əmələ gəlir. Nəticədə, Rayleigh nəzəriyyəsinə görə, daha kiçik hissəciklərə parçalanmağa davam edən yüksək yüklü su damcıları əmələ gəlir16. Eyni zamanda, güclü elektrik sahəsi bəzi su molekullarının parçalanmasına və elektronların ayrılmasına (ionlaşma) səbəb olur və bununla da böyük miqdarda reaktiv oksigen növləri (ROS) əmələ gətirir17. Eyni zamanda yaradılan ROS18 paketləri EWNS-də kapsullaşdırılıb (Şəkil 1c).
Əncirdə. Şəkil 2a bu tədqiqatda EWNS sintezində işlənib hazırlanmış və istifadə olunan EWNS generasiya sistemini göstərir. Bağlı şüşədə saxlanılan təmizlənmiş su Teflon boru (2 mm daxili diametr) vasitəsilə 30G paslanmayan polad iynəyə (metal kapilyar) verildi. Şəkil 2b-də göstərildiyi kimi, su axını şüşə içərisindəki hava təzyiqi ilə idarə olunur. İğne, əks elektroddan müəyyən bir məsafədə əl ilə tənzimlənə bilən Teflon konsoluna əlavə olunur. Əks elektrod nümunə götürmək üçün ortasında deşik olan cilalanmış alüminium diskdir. Sayğac elektrodunun altında nümunə götürmə portu vasitəsilə eksperimental quraşdırmanın qalan hissəsinə qoşulan alüminium nümunə götürmə hunisi var (Şəkil 2b). Bütün nümunə götürən komponentlər hissəcik nümunəsini pisləşdirə biləcək yük yığılmasının qarşısını almaq üçün elektriklə əsaslandırılmışdır.
(a) Mühəndis Su Nanostruktur Yaratma Sistemi (EWNS). (b) Ən vacib parametrləri göstərən nümunə götürən və elektrosprey qurğusunun kəsişməsi. (c) Bakteriyaların inaktivasiyası üçün eksperimental quraşdırma.
Yuxarıda təsvir edilən EWNS generasiya sistemi EWNS xassələrinin dəqiq tənzimlənməsini asanlaşdırmaq üçün əsas əməliyyat parametrlərini dəyişməyə qadirdir. EWNS xüsusiyyətlərini dəqiq tənzimləmək üçün tətbiq olunan gərginliyi (V), iynə ilə əks elektrod (L) arasındakı məsafəni və kapilyar vasitəsilə su axınını (φ) tənzimləyin. [V (kV), L (sm)] simvolları müxtəlif birləşmələri ifadə etmək üçün istifadə olunur. Müəyyən bir dəstin [V, L] sabit Taylor konusunu əldə etmək üçün su axını tənzimləyin. Bu tədqiqatın məqsədləri üçün əks elektrodun (D) diafraqması 0,5 düym (1,29 sm) olaraq təyin edilmişdir.
Məhdud həndəsə və asimmetriya səbəbindən elektrik sahəsinin gücünü birinci prinsiplərdən hesablamaq mümkün deyil. Bunun əvəzinə, elektrik sahəsini hesablamaq üçün QuickField™ proqram təminatından (Svendborg, Danimarka)19 istifadə edilmişdir. Elektrik sahəsi vahid deyil, ona görə də kapilyarın ucundakı elektrik sahəsinin dəyəri müxtəlif konfiqurasiyalar üçün istinad dəyəri kimi istifadə edilmişdir.
Tədqiqat zamanı iynə ilə əks elektrod arasındakı gərginliyin və məsafənin bir neçə kombinasiyası Taylor konusunun formalaşması, Taylor konusunun sabitliyi, EWNS istehsal sabitliyi və təkrar istehsal baxımından qiymətləndirilmişdir. Müxtəlif birləşmələr Əlavə Cədvəl S1-də göstərilmişdir.
EWNS generasiya sisteminin çıxışı hissəciklərin sayı konsentrasiyasını ölçmək üçün birbaşa Skanlanan Mobillik Hissəcik Ölçerinə (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) qoşulmuş və Faraday aerozol elektrometri (TSI, model 3068B, Shoreview, ABŞ) ilə istifadə edilmişdir. MN) əvvəlki nəşrimizdə təsvir edildiyi kimi, aerozol axınlarını ölçmək üçün. Həm SMPS, həm də aerozol elektrometri 0,5 L/dəq axın sürətində nümunə götürdü (ümumi nümunə axını 1 L/dəq). Hissəciklərin konsentrasiyası və aerozol axını 120 saniyə ərzində ölçüldü. Ölçməni 30 dəfə təkrarlayın. Ümumi aerozol yükü cari ölçmələrdən hesablanır və orta EWNS yükü nümunə götürülmüş EWNS hissəciklərinin ümumi sayından hesablanır. EWNS-nin orta dəyəri tənlik (1) ilə hesablana bilər:
burada IEl ölçülən cərəyandır, NSMPS SMPS ilə ölçülən say konsentrasiyasıdır və φEl ​​elektrometrə axın sürətidir.
Nisbi rütubət (RH) səth yükünə təsir etdiyindən, təcrübə zamanı temperatur və (RH) müvafiq olaraq 21°C və 45% sabit saxlanılmışdır.
EWNS ölçüsünü və ömrünü ölçmək üçün atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) və AC260T zondundan (Olympus, Tokio, Yaponiya) istifadə edilmişdir. AFM tarama sürəti 1 Hz və tarama sahəsi 256 skan xətti ilə 5 µm × 5 µm-dir. Bütün təsvirlər Asylum proqram təminatından (100 nm diapazonu və 100 pm həddi olan maska) istifadə edərək birinci dərəcəli şəkillərin düzülməsinə məruz qalıb.
Nümunə götürmə hunisini çıxarın və slyuda səthini orta hesabla 120 s müddətində əks elektroddan 2,0 sm məsafədə yerləşdirin ki, hissəciklərin birləşməsindən və slyuda səthində qeyri-müntəzəm damcıların əmələ gəlməsinin qarşısını almaq lazımdır. EWNS birbaşa təzə kəsilmiş mika səthlərinə tətbiq edilmişdir (Ted Pella, Redding, CA). Püskürtmədən dərhal sonra slyuda səthi AFM istifadə edərək görüntüləndi. Təzə kəsilmiş dəyişdirilməmiş slyuda səthinin təmas bucağı 0°-yə yaxındır, ona görə də EWNS slyuda səthi üzərində qübbəli formada yayılır20. Diffuziya edən damcıların diametri (a) və hündürlüyü (h) birbaşa AFM topoqrafiyasından ölçüldü və əvvəllər təsdiq edilmiş metodumuzdan istifadə edərək qübbəli diffuziya həcmi EWNS hesablanması üçün istifadə edildi8. Bortda olan EVNS-nin eyni həcmə malik olduğunu fərz etsək, ekvivalent diametr (2) tənliyindən hesablana bilər:
Əvvəllər hazırlanmış metodumuza uyğun olaraq, EWNS-də qısamüddətli radikal aralıq maddələrin mövcudluğunu aşkar etmək üçün elektron spin rezonans (ESR) spin tələsindən istifadə edilmişdir. Aerozollar 235 mM DEPMPO (5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirrolin-N-oksid) olan məhluldan keçirildi (Oxis International Inc., Portland, Oreqon). Bütün EPR ölçmələri Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) və düz hüceyrə massivlərindən istifadə etməklə həyata keçirilmişdir. Məlumatların toplanması və təhlili üçün Acquisit proqram təminatından (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) istifadə edilmişdir. ROS xarakteristikası yalnız bir sıra iş şəraiti [-6,5 kV, 4,0 sm] üçün yerinə yetirilmişdir. EWNS konsentrasiyaları təsiredicidə EWNS itkisi nəzərə alındıqdan sonra SMPS istifadə edərək ölçüldü.
Ozon səviyyələri 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 istifadə edərək monitorinq edildi.
Bütün EWNS xassələri üçün ölçmə dəyəri ölçmələrin orta dəyəridir və ölçmə xətası standart sapmadır. Optimallaşdırılmış EWNS atributunun dəyərini əsas EWNS-nin müvafiq dəyəri ilə müqayisə etmək üçün t-testi aparıldı.
Şəkil 2c, EWNS11-i səthlərə hədəfləmək üçün istifadə oluna bilən əvvəllər işlənmiş və xarakterizə edilmiş Elektrostatik Yağıntı Keçid Sistemini (EPES) göstərir. EPES, birbaşa hədəfin səthinə “nöqteyi-nəzər yetirmək” üçün güclü elektrik sahəsi ilə birlikdə EWNS yükündən istifadə edir. EPES sisteminin təfərrüatları Pyrgiotakis et al.11 tərəfindən son nəşrdə təqdim olunur. Beləliklə, EPES ortada 15,24 sm məsafədə iki paralel paslanmayan poladdan (304 paslanmayan polad, güzgü cilalanmış) metal lövhələrdən ibarət konik ucları olan 3D çap edilmiş PVC kameradan ibarətdir. Lövhələr xarici yüksək gərginlik mənbəyinə (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) qoşulmuşdu, alt lövhə həmişə müsbət idi və üst lövhə həmişə torpaqlanmışdır (üzən). Kameranın divarları hissəcik itkisinin qarşısını almaq üçün elektriklə əsaslanan alüminium folqa ilə örtülmüşdür. Kameranın möhürlənmiş ön yükləmə qapısı var ki, bu da sınaq səthlərini yüksək gərginlikli müdaxilənin qarşısını almaq üçün onları alt metal lövhədən qaldıraraq plastik rəflərə yerləşdirməyə imkan verir.
EWNS-nin EPES-də çökdürmə səmərəliliyi Əlavə Şəkil S111-də ətraflı təsvir edilmiş əvvəllər hazırlanmış protokola uyğun olaraq hesablanmışdır.
İdarəetmə kamerası olaraq, silindrik kameradan keçən ikinci axın EWNS-ni çıxarmaq üçün aralıq HEPA filtrindən istifadə edərək EPES sistemi ilə ardıcıl olaraq birləşdirilir. Şəkildə göstərildiyi kimi. Şəkil 2c, EWNS aerosolu ardıcıl olaraq birləşdirilmiş iki kamera vasitəsilə vuruldu. İdarəetmə otağı ilə EPES arasındakı filtr eyni temperatur (T), nisbi rütubət (RH) və ozon səviyyələri ilə nəticələnən hər hansı qalan EWNS-ni aradan qaldırır.
Əhəmiyyətli qida mikroorqanizmlərinin nəcis göstəricisi olan Escherichia coli (ATCC #27325), patogen Listeria monocytogeninə alternativ olan qida patogeni Salmonella enterica (ATCC #53647), Listeria innocua (ATCC #33090) kimi təzə məhsulları çirkləndirdiyi aşkar edilmişdir. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) xarab mayasına alternativ olaraq və daha davamlı canlı bakteriya kimi Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ATCC-dən (Manassas, Virginia) alınmışdır.
Yerli bazarınızdan təsadüfi olaraq qutular üzvi üzüm pomidoru alın və istifadə olunana qədər (3 günə qədər) 4°C-də soyuducuda saxlayın. Təxminən 1/2 düym diametrli bir ölçü ilə sınaqdan keçirmək üçün pomidorları seçin.
İnkubasiya, peyvənd, ekspozisiya və koloniyaların sayılması üçün protokollar əvvəlki nəşrlərimizdə təfərrüatlı şəkildə verilmiş və Əlavə Məlumat 11-də ətraflı izah edilmişdir. EWNS performansı 45 dəqiqə ərzində 40,000 #/sm3-ə aşılanmış pomidorlara məruz qalmaqla qiymətləndirilmişdir. Qısaca olaraq, t = 0 dəq zamanında sağ qalan mikroorqanizmləri qiymətləndirmək üçün üç pomidor istifadə edilmişdir. Üç pomidor EPES-ə yerləşdirildi və 40,000 #/cc (EWNS məruz qalmış pomidor) ilə EWNS-ə məruz qaldı, digər üç pomidor isə nəzarət kamerasına (nəzarət pomidorları) yerləşdirildi. Pomidor qruplarının heç biri əlavə emala məruz qalmamışdır. EWNS təsirini qiymətləndirmək üçün 45 dəqiqədən sonra EWNS-ə məruz qalmış pomidorlar və nəzarətlər çıxarıldı.
Hər bir təcrübə üç nüsxədə aparıldı. Məlumatların təhlili Əlavə Məlumatda təsvir olunan protokola uyğun olaraq həyata keçirilib.
E. coli, Enterobacter və L. innocua bakterial nümunələri EWNS-ə (45 dəq, EWNS aerozol konsentrasiyası 40,000 #/sm3) məruz qalmış və məruz qalmamış inaktivasiya mexanizmlərini qiymətləndirmək üçün qranullaşdırılmışdır. Çöküntü otaq temperaturunda 0,1 M natrium kakodilat məhlulunda (pH 7,4) 2,5% qlutaraldehid, 1,25% paraformaldehid və 0,03% pikrik turşusu fiksatoru ilə 2 saat müddətində fiksasiya edilmişdir. Yuyulduqdan sonra onlar 1% osmium tetroksid (OsO4)/1,5% kalium ferrosianid (KFeCN6) ilə 2 saat sabitlənmiş, 3 dəfə su ilə yuyulmuş və 1% uranil asetatda 1 saat inkubasiya edilmiş, sonra iki dəfə su ilə yuyulmuşdur. Sonrakı susuzlaşdırma 50%, 70%, 90%, 100% spirtdən hər biri 10 dəqiqə. Sonra nümunələr 1 saat ərzində propilen oksidə yerləşdirildi və 1:1 nisbətində propilen oksid və TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) qarışığı ilə hopduruldu. Nümunələr TAAB Epon-a daxil edilmiş və 48 saat ərzində 60°C-də polimerləşdirilmişdir. Qurudulmuş dənəvər qatran, AMT 2k CCD kamera ilə təchiz edilmiş adi ötürücü elektron mikroskopu olan JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Yaponiya) istifadə edərək TEM tərəfindən kəsilmiş və vizuallaşdırılmışdır (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, ABŞ).
Bütün təcrübələr üç nüsxədə aparıldı. Hər bir zaman nöqtəsi üçün bakterial yuyulmalar üç nüsxə ilə örtülmüşdür, nəticədə hər nöqtədə cəmi doqquz məlumat nöqtəsi əldə edilmişdir ki, bunun da orta göstəricisi həmin orqanizm üçün bakterial konsentrasiya kimi istifadə edilmişdir. Ölçmə xətası kimi standart sapma istifadə edilmişdir. Bütün xallar sayılır.
Bakteriyaların konsentrasiyasının t = 0 dəq ilə müqayisədə azalmasının loqarifmi aşağıdakı düsturla hesablanmışdır:
burada C0 nəzarət nümunəsində 0 vaxtda (yəni səth quruduqdan sonra, lakin kameraya yerləşdirilməzdən əvvəl) bakteriyaların konsentrasiyasıdır və Cn isə n dəqiqə məruz qaldıqdan sonra səthdə bakteriyaların konsentrasiyasıdır.
45 dəqiqəlik məruz qalma müddəti ərzində bakteriyaların təbii deqradasiyasını nəzərə almaq üçün Log-Reduction da 45 dəqiqəlik nəzarətlə müqayisədə aşağıdakı kimi hesablanmışdır:
Burada Cn n vaxtında nəzarət nümunəsindəki bakteriyaların konsentrasiyasıdır və Cn-Control n vaxtında nəzarət bakteriyasının konsentrasiyasıdır. Məlumatlar nəzarətlə müqayisədə jurnalın azalması kimi təqdim olunur (EWNS məruz qalması yoxdur).
Tədqiqat zamanı iynə ilə əks elektrod arasındakı gərginliyin və məsafənin bir neçə kombinasiyası Taylor konusunun formalaşması, Taylor konusunun sabitliyi, EWNS istehsal sabitliyi və təkrar istehsal baxımından qiymətləndirilmişdir. Müxtəlif birləşmələr Əlavə Cədvəl S1-də göstərilmişdir. Stabil və təkrarlana bilən xassələri (Taylor konus, EWNS istehsalı və zamanla sabitlik) göstərən tam tədqiqat üçün iki hal seçilmişdir. Əncirdə. Şəkil 3 iki hal üçün ROS-un yükü, ölçüsü və məzmunu ilə bağlı nəticələri göstərir. Nəticələr həmçinin Cədvəl 1-də ümumiləşdirilmişdir. Arayış üçün Şəkil 3 və Cədvəl 1-ə əvvəllər sintez edilmiş optimallaşdırılmamış EWNS8, 9, 10, 11 (əsas-EWNS) xassələri daxildir. İki quyruqlu t-testindən istifadə edərək statistik əhəmiyyət hesablamaları Əlavə Cədvəl S2-də yenidən dərc edilmişdir. Bundan əlavə, əlavə məlumatlara əks elektrod nümunə götürmə çuxurunun diametrinin (D) və torpaq elektrodu ilə iynənin ucu (L) arasındakı məsafənin təsiri ilə bağlı tədqiqatlar daxildir (Əlavə Şəkillər S2 və S3).
(a–c) AFM ölçüsünün paylanması. (d – f) Səth yükünün xarakteristikası. (g) ROS və ESR-nin xarakteristikası.
Onu da qeyd etmək lazımdır ki, yuxarıda göstərilən bütün şərtlər üçün ölçülən ionlaşma cərəyanları 2-6 µA diapazonunda, gərginliklər isə -3,8 ilə -6,5 kV diapazonunda olub, nəticədə bu tək terminallı EWNS üçün 50 mVt-dan az enerji sərfiyyatı yaranıb. . nəsil modulu. EWNS yüksək təzyiq altında sintez edilsə də, ozon səviyyələri çox aşağı idi və heç vaxt 60 ppb-dən çox deyildi.
Əlavə Şəkil S4 müvafiq olaraq [-6,5 kV, 4,0 sm] və [-3,8 kV, 0,5 sm] ssenariləri üçün simulyasiya edilmiş elektrik sahələrini göstərir. [-6,5 kV, 4,0 sm] və [-3,8 kV, 0,5 sm] ssenarilərinə uyğun olaraq sahələr müvafiq olaraq 2 × 105 V/m və 4,7 × 105 V/m kimi hesablanır. Bu, gözlənilməlidir, çünki ikinci halda gərginliyin məsafəyə nisbəti daha yüksəkdir.
Əncirdə. 3a, b AFM8 ilə ölçülmüş EWNS diametrini göstərir. [-6,5 kV, 4,0 sm] və [-3,8 kV, 0,5 sm] ssenariləri üçün orta EWNS diametrləri müvafiq olaraq 27 nm və 19 nm olaraq hesablanmışdır. [-6,5 kV, 4,0 sm] və [-3,8 kV, 0,5 sm] hallar üçün paylanmaların həndəsi standart kənarlaşmaları müvafiq olaraq 1,41 və 1,45-dir, bu da dar ölçülü paylanmanı göstərir. Həm orta ölçü, həm də həndəsi standart sapma, müvafiq olaraq, 25 nm və 1,41 olmaqla, baza-EWNS-ə çox yaxındır. Əncirdə. 3c eyni şərtlərdə eyni metoddan istifadə etməklə ölçülən baza EWNS-nin ölçü paylanmasını göstərir.
Əncirdə. 3d,e yük xarakteristikasının nəticələrini göstərir. Məlumatlar konsentrasiyanın (#/cm3) və cərəyanın (I) eyni vaxtda 30 ölçülməsinin orta ölçüləridir. Təhlil göstərir ki, EWNS-də orta yük [-6,5 kV, 4,0 sm] və [-3,8 kV, 0,5 sm] üçün müvafiq olaraq 22 ± 6 e- və 44 ± 6 e- təşkil edir. Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) ilə müqayisədə onların səth yükü [-6,5 kV, 4,0 sm] ssenaridən iki dəfə və [-3 ,8 kV, 0,5 sm] ssenaridən dörd dəfə olmaqla xeyli yüksəkdir. 3f əsas EWNS ödəniş məlumatlarını göstərir.
EWNS nömrə konsentrasiyası xəritələrindən (Əlavə Şəkillər S5 və S6) görünə bilər ki, [-6,5 kV, 4,0 sm] səhnədə [-3,8 kV, 0,5 sm] səhnədən xeyli çox hissəciklər var. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, EWNS sayı konsentrasiyaları 4 saata qədər monitorinq edildi (Əlavə Şəkillər S5 və S6), burada EWNS generasiya sabitliyi hər iki halda hissəcik sayı konsentrasiyalarının eyni səviyyələrini göstərdi.
Şəkil 3g [-6,5 kV, 4,0 sm]-də optimallaşdırılmış EWNS üçün nəzarət (fon) çıxıldıqdan sonra EPR spektrini göstərir. ROS spektri həmçinin əvvəllər dərc olunmuş məqalədə EWNS bazası ilə müqayisə edilir. Spin tələsi ilə reaksiya verən EWNS-nin hesablanmış sayı 7.5 × 104 EWNS/s təşkil edir ki, bu da əvvəllər dərc edilmiş Baseline-EWNS8-ə bənzəyir. EPR spektrləri aydın şəkildə iki növ ROS-un mövcudluğunu göstərdi, burada O2-nin üstünlük təşkil etdiyi halda, OH• daha az miqdarda mövcud idi. Bundan əlavə, pik intensivliklərin birbaşa müqayisəsi göstərdi ki, optimallaşdırılmış EWNS əsas EWNS ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə yüksək ROS məzmununa malikdir.
Əncirdə. Şəkil 4 EPES-də EWNS-nin çökdürmə səmərəliliyini göstərir. Məlumatlar həmçinin Cədvəl I-də ümumiləşdirilmiş və orijinal EWNS məlumatları ilə müqayisə edilmişdir. Hər iki EUNS halı üçün 3,0 kV-lik aşağı gərginlikdə belə çökmə 100%-ə yaxın olmuşdur. Tipik olaraq, səth yükünün dəyişməsindən asılı olmayaraq 100% çökmə əldə etmək üçün 3,0 kV kifayətdir. Eyni şərtlərdə, Baseline-EWNS-nin çökmə səmərəliliyi aşağı yükə görə cəmi 56% təşkil etmişdir (Hər EWNS üçün orta hesabla 10 elektron).
Şəkil 5 və Cədvəl 2 optimal ssenari [-6.5 kV, 4.0 sm] altında 45 dəqiqə ərzində təxminən 40.000 #/sm3 EWNS-ə məruz qaldıqdan sonra pomidorun səthinə aşılanmış mikroorqanizmlərin inaktivasiya dərəcəsini ümumiləşdirir. Peyvənd edilmiş E. coli və L. innocua 45 dəqiqə məruz qaldıqdan sonra 3,8 log əhəmiyyətli dərəcədə azalma göstərdi. Eyni şəraitdə S. enterica 2,2 log, S. cerevisiae və M. parafortuitum isə 1,0 log azalma göstərmişdir.
E. coli, Salmonella enterica və L. innocua hüceyrələrində EWNS tərəfindən induksiya edilmiş fiziki dəyişiklikləri əks etdirən elektron mikroqrafiklər (Şəkil 6). Nəzarət bakteriyaları bütöv hüceyrə membranlarını göstərdi, məruz qalan bakteriyalar isə xarici membranları zədələdi.
Nəzarət və məruz qalmış bakteriyaların elektron mikroskopik təsviri membranın zədələnməsini aşkar etdi.
Optimallaşdırılmış EWNS-nin fiziki-kimyəvi xassələri ilə bağlı məlumatlar toplu şəkildə göstərir ki, EWNS xassələri (səth yükü və ROS məzmunu) əvvəllər dərc edilmiş EWNS-in ilkin məlumatları ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşmışdır8,9,10,11. Digər tərəfdən, onların ölçüləri nanometr diapazonunda qaldı ki, bu da əvvəllər dərc edilmiş nəticələrə çox bənzəyir və onlara uzun müddət havada qalmağa imkan verir. Müşahidə olunan polidispersiyanı səth yükünün dəyişməsi ilə izah etmək olar ki, bu da Rayleigh effektinin miqyasını, təsadüfiliyi və EWNS-nin potensial birləşməsini müəyyən edir. Bununla belə, Nielsen et al.22 tərəfindən təfərrüatlandırıldığı kimi, yüksək səth yükü su damcısının səth enerjisini/gərginliyini effektiv şəkildə artıraraq buxarlanmanı azaldır. Bu nəzəriyyə əvvəlki nəşrimizdə8 mikrodamlalar22 və EWNS üçün eksperimental olaraq təsdiq edilmişdir. Əlavə iş vaxtının itirilməsi də ölçüyə təsir edə bilər və müşahidə olunan ölçü bölgüsünə kömək edə bilər.
Bundan əlavə, hər strukturun yükü, şəraitdən asılı olaraq təxminən 22-44 e- təşkil edir ki, bu da hər strukturda orta hesabla 10 ± 2 elektron yükü olan əsas EWNS ilə müqayisədə xeyli yüksəkdir. Bununla belə, qeyd etmək lazımdır ki, bu, EWNS-nin orta ödənişidir. Seto və başqaları. Göstərilmişdir ki, yük vahid deyil və log-normal paylanmaya əməl edir21. Əvvəlki işimizlə müqayisədə, səth yükünün iki dəfə artırılması EPES sistemində çökmə səmərəliliyini iki dəfə artırır, demək olar ki, 100%11.