Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, déanfaimid an suíomh a rindreáil gan stíleanna ná JavaScript.
Le déanaí, forbraíodh ardán frithmhiocróbach saor ó cheimiceáin bunaithe ar nanateicneolaíocht ag baint úsáide as nanastruchtúir uisce shaorga (EWNS). Tá muirear dromchla ard ag EWNS agus tá siad sáithithe le speicis ocsaigine imoibríocha (ROS) ar féidir leo idirghníomhú le roinnt miocrorgánach agus iad a dhíghníomhachtú, lena n-áirítear pataiginí bia-iompartha. Taispeántar anseo gur féidir a n-airíonna le linn sintéise a mhionchoigeartú agus a bharrfheabhsú chun a n-acmhainneacht frithbhaictéarach a fheabhsú tuilleadh. Dearadh ardán saotharlainne EWNS chun airíonna EWNS a mhionchoigeartú trí na paraiméadair shintéise a athrú. Saintréithriú airíonna EWNS (muirear, méid agus ábhar ROS) ag baint úsáide as modhanna anailíseacha nua-aimseartha. Ina theannta sin, rinneadh meastóireacht orthu maidir lena n-acmhainneacht díghníomhachtaithe miocróbach i gcoinne miocrorgánach bia-iompartha amhail Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum agus Saccharomyces cerevisiae. Léiríonn na torthaí a chuirtear i láthair anseo gur féidir airíonna EWNS a mhionchoigeartú le linn sintéise, rud a fhágann méadú easpónantúil ar éifeachtúlacht díghníomhachtaithe. Go háirithe, mhéadaigh an muirear dromchla faoi fhachtóir ceithre agus mhéadaigh na speicis ocsaigine imoibríocha. Bhí an ráta bainte miocróbach ag brath ar na miocróib agus bhí sé idir 1.0 agus 3.8 log tar éis nochtadh 45 nóiméad do dháileog aerasóil de 40,000 #/cc EWNS.
Is é éilliú miocróbach príomhchúis tinnis bia-iompartha de bharr ionghabháil pataiginí nó a dtocsainí. Sna Stáit Aontaithe amháin, is cúis le thart ar 76 milliún tinneas, 325,000 ligean isteach san ospidéal, agus 5,000 bás gach bliain tinneas bia-iompartha1. Ina theannta sin, meastar ag Roinn Talmhaíochta na Stát Aontaithe (USDA) go bhfuil méadú ar thomhaltas táirgí úra freagrach as 48% de na tinnis bia-iompartha go léir a tuairiscíodh sna Stáit Aontaithe2. Tá costas galair agus báis de bharr pataiginí bia-iompartha sna Stáit Aontaithe an-ard, agus meastar ag na hIonaid um Rialú agus Cosc Galar (CDC) go bhfuil sé níos mó ná US$15.6 billiún in aghaidh na bliana3.
Faoi láthair, is ag pointí rialaithe criticiúla (CCPanna) teoranta feadh an tslabhra táirgthe (de ghnáth tar éis an fhómhair agus/nó le linn pacáistithe) seachas go leanúnach a dhéantar idirghabhálacha frithmhiocróbacha chun sábháilteacht bia a chinntiú den chuid is mó, seachas ag pointí rialaithe criticiúla teoranta feadh an tslabhra táirgthe. 7. Chun rialú níos fearr a dhéanamh ar ghalair a tharlaíonn trí bhia agus ar mhilleadh bia, teastaíonn idirghabhálacha frithmhiocróbacha ar féidir iad a chur i bhfeidhm ar fud an leanúnachais ón bhfeirm go dtí an bord agus tionchar agus costais chomhshaoil ​​á laghdú ag an am céanna.
Le déanaí, forbraíodh ardán frithmhiocróbach saor ó cheimiceáin, bunaithe ar nanateicneolaíocht, ar féidir leis baictéir dhromchla agus san aer a dhíghníomhachtú ag baint úsáide as nanastruchtúir uisce shaorga (EWNS). Sintéisíodh EWNS ag baint úsáide as dhá phróiseas comhthreomhara, leictrispraeáil agus ianú uisce (Fíor 1a). Léirigh staidéir roimhe seo go bhfuil sraith uathúil airíonna fisiceacha agus bitheolaíocha ag EWNS8,9,10. Tá meán de 10 leictreon in aghaidh an struchtúir ag EWNS agus meánmhéid nanoscála de 25 nm (Fíor 1b,c)8,9,10. Ina theannta sin, léirigh athshondas sníomh leictreon (ESR) go bhfuil méid mór speiceas ocsaigine imoibríoch (ROS) in EWNS, go príomha fréamhacha hiodrocsaile (OH•) agus sárocsaíde (O2-) (Fíor 1c)8. Bíonn EVNS san aer ar feadh i bhfad agus is féidir leis imbhualadh le miocrorgánaigh atá ar fionraí san aer agus atá i láthair ar an dromchla, ag seachadadh a n-ualach ROS agus ag díghníomhachtú miocrorgánach (Fíor 1d). Léirigh na staidéir luatha seo freisin gur féidir le EWNS idirghníomhú le baictéir éagsúla gram-dhiúltacha agus gram-dhearfacha, lena n-áirítear miceabhaictéir, ar dhromchlaí agus san aer agus iad a dhíghníomhachtú. Léirigh micreascópacht leictreon tarchurtha gurbh é cur isteach ar an membrane cille ba chúis leis an díghníomhachtú. Ina theannta sin, léirigh staidéir ar ionanálú géarmhíochaine nach mbíonn damáiste scamhógach ná athlasadh mar thoradh ar dáileoga arda de EWNS 8.
(a) Tarlaíonn leictrispraeáil nuair a chuirtear voltas ard i bhfeidhm idir feadán ribeach ina bhfuil leacht agus leictreoid fhrithpháirteach. (b) Bíonn dhá fheiniméan éagsúla mar thoradh ar chur i bhfeidhm ardbhrú: (i) leictrispraeáil uisce agus (ii) foirmiú speiceas ocsaigine imoibríoch (ian) atá gafa sa EWNS. (c) Struchtúr uathúil EWNS. (d) Mar gheall ar a nádúr nanoscála, tá EWNS an-soghluaiste agus is féidir leo idirghníomhú le pataiginí san aer.
Léiríodh le déanaí freisin an cumas atá ag ardán frithmhiocróbach EWNS chun miocrorgánaigh bhia-iompartha ar dhromchla bia úr a dhíghníomhachtú. Léiríodh freisin gur féidir muirear dromchla EWNS i gcomhar le réimse leictreach a úsáid chun seachadadh spriocdhírithe a bhaint amach. Thairis sin, bhí torthaí réamhthrialacha maidir le trátaí orgánacha tar éis nochtadh 90 nóiméad ag EWNS de thart ar 50,000 #/cm3 spreagúil, agus miocrorgánaigh éagsúla bia-iompartha amhail E. coli agus Listeria 11 breathnaíodh. Ina theannta sin, níor léirigh tástálacha orgánaileipteacha réamhthrialacha aon éifeachtaí céadfacha i gcomparáid le trátaí rialaithe. Cé go bhfuil na torthaí díghníomhachtaithe tosaigh seo spreagúil d'fheidhmchláir sábháilteachta bia fiú ag dáileoga an-íseal EWNS de 50,000 #/cc. féach, is léir go mbeadh acmhainneacht díghníomhachtaithe níos airde níos tairbhiúla chun an riosca ionfhabhtaithe agus milleadh a laghdú tuilleadh.
Anseo, díreoimid ár dtaighde ar fhorbairt ardáin giniúna EWNS chun go mbeifear in ann paraiméadair shintéise a choigeartú agus airíonna fisiciceimiceacha EWNS a bharrfheabhsú chun a n-acmhainneacht fhrithmhiocróbach a fheabhsú. Go háirithe, dhírigh an t-optamú ar a muirear dromchla (chun seachadadh spriocdhírithe a fheabhsú) agus a n-ábhar ROS (chun éifeachtúlacht díghníomhachtaithe a fheabhsú) a mhéadú. Saintréithe fisiciceimiceacha optamaithe (méid, muirear agus ábhar ROS) a dhéanamh trí úsáid a bhaint as modhanna anailíseacha nua-aimseartha agus miocrorgánaigh bia coitianta amhail E. . a úsáid.
Sintéisíodh EVNS trí leictri-spraeáil agus ianú uisce ard-íonachta (18 MΩ cm–1) ag an am céanna. De ghnáth, úsáidtear an néablaitheoir leictreach 12 chun leachtanna a adamhú agus cáithníní polaiméire agus ceirmeacha 13 agus snáithíní 14 de mhéid rialaithe a shintéisiú.
Mar a sonraíodh i bhfoilseacháin roimhe seo 8, 9, 10, 11, i dturgnamh tipiciúil, cuireadh voltas ard i bhfeidhm idir ribeadán miotail agus leictreoid fhrithpháirteach talmhaithe. Le linn an phróisis seo, tarlaíonn dhá fheiniméan éagsúla: i) leictreaspraeáil agus ii) ianú uisce. Fágann réimse leictreach láidir idir an dá leictreoid go dtógann luchtanna diúltacha ar dhromchla an uisce chomhdhlúite, rud a fhágann go bhfoirmítear cóin Taylor. Mar thoradh air sin, cruthaítear braoiníní uisce atá an-luchtaithe, a leanann orthu ag briseadh suas ina gcáithníní níos lú, mar atá i dteoiric Rayleigh16. Ag an am céanna, fágann réimsí leictreacha láidre go scoilteann agus go ndéanann roinnt móilíní uisce leictreoin a bhaint díobh (ianú), rud a fhágann go bhfoirmítear méid mór speiceas ocsaigine imoibríoch (ROS)17. Rinneadh ROS18 a gineadh ag an am céanna a ionchapsú in EWNS (Fíor 1c).
Ar Fíor 2a, taispeántar an córas giniúna EWNS a forbraíodh agus a úsáideadh i sintéis EWNS sa staidéar seo. Beathaíodh uisce íonaithe a stóráladh i mbotella dúnta trí fheadán Teflon (trastomhas istigh 2 mm) isteach i snáthaid cruach dhosmálta 30G (ribíd miotail). Rialaítear sreabhadh an uisce ag an mbrú aeir taobh istigh den bhuidéal, mar a thaispeántar i bhFíor 2b. Tá an tsnáthaid suite ar chonsól Teflon agus is féidir í a choigeartú de láimh go dtí achar áirithe ón leictreoid chuntair. Is diosca alúmanaim snasta é an leictreoid chuntair le poll sa lár le haghaidh samplála. Faoi bhun an leictreoid chuntair tá tonnadóir samplála alúmanaim, atá ceangailte leis an gcuid eile den socrú turgnamhach trí phort samplála (Fíor 2b). Chun carnadh luchta a sheachaint a d'fhéadfadh cur isteach ar oibriú an tsamplóra, tá gach comhpháirt den tsamplóir talmhaithe go leictreach.
(a) Córas Giniúna Nanastruchtúir Uisce Innealtóireachta (EWNS). (b) Trasghearradh den samplóir agus den leictrispraeáil, ag taispeáint na bparaiméadar is tábhachtaí. (c) Socrú turgnamhach le haghaidh díghníomhachtú baictéar.
Tá an córas giniúna EWNS a thuairiscítear thuas in ann príomhpharaiméadair oibriúcháin a athrú chun mínchoigeartú airíonna an EWNS a éascú. Coigeartaigh an voltas feidhmeach (V), an fad idir an tsnáthaid agus an leictreoid fhrithpháirteach (L), agus an sreabhadh uisce (φ) tríd an ribeadán chun tréithe an EWNS a mhionchoigeartú. Siombail a úsáidtear chun teaglaim éagsúla a léiriú: [V (kV), L (cm)]. Coigeartaigh an sreabhadh uisce chun cón Taylor cobhsaí de shraith áirithe a fháil [V, L]. Chun críocha an staidéir seo, coinníodh trastomhas cró an leictreoid fhrithpháirteach (D) ag 0.5 orlach (1.29 cm).
Mar gheall ar an ngeoiméadracht theoranta agus an neamhshiméadracht, ní féidir neart an réimse leictrigh a ríomh ó phrionsabail bhunaidh. Ina áit sin, baineadh úsáid as bogearraí QuickField™ (Svendborg, an Danmhairg)19 chun an réimse leictreach a ríomh. Níl an réimse leictreach aonfhoirmeach, mar sin baineadh úsáid as luach an réimse leictrigh ag barr an ribeadáin mar luach tagartha do chumraíochtaí éagsúla.
Le linn an staidéir, rinneadh meastóireacht ar roinnt teaglaim voltais agus achair idir an tsnáthaid agus an leictreoid fhrithpháirteach i dtéarmaí foirmiú cón Taylor, cobhsaíocht chón Taylor, cobhsaíocht táirgthe EWNS, agus atáirgtheacht. Taispeántar teaglaim éagsúla i dTábla Forlíontach S1.
Ceanglaíodh aschur an chórais ghiniúna EWNS go díreach le hAnailíseoir Méid Cáithníní Soghluaisteachta Scanála (SMPS, Samhail 3936, TSI, Shoreview, MN) chun tiúchan líon na gcáithníní a thomhas, chomh maith le Leictreaiméadar Faraday Aerasóil (TSI, Samhail 3068B, Shoreview, MN). ) le haghaidh sruthanna aerasóil a thomhas mar a thuairiscítear inár bhfoilseachán roimhe seo. Rinne an SMPS agus an leictreaiméadar aerasóil araon sampláil ag ráta sreafa 0.5 L/nóim (sreabhadh iomlán an tsampla 1 L/nóim). Tomhaiseadh líon tiúchan na gcáithníní agus an sreabhadh aerasóil ar feadh 120 soicind. Déantar an tomhas a athdhéanamh 30 uair. Bunaithe ar thomhais reatha, ríomhtar an muirear iomlán aerasóil agus meastar an meánmhuirear EWNS do líon iomlán áirithe cáithníní EWNS roghnaithe. Is féidir meánchostas EWNS a ríomh ag baint úsáide as Cothromóid (1):
áit a seasann IEl don sruth tomhaiste, seasann NSMPS don tiúchan digiteach a tomhaistear leis an SMPS, agus seasann φEl don ráta sreafa in aghaidh an leictreamhéadair.
Ós rud é go mbíonn tionchar ag an taiseachas coibhneasta (RH) ar an muirear dromchla, coinníodh an teocht agus (RH) tairiseach le linn an turgnaimh ag 21°C agus 45%, faoi seach.
Baineadh úsáid as micreascópacht fórsa adamhach (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) agus tóireadóir AC260T (Olympus, Tóiceo, an tSeapáin) chun méid agus saolré an EWNS a thomhas. Ba é 1 Hz minicíocht scanadh an AFM, ba é 5 μm × 5 μm an limistéar scanadh, agus 256 líne scanadh. Rinneadh ailíniú íomhá den chéad ord ar na híomhánna uile ag baint úsáide as bogearraí Asylum (raon maisc 100 nm, tairseach 100 pm).
Baineadh an tonnadóir tástála agus cuireadh dromchla an mhica 2.0 cm ón leictreoid chuntar ar feadh meán-am 120 soicind chun carnadh cáithníní agus foirmiú braoiníní neamhrialta ar dhromchla an mhica a sheachaint. Spraeáladh EWNS go díreach ar dhromchla an mhica úr-ghearrtha (Ted Pella, Redding, CA). Íomhá den dromchla mica díreach tar éis spútaradh AFM. Tá uillinn teagmhála dhromchla an mhica neamh-mhodhnaithe úr-ghearrtha gar do 0°, mar sin tá EVNS dáilte ar dhromchla an mhica i bhfoirm cruinneacháin. Tomhaiseadh trastomhas (a) agus airde (h) na mbraoiníní scaipthe go díreach ó thopagrafaíocht an AFM agus úsáideadh iad chun toirt scaipthe cruinneach an EWNS a ríomh ag baint úsáide as ár modh bailíochtaithe roimhe seo. Ag glacadh leis go bhfuil an toirt chéanna ag an EWNS ar bord, is féidir an trastomhas coibhéiseach a ríomh ag baint úsáide as Cothromóid (2):
Bunaithe ar an modh a forbraíodh roimhe seo, úsáideadh gaiste sníomh athshondais leictreon (ESR) chun láithreacht idirmheánacha radacacha gearrshaolacha in EWNS a bhrath. Cuireadh aerasóil i mboilgeoga trí sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) ina raibh tuaslagán 235 mM de DEPMPO(5-(dé-eatocsaifosfarail)-5-meitil-1-pirroline-N-ocsaíd) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Rinneadh na tomhais ESR go léir ag baint úsáide as speictriméadar Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, SAM) agus cill painéil chomhréidh. Baineadh úsáid as bogearraí Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, SAM) chun na sonraí a bhailiú agus a anailísiú. Níor cinneadh tréithe an ROS ach amháin le haghaidh sraith coinníollacha oibriúcháin [-6.5 kV, 4.0 cm]. Tomhaiseadh tiúchain EWNS ag baint úsáide as an SMPS tar éis caillteanais EWNS san imbhuailteoir a chur san áireamh.
Rinneadh monatóireacht ar leibhéil ózóin ag baint úsáide as Monatóir Ózóin Dual Beam™ 205 (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
I gcás gach airí EWNS, úsáidtear an meánluach mar an luach tomhais, agus úsáidtear an diall caighdeánach mar an earráid tomhais. Rinneadh tástálacha T chun luachanna na dtréithe EWNS optamaithe a chur i gcomparáid leis na luachanna comhfhreagracha den bhun-EWNS.
Taispeánann Fíor 2c córas “tarraingthe” deascadh leictreastatach (EPES) a forbraíodh agus a tréithríodh roimhe seo agus is féidir a úsáid chun EWNS a sheachadadh go spriocdhírithe ag an dromchla. Úsáideann EPES muirir EVNS ar féidir iad a “threorú” go díreach chuig dromchla an sprice faoi thionchar réimse láidir leictreach. Cuirtear sonraí faoin gcóras EPES i láthair i bhfoilseachán le déanaí le Pyrgiotakis et al. 11 . Dá bhrí sin, is seomra PVC priontáilte 3T é EPES le foircinn barrchaolaithe agus tá dhá phláta miotail cruach dhosmálta comhthreomhara (cruach dhosmálta 304, brataithe le scáthán) sa lár 15.24 cm óna chéile. Bhí na boird ceangailte le foinse ardvoltais sheachtrach (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), bhí an pláta bun ceangailte i gcónaí le voltas dearfach, agus bhí an pláta barr ceangailte i gcónaí le talamh (talamh snámhach). Tá ballaí an tseomra clúdaithe le scragall alúmanaim, atá talmhaithe go leictreach chun cosc ​​a chur ar chailliúint cáithníní. Tá doras luchtaithe tosaigh séalaithe ag an seomra a ligeann do dhromchlaí tástála a chur ar sheastáin phlaisteacha a ardaíonn iad os cionn an phláta miotail bun chun cur isteach ardvoltais a sheachaint.
Rinneadh éifeachtúlacht taiscthe EWNS in EPES a ríomh de réir prótacail a forbraíodh roimhe seo atá mionsonraithe i bhFíor Forlíontach S111.
Mar sheomra rialaithe, ceanglaíodh dara seomra sreafa sorcóireach i sraith leis an gcóras EPES, inar úsáideadh scagaire HEPA idirmheánach chun EWNS a bhaint. Mar a thaispeántar i bhFíor 2c, caidéalaíodh aerasól EWNS trí dhá sheomra ionsuite. Baintear aon EWNS atá fágtha leis an scagaire idir an seomra rialaithe agus EPES, rud a fhágann go mbíonn an teocht (T), an taiseachas coibhneasta (RH) agus na leibhéil ózóin chéanna.
Fuarthas amach go bhfuil miocrorgánaigh thábhachtacha bia-iompartha ag truailliú bianna úra amhail E. coli (ATCC #27325), táscaire fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), pataigin bia-iompartha, Listeria harmless (ATCC #33090), ionadaí do Listeria monocytogenes pataigineach, díorthaithe ó ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), ionadach do giosta millte, agus baictéar neamhghníomhachtaithe níos frithsheasmhaí, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Ceannaigh boscaí randamacha de thrátaí fíonchaora orgánacha ó do mhargadh áitiúil agus cuisnigh iad ag 4°C go dtí go n-úsáidfear iad (suas le 3 lá). Bhí na trátaí turgnamhacha go léir den mhéid chéanna, thart ar 1/2 orlach ar trastomhas.
Tá na prótacail maidir le cultúir, ionaclú, nochtadh, agus comhaireamh coilíneachtaí mionsonraithe inár bhfoilseachán roimhe seo agus mionsonraithe sna Sonraí Forlíontacha. Rinneadh meastóireacht ar éifeachtacht EWNS trí thrátaí ionaclaithe a nochtadh do 40,000 #/cm3 ar feadh 45 nóiméad. Go hachomair, úsáideadh trí thráta chun na miocrorgánaigh a bhí fós ann a mheas ag am t = 0 nóiméad. Cuireadh trí thráta in EPES agus nochtadh iad do EWNS ag 40,000 #/cc (trátaí nochta do EWNS) agus cuireadh na trí cinn eile sa seomra rialaithe (trátaí rialaithe). Ní ​​dhearnadh próiseáil bhreise ar thrátaí sa dá ghrúpa. Baineadh trátaí nochta do EWNS agus trátaí rialaithe tar éis 45 nóiméad chun éifeacht EWNS a mheas.
Rinneadh gach turgnamh faoi thrí. Rinneadh anailís sonraí de réir an phrótacail a thuairiscítear sna Sonraí Forlíontacha.
Rinneadh measúnú ar mheicníochtaí díghníomhachtaithe trí dhríodrú samplaí EWNS nochtaithe (45 nóiméad ag tiúchan aerasóil EWNS 40,000 #/cm3) agus samplaí neamh-ionradaithe de bhaictéir neamhdhíobhálacha E. coli, Salmonella enterica agus Lactobacillus. Socraíodh na cáithníní i 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde agus 0.03% aigéad picreach i maolán cacodylate sóidiam 0.1 M (pH 7.4) ar feadh 2 uair an chloig ag teocht an tseomra. Tar éis níocháin, iar-shocraigh le 1% teitrocsaíd osmium (OsO4)/1.5% feirocianíd photaisiam (KFeCN6) ar feadh 2 uair an chloig, nigh 3 huaire in uisce agus gor in 1% aicéatáit úráinile ar feadh 1 uair an chloig, ansin nigh faoi dhó in uisce, ansin díhiodráitigh ar feadh 10 nóiméad in 50%, 70%, 90%, 100% alcól. Ansin cuireadh na samplaí in ocsaíd próipiléine ar feadh 1 uair an chloig agus sáithíodh iad le meascán 1:1 d'ocsaíd próipiléine agus TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Leabaíodh na samplaí in TAAB Epon agus rinneadh polaiméiriú orthu ag 60°C ar feadh 48 uair an chloig. Gearradh an roisín gráinneach leigheasta agus rinneadh é a shamhlú trí TEM ag baint úsáide as micreascóp leictreon tarchuir traidisiúnta JEOL 1200EX (JEOL, Tóiceo, an tSeapáin) a raibh ceamara CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, SAM) feistithe air.
Rinneadh na turgnaimh uile faoi thrí. I gcás gach pointe ama, cuireadh naoi bpointe sonraí in aghaidh an phointe, agus úsáideadh meán na dtiúchana sin mar thiúchan baictéarach don mhiocrorgánach sin. Úsáideadh an diall caighdeánach mar earráid tomhais. Comhairítear na pointí uile.
Rinneadh logartam an laghdaithe i dtiúchan na mbaictéar i gcomparáid le t = 0 nóiméad a ríomh ag baint úsáide as an bhfoirmle seo a leanas:
áit a seasann C0 do thiúchan na mbaictéar sa sampla rialaithe ag am 0 (i.e. tar éis don dromchla a thriomú ach sula gcuirtear sa seomra é) agus seasann Cn do thiúchan na mbaictéar ar an dromchla tar éis n nóiméad nochta.
Chun cuntas a thabhairt ar dhíghrádú nádúrtha baictéar le linn an nochta 45 nóiméad, ríomhadh an laghdú loga i gcomparáid leis an rialú tar éis 45 nóiméad mar seo a leanas freisin:
áit a seasann Cn do thiúchan na mbaictéar sa sampla rialaithe ag am n agus seasann Cn-Control do thiúchan na mbaictéar rialaithe ag am n. Cuirtear sonraí i láthair mar laghdú log i gcomparáid leis an rialú (gan aon nochtadh EWNS).
Le linn an staidéir, rinneadh meastóireacht ar roinnt teaglaim voltais agus achair idir an tsnáthaid agus an leictreoid frithpháirteach i dtéarmaí foirmiú cón Taylor, cobhsaíocht chón Taylor, cobhsaíocht táirgthe EWNS, agus atáirgtheacht. Taispeántar teaglaim éagsúla i dTábla Forlíontach S1. Roghnaíodh dhá chás a léirigh airíonna cobhsaí agus in-atáirgthe (cón Taylor, giniúint EWNS, agus cobhsaíocht thar am) le haghaidh staidéir chuimsithigh. Ar fhigiúr 3, taispeánann Fíor 3 na torthaí don mhuirear, don mhéid, agus don ábhar ROS sa dá chás. Tá achoimre ar na torthaí i dTábla 1 freisin. Mar thagairt, áirítear i bhFíor 3 agus i dTábla 1 araon airíonna an EWNS8, 9, 10, 11 neamh-optamaithe a sintéisíodh roimhe seo (bonnlíne-EWNS). Athfhoilsithear ríomhanna suntasachta staitistiúla ag baint úsáide as tástáil-t dhá-eireaball i dTábla Forlíontach S2. Ina theannta sin, áirítear sna sonraí breise staidéir ar éifeacht thrastomhas phoill samplála leictreoid frithpháirteach (D) agus an t-achar idir an leictreoid talún agus an barr (L) (Fígiúirí Forlíontacha S2 agus S3).
(ac) Dáileadh méide tomhaiste ag AFM. (df) Saintréith luchta dromchla. (g) Saintréithiú ROS an EPR.
Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara freisin, i gcás na gcoinníollacha thuas go léir, go raibh an sruth ianúcháin tomhaiste idir 2 agus 6 μA agus an voltas idir -3.8 agus -6.5 kV, rud a d’fhág go raibh tomhaltas cumhachta níos lú ná 50 mW ag an modúl teagmhála giniúna EWNS aonair seo. Cé gur sintéisíodh EWNS faoi bhrú ard, bhí leibhéil ózóin an-íseal, agus níor sháraigh siad 60 ppb riamh.
Taispeánann Fíor Forlíontach S4 na réimsí leictreacha insamhalta do na cásanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], faoi seach. Maidir leis na cásanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], is iad na ríomhanna réimse 2 × 105 V/m agus 4.7 × 105 V/m, faoi seach. Táthar ag súil leis seo, ós rud é go bhfuil an cóimheas voltais-achair i bhfad níos airde sa dara cás.
Ar fhigiúr 3a,b, taispeántar trastomhas an EWNS a tomhaiseadh leis an AFM8. Ba iad 27 nm agus 19 nm na meán-trastomhais EWNS a ríomhadh do na scéimeanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], faoi seach. Maidir leis na cásanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], is iad 1.41 agus 1.45 na dialltaí caighdeánacha geoiméadracha de na dáiltí, faoi seach, rud a léiríonn dáileadh méide caol. Tá an meánmhéid agus an diall caighdeánach geoiméadrach araon an-ghar don EWNS bonnlíne, ag 25 nm agus 1.41, faoi seach. Ar fhigiúr 3c, taispeántar dáileadh méide an EWNS bonnlíne a tomhaiseadh ag baint úsáide as an modh céanna faoi na coinníollacha céanna.
Ar fhigiúr 3d, taispeántar e torthaí thréithriú an mhuirir. Is meántomhais de 30 tomhas comhuaineach ar thiúchan (#/cm3) agus sruth (I) iad na sonraí. Léiríonn an anailís gurb é 22 ± 6 e- agus 44 ± 6 e- an meánmhuirear ar an EWNS le haghaidh [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], faoi seach. Tá muirir dhromchla i bhfad níos airde acu i gcomparáid le EWNS bonnlíne (10 ± 2 e-), dhá oiread níos mó ná an cás [-6.5 kV, 4.0 cm] agus ceithre huaire níos mó ná an cás [-3.8 kV, 0.5 cm]. Taispeánann Fígiúr 3f na sonraí muirir le haghaidh EWNS Bonnlíne.
Ó na léarscáileanna tiúchana den uimhir EWNS (Fíoracha Forlíontacha S5 agus S6), is léir go bhfuil i bhfad níos mó cáithníní sa chás [-6.5 kV, 4.0 cm] ná mar atá sa chás [-3.8 kV, 0.5 cm]. Is fiú a thabhairt faoi deara freisin gur rinneadh monatóireacht ar thiúchan uimhir EWNS suas le 4 huaire an chloig (Fíoracha Forlíontacha S5 agus S6), áit ar léirigh cobhsaíocht ghiniúna EWNS na leibhéil chéanna de thiúchan uimhir cáithníní sa dá chás.
Ar fhigiúr 3g, taispeántar an speictream EPR tar éis an rialú EWNS optamaithe (cúlra) ag [-6.5 kV, 4.0 cm] a bhaint. Rinneadh comparáid freisin idir na speictrim ROS agus cás Baseline-EWNS i saothar a foilsíodh roimhe seo. Ríomhadh líon na EWNS ag imoibriú le gaistí sníomha a bheith 7.5 × 104 EWNS/s, atá cosúil leis an Baseline-EWNS8 a foilsíodh roimhe seo. Léirigh na speictrim EPR go soiléir láithreacht dhá chineál ROS, agus O2- ar an speiceas is mó agus OH• níos lú flúirseach. Ina theannta sin, léirigh comparáid dhíreach idir déine na mbuaic go raibh cion ROS i bhfad níos airde ag an EWNS optamaithe i gcomparáid leis an EWNS bonnlíne.
Taispeántar éifeachtúlacht taiscthe EWNS in EPES ar Fíor 4. Tá achoimre ar na sonraí i dTábla I freisin agus déantar comparáid idir iad agus sonraí bunaidh EWNS. I gcás an dá chás de EUNS, tá an taiscthe gar do 100% fiú ag voltas íseal de 3.0 kV. De ghnáth, is leor 3.0 kV le haghaidh taiscthe 100%, beag beann ar an athrú ar an muirear dromchla. Faoi na coinníollacha céanna, ní raibh éifeachtúlacht taiscthe Baseline-EWNS ach 56% mar gheall ar a muirear níos ísle (meán de 10 leictreon in aghaidh an EWNS).
Ar fhigiúr 5 agus i dtábla 2, déantar achoimre ar luach díghníomhachtaithe na miocrorgánach a ionaclaíodh ar dhromchla trátaí tar éis nochtadh do thart ar 40,000 #/cm3 EWNS ar feadh 45 nóiméad ag an modh is fearr [-6.5 kV, 4.0 cm]. Léirigh E. coli agus Lactobacillus innocuous a ionaclaíodh laghdú suntasach de 3.8 log le linn an nochta 45 nóiméad. Faoi na coinníollacha céanna, bhí laghdú 2.2-log ag S. enterica, agus bhí laghdú 1.0-log ag S. cerevisiae agus M. parafortutum.
Léiríonn na micreagraif leictreon (Fíor 6) na hathruithe fisiceacha a spreag EWNS ar chealla neamhdhíobhálacha Escherichia coli, Streptococcus, agus Lactobacillus as a dtagann a ndíghníomhachtú. Bhí seicní cille slána ag na baictéir rialaithe, agus bhí seicní seachtracha damáistithe ag na baictéir nochtaithe.
Léirigh íomháú micreascópach leictreon de bhaictéir rialaithe agus nochtaithe damáiste don scannán.
Léiríonn na sonraí ar airíonna fisiciceimiceacha an EWNS optamaithe le chéile gur feabhsaíodh airíonna (muirear dromchla agus ábhar ROS) an EWNS go suntasach i gcomparáid leis na sonraí bonnlíne EWNS a foilsíodh roimhe seo8,9,10,11. Ar an láimh eile, d'fhan a méid sa raon nanaiméadar, an-chosúil leis na torthaí a tuairiscíodh roimhe seo, rud a ligeann dóibh fanacht san aer ar feadh tréimhsí fada ama. Is féidir an il-idirscaoileadh breathnaithe a mhíniú le hathruithe ar an muirear dromchla a chinneann méid an EWNS, randamacht éifeacht Rayleigh, agus comhleá féideartha. Mar sin féin, mar a mhionsonraigh Nielsen et al.22, laghdaíonn muirear dromchla ard galú trí fhuinneamh/teannas dromchla an bhraoin uisce a mhéadú go héifeachtach. Inár bhfoilseachán roimhe seo8, deimhníodh an teoiric seo go turgnamhach do mhicreabhraoiníní22 agus EWNS. Is féidir le cailliúint muirir le linn ama breise difear a dhéanamh don mhéid freisin agus cur leis an dáileadh méide breathnaithe.
Ina theannta sin, is é an muirear in aghaidh an struchtúir ná thart ar 22-44 e-, ag brath ar an gcás, atá i bhfad níos airde i gcomparáid leis an EWNS bunúsach, a bhfuil meánmhuirear de 10 ± 2 leictreon in aghaidh an struchtúir aige. Mar sin féin, ba chóir a thabhairt faoi deara gurb é seo meánmhuirear EWNS. Seto et al. Tá sé léirithe go bhfuil an muirear neamh-aonchineálach agus go leanann sé dáileadh log-gnáth21. I gcomparáid lenár gcuid oibre roimhe seo, dúblaíonn dúbailt an mhuirir dhromchla éifeachtúlacht an taiscthe sa chóras EPES go beagnach 100%11.