Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá leagan brabhsálaí in úsáid agat le tacaíocht theoranta CSS. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer). Ina theannta sin, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánaimid an suíomh 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 saibhir i 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 frithmhiocróbach a fheabhsú tuilleadh. Dearadh ardán saotharlainne EWNS chun airíonna EWNS a mhionchoigeartú trí na paraiméadair shintéise a athrú. Rinneadh tréithriú airíonna EWNS (muirear, méid, agus ábhar ROS) ag baint úsáide as modhanna anailíseacha nua-aimseartha. Ina theannta sin, rinneadh miocrorgánaigh bia ar nós Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, agus Saccharomyces cerevisiae a ionaclú ar dhromchla trátaí fíonchaor orgánacha chun a n-acmhainneacht díghníomhachtaithe miocróbach a mheas. 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 cheathair, agus mhéadaigh an cion ROS. Bhí an ráta bainte miocróbach ag brath ar mhiocróib agus bhí sé idir 1.0 agus 3.8 log tar éis 45 nóiméad nochta do dháileog aerasóil de 40,000 #/cm3 EWNS.
Is é éilliú miocróbach príomhchúis tinnis bia-iompartha de bharr ionghabháil pataiginí nó a dtocsainí. Is ionann tinnis bia-iompartha agus thart ar 76 milliún tinneas, 325,000 ospidéalú, agus 5,000 bás gach bliain sna Stáit Aontaithe amháin1. Ina theannta sin, meastar ag Roinn Talmhaíochta na Stát Aontaithe (USDA) go bhfuil méadú ar thomhaltas táirgí úra freagrach as 48 faoin gcéad de na tinnis bia-iompartha go léir a tuairiscíodh sna Stáit Aontaithe2. Tá costas tinnis agus báis ó phataiginí 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 sa slabhra táirgthe (de ghnáth tar éis an fhómhair agus/nó le linn pacáistithe) a chuirtear idirghabhálacha frithmhiocróbacha i bhfeidhm go leanúnach chun sábháilteacht bia a chinntiú, seachas iad a chur i bhfeidhm go leanúnach ar bhealach a fhágann go mbíonn tras-éilliú ar tháirgí úra. Tá gá le hidirghabhálacha frithmhiocróbacha chun rialú níos fearr a dhéanamh ar ghalar a tharlaíonn de bharr bia agus ar mhilleadh bia agus tá an cumas iontu iad a chur i bhfeidhm ar fud an leanúnachais ón bhfeirm go dtí an bord. Níos lú tionchair agus costais.
Forbraíodh ardán frithmhiocróbach saor ó cheimiceáin atá bunaithe ar nanateicneolaíocht le déanaí chun baictéir ar dhromchlaí agus san aer a dhíghníomhachtú ag baint úsáide as nanastruchtúir uisce shaorga (EWNS). Chun EVNS a shintéisiú, úsáideadh dhá phróiseas comhthreomhara: leictrispraeáil agus ianú uisce (Fíor 1a). Taispeánadh 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 nanaiméadar 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. D'fhan EWNS san aer ar feadh i bhfad agus d'fhéadfadh siad imbhualadh le miocróib a bhí ar fionraí san aer agus a bhí i láthair ar dhromchlaí, ag seachadadh a n-ualach ROS agus ag cur díghníomhachtú miocróbach faoi deara (Fíor 1d). Léirigh na staidéir níos luaithe seo freisin gur féidir le EWNS idirghníomhú le baictéir éagsúla gram-dhiúltacha agus gram-dhearfacha a bhfuil tábhacht leo ó thaobh na sláinte poiblí de, lena n-áirítear miceabhaictéir, ar dhromchlaí agus san aer8,9. Léirigh micreascópacht leictreon tarchurtha gurbh é cur isteach ar an membrane cille ba chúis leis an díghníomhachtú. Ina theannta sin, léirigh staidéir ionanálaithe géarmhíochaine nach mbíonn damáiste scamhógach ná athlasadh mar thoradh ar dáileoga arda de EWNS8.
(a) Tarlaíonn leictrispraeáil nuair a chuirtear voltas ard i bhfeidhm idir ribeadán ina bhfuil leacht agus leictreoid fhrithpháirteach. (b) Bíonn dhá fheiniméan éagsúla mar thoradh ar chur i bhfeidhm voltais ard: (i) leictrispraeáil uisce agus (ii) giniúint speiceas ocsaigine imoibríoch (ian) atá gafa sa EWNS. (c) Struchtúr uathúil EWNS. (d) Tá EWNS an-soghluaiste mar gheall ar a nádúr nanoscála agus is féidir leo idirghníomhú le pataiginí san aer.
Léiríodh le déanaí freisin cumas ardán frithmhiocróbach EWNS chun miocrorgánaigh bia-iompartha ar dhromchla bia úr a dhíghníomhachtú. Léiríodh freisin gur féidir muirear dromchla EWNS a úsáid i gcomhar le réimse leictreach le haghaidh seachadta spriocdhírithe. Níos tábhachtaí fós, breathnaíodh toradh tosaigh gealladh fúthu, laghdú thart ar 1.4 log i ngníomhaíocht trátaí orgánacha i gcoinne miocrorgánaigh bia éagsúla amhail E. coli agus Listeria, laistigh de 90 nóiméad ó nochtadh do EWNS ag tiúchan de thart ar 50,000#/cm311. Ina theannta sin, níor léirigh tástálacha meastóireachta orgánaileipteacha réamhchéime aon éifeacht orgánaileipteach i gcomparáid leis an trátaí rialaithe. Cé go ngeallann na torthaí díghníomhachtaithe tosaigh seo sábháilteacht 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 paraiméadair shintéise a choigeartú go beacht agus airíonna fisiciceimiceacha EWNS a bharrfheabhsú chun a n-acmhainneacht fhrithmhiocróbach a fheabhsú. Go háirithe, dhírigh an t-optamú ar a muirear dromchla a mhéadú (chun seachadadh spriocdhírithe a fheabhsú) agus ábhar ROS (chun éifeachtúlacht díghníomhachtaithe a fheabhsú). Saintréithriú airíonna fisiciceimiceacha optamaithe (méid, muirear agus ábhar ROS) ag baint úsáide as modhanna anailíseacha nua-aimseartha agus ag baint úsáide as miocrorgánaigh bhia coitianta amhail E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae agus M. parafortuitum.
Sintéisíodh EVNS trí leictrispraeáil agus ianú comhuaineach uisce ardíonachta (18 MΩ cm–1). De ghnáth, úsáidtear an t-adamhaitheoir leictreach 12 chun leachtanna agus cáithníní polaiméire agus ceirmeacha sintéiseacha 13 agus snáithíní 14 de mhéid rialaithe a adamhú.
Mar a sonraíodh i bhfoilseacháin roimhe seo 8, 9, 10, 11, i dturgnamh tipiciúil, cuirtear voltas ard i bhfeidhm idir ribeadán miotail agus leictreoid fhrithpháirteach talmhaithe. Le linn an phróisis seo, tarlaíonn dhá fheiniméan éagsúla: 1) leictreaspraeáil agus 2) 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, de réir theoiric Rayleigh16. Ag an am céanna, fágann réimse leictreach láidir go scoilteann agus go ndéanann cuid de na móilíní uisce leictreoin a bhaint díobh (ianú), rud a ghineann méid mór speiceas ocsaigine imoibríoch (ROS)17. Rinneadh paicéid ROS18 a gineadh ag an am céanna a ionchapsú in EWNS (Fíor 1c).
Ar Fíor 2a, feictear 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) chuig snáthaid cruach dhosmálta 30G (ribíd miotail). Mar a thaispeántar i bhFíor 2b, rialaíonn an brú aeir taobh istigh den bhuidéal sreabhadh an uisce. Tá an tsnáthaid ceangailte le consól Teflon ar féidir é 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). Tá gach comhpháirt den samplóir talmhaithe go leictreach chun carnadh luchta a sheachaint a d'fhéadfadh sampláil cáithníní a dhíghrádú.
(a) Córas Giniúna Nanastruchtúir Uisce Innealtóireachta (EWNS). (b) Trasghearradh den samplóir agus den aonad leictrispraeála a thaispeánann na paraiméadair is tábhachtaí. (c) Socrú turgnamhach le haghaidh díghníomhachtú baictéar.
Tá an córas giniúna EWNS a thuairiscítear thuas in ann paraiméadair oibriúcháin thábhachtacha 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. Úsáidtear na siombailí [V (kV), L (cm)] chun teaglaim éagsúla a léiriú. Coigeartaigh an sreabhadh uisce chun cón Taylor cobhsaí de shraith áirithe [V, L] a fháil. Chun críocha an staidéir seo, socraíodh oscailt 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 Méideoir Cáithníní Scannála Soghluaisteachta (SMPS, samhail 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) chun tiúchan líon na gcáithníní a thomhas agus úsáideadh é le leictreaiméadar aerasóil Faraday (TSI, samhail 3068B, Shoreview, SAM). MN) chun sreabhadh aerasóil a thomhas, mar a thuairiscítear inár bhfoilseachán roimhe seo9. Rinne an SMPS agus an leictreaiméadar aerasóil araon sampláil ag ráta sreafa 0.5 L/nóim (sreabhadh iomlán an tsampla 1 L/nóim). Tomhaiseadh tiúchain na gcáithníní agus na sreabhadh aerasóil ar feadh 120 soicind. Déan an tomhas arís 30 uair. Ríomhtar an muirear iomlán aerasóil ó thomhais reatha, agus meastar an meánmhuirear EWNS ó líon iomlán na gcáithníní EWNS a sampláladh. Is féidir meánchostas EWNS a ríomh ag baint úsáide as Cothromóid (1):
áit a seasann IEl don sruth tomhaiste, seasann NSMPS don tiúchan uimhreach a tomhaiseadh leis an SMPS, agus seasann φEl don ráta sreafa chuig an leictreaiméadar.
Ós rud é go mbíonn tionchar ag an taiseachas coibhneasta (RH) ar an muirear dromchla, coinníodh an teocht agus an (RH) tairiseach ag 21°C agus 45%, faoi seach, le linn an turgnaimh.
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. Is é 1 Hz an ráta scanadh AFM agus is é 5 µm × 5 µm an limistéar scanadh le 256 líne scanadh. Rinneadh ailíniú íomhá den chéad ord ar na híomhánna uile ag baint úsáide as bogearraí Asylum (masc le raon 100 nm agus tairseach 100 pm).
Bain an tonnadóir samplála agus cuir dromchla an mhica 2.0 cm ón leictreoid chuntar ar feadh meán-ama 120 soicind chun comhleá na gcáithníní agus foirmiú braoiníní neamhrialta ar dhromchla an mhica a sheachaint. Cuireadh EWNS i bhfeidhm go díreach ar dhromchlaí mica úr-ghearrtha (Ted Pella, Redding, CA). Díreach tar éis an spútarála, rinneadh dromchla an mhica a léirshamhlú ag baint úsáide as AFM. Tá uillinn teagmhála dromchla an mhica neamh-mhodhnaithe úr-ghearrtha gar do 0°, mar sin scaipeann EWNS thar dhromchla an mhica i gcruth cruinneach20. Tomhaiseadh trastomhas (a) agus airde (h) na mbraoiníní scaipthe go díreach ó thopagrafaíocht an AFM agus úsáideadh iad chun toirt scaipthe cruinneach EWNS a ríomh ag baint úsáide as ár modh bailíochtaithe roimhe seo8. Ag glacadh leis go bhfuil an toirt chéanna ag an EVNS ar bord, is féidir an trastomhas coibhéiseach a ríomh ó chothromóid (2):
De réir ár modh a forbraíodh roimhe seo, úsáideadh gaiste sníomh athshondais sníomha leictreon (ESR) chun láithreacht idirmheánacha radacacha gearrshaolacha in EWNS a bhrath. Cuireadh aerasóil trí thuaslagán ina raibh 235 mM DEPMPO (5-(dé-eatocsaifosfarail)-5-meitil-1-pirroline-N-ocsaíd) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Rinneadh na tomhais EPR go léir ag baint úsáide as speictriméadar Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, SAM) agus eagair chealla cothroma. Baineadh úsáid as bogearraí Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, SAM) chun na sonraí a bhailiú agus a anailísiú. Ní dhearnadh tréithriú ROS ach amháin le haghaidh sraith coinníollacha oibriúcháin [-6.5 kV, 4.0 cm]. Tomhaiseadh tiúchain EWNS ag baint úsáide as SMPS tar éis cailliúint 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, is é an luach tomhais meán na dtomhas, agus is é an earráid tomhais an diall caighdeánach. Rinneadh tástáil-t chun luach an tréith EWNS optamaithe a chur i gcomparáid leis an luach comhfhreagrach den bhun-EWNS.
Taispeánann Fíor 2c Córas Deasctha Leictreastatach (EPES) a forbraíodh agus a tréithríodh roimhe seo agus is féidir a úsáid chun EWNS11 a dhíriú ar dhromchlaí. Úsáideann EPES muirear EWNS i gcomhar le réimse leictreach láidir chun “pointeáil” go díreach ar dhromchla an sprice. 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 ina bhfuil dhá phláta miotail cruach dhosmálta comhthreomhara (cruach dhosmálta 304, snasta scátháin) sa lár 15.24 cm óna chéile. Bhí na boird ceangailte le foinse ardvoltais sheachtrach (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), bhí an bord bun dearfach i gcónaí agus bhí an bord barr talmhaithe (snámhach) i gcónaí. 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 racaí plaisteacha, agus iad a ardú den 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, tá an dara sreabhadh tríd an seomra sorcóireach ceangailte i sraith leis an gcóras EPES ag baint úsáide as scagaire HEPA idirmheánach chun EWNS a bhaint. Mar a thaispeántar i bhfíor 2c, caidéalaíodh an t-aerasól EWNS trí dhá sheomra atá ceangailte i sraith. Baintear aon EWNS atá fágtha leis an scagaire idir an seomra rialaithe agus EPES agus mar thoradh air sin bíonn an teocht (T), an taiseachas coibhneasta (RH) agus na leibhéil ózóin chéanna.
Fuarthas amach go bhfuil miocrorgánaigh thábhachtacha bia-iompartha ag truailliú táirgí úra amhail Escherichia coli (ATCC #27325), táscaire fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), pataigin bia-iompartha, Listeria innocua (ATCC #33090), rogha eile in ionad an phataiginigh Listeria monocytogenes, Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) mar rogha eile in ionad giosta millte, agus Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) mar bhaictéar beo níos frithsheasmhaí a ceannaíodh ó ATCC (Manassas, Virginia).
Ceannaigh boscaí trátaí fíonchaora orgánacha go randamach ó do mhargadh áitiúil agus cuisnigh iad ag 4°C go dtí go n-úsáidfear iad (suas le 3 lá). Roghnaigh trátaí le triail a bhaint as méid amháin, thart ar 1/2 orlach ar trastomhas.
Tá na prótacail maidir le goradh, ionaclú, nochtadh agus comhaireamh coilíneachtaí mionsonraithe inár bhfoilseacháin roimhe seo agus míníodh go mion iad i Sonraí Forlíontacha 11. Rinneadh meastóireacht ar fheidhmíocht EWNS trí thrátaí ionaclaithe a nochtadh do 40,000 #/cm3 ar feadh 45 nóiméad. Go hachomair, ag am t = 0 nóiméad, úsáideadh trí thráta chun na miocrorgánaigh a bhí fós beo a mheas. Cuireadh trí thráta in EPES agus nochtadh iad do EWNS ag 40,000 #/cc (trátaí nochta do EWNS) agus cuireadh trí cinn eile sa seomra rialaithe (trátaí rialaithe). Níor cuireadh aon cheann de na grúpaí trátaí faoi réir próiseála breise. Baineadh trátaí agus rialuithe nochta do EWNS 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 millíní de shamplaí baictéaracha E. coli, Enterobacter, agus L. innocua a nochtadh do EWNS (45 nóiméad, tiúchan aerasóil EWNS 40,000 #/cm3) agus neamhnochtaithe chun meicníochtaí díghníomhachtaithe a mheas. Socraíodh an deascán ar feadh 2 uair an chloig ag teocht an tseomra i dtuaslagán cacodylate sóidiam 0.1 M (pH 7.4) le socraitheoir de 2.5% glútaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde agus 0.03% aigéad picreach. Tar éis níocháin, socraíodh iad le 1% teitrocsaíd osmium (OsO4)/1.5% feirocianíd photaisiam (KFeCN6) ar feadh 2 uair an chloig, nite 3 huaire le huisce agus goradh iad in 1% aicéatáit úráinile ar feadh 1 uair an chloig, ansin nite faoi dhó le huisce. Díhiodráitíodh ina dhiaidh sin 10 nóiméad an ceann de 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 polaiméiríodh iad ag 60°C ar feadh 48 uair an chloig. Gearradh an roisín gráinneach leigheasta agus rinneadh é a shamhlú le TEM ag baint úsáide as JEOL 1200EX (JEOL, Tóiceo, an tSeapáin), micreascóp leictreon tarchuir traidisiúnta atá feistithe le ceamara CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, SAM).
Rinneadh na turgnaimh uile faoi thrí. I gcás gach pointe ama, cuireadh na níocháin baictéaracha faoi thrí, rud a d’fhág naoi bpointe sonraí san iomlán in aghaidh an phointe, agus úsáideadh meán na dtiúchana sin mar thiúchan baictéarach don orgánach sin. Úsáideadh an diall caighdeánach mar earráid tomhais. Tá gach pointe san áireamh.
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 na tréimhse nochta 45 nóiméad, rinneadh Laghdú Log a ríomh freisin i gcomparáid leis an rialú ag 45 nóiméad mar seo a leanas:
I gcás ina 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 le haghaidh staidéir iomlán a thaispeánann airíonna cobhsaí agus in-atáirgthe (cón Taylor, táirgeadh EWNS, agus cobhsaíocht le himeacht ama). Taispeántar ar fhigiúr 3 na torthaí ar an muirear, méid agus ábhar ROS do dhá chás. Tá achoimre ar na torthaí i dTábla 1 freisin. Mar thagairt, áirítear i bhFíor 3 agus i dTábla 1 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 an leictreoid frithpháirteach (D) agus an t-achar idir an leictreoid talún agus barr na snáthaide (L) (Fígiúirí Forlíontacha S2 agus S3).
(a–c) Dáileadh méide AFM. (d–f) Saintréith luchta dromchla. (g) Saintréithiú ROS agus ESR.
Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara freisin, i gcás na gcoinníollacha thuas go léir, go raibh na sruthanna ianúcháin tomhaiste sa raon 2-6 µA, agus na voltais sa raon -3.8 go -6.5 kV, rud a d'fhág go raibh tomhaltas cumhachta níos lú ná 50 mW don EWNS aon-chríochfoirt seo. . modúl giniúna. 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. Ríomhtar na réimsí de réir na gcásanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm] mar 2 × 105 V/m agus 4.7 × 105 V/m, faoi seach. Is féidir a bheith ag súil leis seo, ós rud é go bhfuil an cóimheas voltais leis an achar i bhfad níos airde sa dara cás.
Ar fhigiúr 3a,b, taispeántar trastomhas an EWNS a tomhaiseadh leis an AFM8. Ríomhadh na meán-trastomhais EWNS do na cásanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm] mar 27 nm agus 19 nm, faoi seach. Is iad 1.41 agus 1.45, faoi seach, na dialltaí caighdeánacha geoiméadracha de na dáiltí do na cásanna [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], rud a léiríonn dáileadh méide cúng. Tá an meánmhéid agus an diall caighdeánach geoiméadrach araon an-ghar don bhunlíne-EWNS, is iad sin 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, taispeánann e torthaí tréithriú 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. I gcomparáid le Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), tá a muirear dromchla i bhfad níos airde, dhá oiread níos airde ná an cás [-6.5 kV, 4.0 cm] agus ceithre huaire níos airde ná an cás [-3.8 kV, 0.5 cm]. Taispeánann 3f sonraí bunúsacha íocaíochta EWNS.
Ó na léarscáileanna tiúchana uimhir EWNS (Fíoracha Forlíontacha S5 agus S6), is léir go bhfuil líon i bhfad níos airde cáithníní sa radharc [-6.5 kV, 4.0 cm] ná mar atá sa radharc [-3.8 kV, 0.5 cm]. Ba chóir a thabhairt faoi deara freisin gur monatóireachtadh tiúchana uimhir EWNS ar feadh suas le 4 huaire an chloig (Fíoracha Forlíontacha S5 agus S6), áit ar léirigh cobhsaíocht giniúna EWNS na leibhéil chéanna tiúchana uimhir cáithníní sa dá chás.
Taispeánann Fíor 3g an speictream EPR tar éis dealú rialaithe (cúlra) le haghaidh EWNS optamaithe ag [-6.5 kV, 4.0 cm]. Déantar comparáid idir speictream ROS agus bunlíne EWNS i bpáipéar a foilsíodh roimhe seo freisin. Is é 7.5 × 104 EWNS/s líon ríofa na EWNS ag imoibriú leis an ngaiste sníomha, atá cosúil leis an mBunlíne-EWNS8 a foilsíodh roimhe seo. Léirigh na speictrim EPR go soiléir láithreacht dhá chineál ROS, áit a raibh O2- i réim, agus OH• i láthair i méid níos lú. 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 bunlíne.
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 EUNS, bhí an taiscthe gar do 100% fiú ag voltas íseal de 3.0 kV. De ghnáth, is leor 3.0 kV chun taiscthe 100% a bhaint amach beag beann ar an athrú ar an muirear dromchla. Faoi na coinníollacha céanna, ní raibh éifeachtúlacht taiscthe an Baseline-EWNS ach 56% mar gheall ar an muirear níos ísle (meán de 10 leictreon in aghaidh an EWNS).
Déanann Fíor 5 agus Tábla 2 achoimre ar an méid díghníomhachtaithe miocrorgánach a ionaclaíodh ar dhromchla trátaí tar éis nochtadh do thart ar 40,000 #/cm3 EWNS ar feadh 45 nóiméad faoin gcás is fearr [-6.5 kV, 4.0 cm]. Léirigh E. coli agus L. innocua a ionaclaíodh laghdú suntasach de 3.8 log tar éis 45 nóiméad nochta. Faoi na coinníollacha céanna, léirigh S. enterica laghdú log níos ísle de 2.2 log, agus léirigh S. cerevisiae agus M. parafortuitum laghdú 1.0 log.
Micreagraif leictreon (Fíor 6) a léiríonn na hathruithe fisiceacha a spreag EWNS i gcealla E. coli, Salmonella enterica, agus L. innocua, rud a fhágann go ndéantar iad a dhíghníomhachtú. Léirigh baictéir rialaithe seicní cille slána, agus bhí seicní seachtracha damáistithe ag baictéir nochtaithe.
Léirigh íomháú micreascópach leictreon de bhaictéir rialaithe agus nochtaithe damáiste don scannán.
Léiríonn na sonraí ar airíonna fisiciceimiceacha na nEWNS optamaithe le chéile gur feabhsaíodh airíonna EWNS (muirear dromchla agus ábhar ROS) 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, atá an-chosúil le torthaí a foilsíodh roimhe seo, rud a ligeann dóibh fanacht san aer ar feadh tréimhse fada ama. Is féidir an il-idirscaoileadh breathnaithe a mhíniú le hathruithe sa mhuirear dromchla, a chinneann méid éifeacht Rayleigh, randamacht, agus cumasc féideartha EWNS. 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. Deimhníodh an teoiric seo go turgnamhach do mhicreabhraoiníní22 agus EWNS inár bhfoilseachán roimhe seo8. Is féidir le cailliúint ragobair 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 na himthosca, 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 nach bhfuil an muirear aonfhoirmeach 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.