Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha taic CSS cuibhrichte aig an dreach brabhsair a tha thu a’ cleachdadh. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brabhsair ùraichte (no gun cuir thu dheth Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Aig an aon àm, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, nì sinn an làrach-lìn gun stoidhlichean agus JavaScript.
O chionn ghoirid, chaidh àrd-ùrlar an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean gun cheimigean stèidhichte air nanoteicneòlas a’ cleachdadh nanostructaran uisge fuadain (EWNS) a leasachadh. Tha cosgais uachdar àrd aig EWNS agus tha iad air an lìonadh le gnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach (ROS) as urrainn eadar-obrachadh le grunn meanbh-fhàs-bheairtean agus an dì-ghnìomhachadh, a’ gabhail a-steach pathogens a tha air an giùlan le biadh. An seo thathas a’ sealltainn gum faodar na feartan aca rè co-chur a mhìneachadh agus a bharrachadh gus an comas antibacterial aca a leasachadh tuilleadh. Chaidh àrd-ùrlar obair-lann EWNS a dhealbhadh gus feartan EWNS a mhìneachadh le bhith ag atharrachadh nam paramadairean co-chur. Comharrachadh fheartan EWNS (cosgais, meud agus susbaint ROS) a’ cleachdadh dhòighean anailis ùr-nodha. A bharrachd air an sin, chaidh am measadh airson an comas dì-ghnìomhachaidh meanbh-fhàs-bheairtean a tha air an giùlan le biadh leithid Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum agus Saccharomyces cerevisiae. Tha na toraidhean a tha air an taisbeanadh an seo a’ sealltainn gum faodar feartan EWNS a mhìneachadh rè co-chur, agus mar thoradh air sin bidh àrdachadh eas-chruthach ann an èifeachdas dì-ghnìomhachaidh. Gu sònraichte, mheudaich an cosgais uachdar le factar ceithir agus mheudaich na gnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach. Bha an ìre toirt air falbh meanbh-fhàs-bheairtean an urra ri meanbh-fhàs-bheairtean agus bha e eadar 1.0 agus 3.8 log às dèidh nochdadh 45 mionaid do dòs aerosol de 40,000 #/cc EWNS.
’S e truailleadh meanbh-bhitheach am prìomh adhbhar airson tinneasan a tha air an giùlan le biadh agus a tha air adhbhrachadh le bhith a’ slugadh pathogens no na tocsainnean aca. Anns na Stàitean Aonaichte a-mhàin, bidh tinneasan a tha air an giùlan le biadh ag adhbhrachadh mu 76 millean tinneas, 325,000 inntrigeadh ospadail, agus 5,000 bàs gach bliadhna1. A bharrachd air an sin, tha Roinn Àiteachais nan Stàitean Aonaichte (USDA) a’ meas gu bheil barrachd caitheamh de thoradh ùr an urra ri 48% de na tinneasan a tha air an giùlan le biadh a chaidh aithris anns na Stàitean Aonaichte2. Tha cosgais ghalaran is bàsan air adhbhrachadh le pathogens a tha air an giùlan le biadh anns na Stàitean Aonaichte glè àrd, air a mheas leis na h-Ionaidean airson Smachd agus Casg Galar (CDC) aig còrr air US $ 15.6 billean gach bliadhna3.
An-dràsta, thathas a’ dèanamh eadar-theachdan ceimigeach4, rèididheachd5 agus teirmeach6 an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean gus dèanamh cinnteach à sàbhailteachd bìdh sa mhòr-chuid aig puingean smachd èiginneach cuibhrichte (CCPn) air feadh an t-sèine cinneasachaidh (mar as trice às deidh a’ bhuain agus/no rè pacadh) seach a bhith gan dèanamh gu leantainneach. mar sin, tha iad buailteach do thar-thruailleadh. 7. Tha feum air eadar-theachdan an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean a dh’ fhaodar a chur an sàs air feadh an t-sreath bho thuathanas gu bòrd agus aig an aon àm a’ lughdachadh buaidh agus chosgaisean àrainneachdail.
O chionn ghoirid, chaidh àrd-ùrlar antimicrobial stèidhichte air nanoteicneòlas, gun cheimigean, a leasachadh a dh’ fhaodas bacteria uachdar is san adhar a dhì-ghnìomhachadh le bhith a’ cleachdadh nano-structaran uisge fuadain (EWNS). Chaidh EWNS a cho-chur ri chèile le bhith a’ cleachdadh dà phròiseas co-shìnte, electrospraying agus ianachadh uisge (Figear 1a). Tha sgrùdaidhean roimhe air sealltainn gu bheil seata sònraichte de fheartan fiosaigeach is bith-eòlasach aig EWNS8,9,10. Tha cuibheasachd de 10 dealanan gach structar aig EWNS agus meud cuibheasach nanosgèile de 25 nm (Figear 1b,c)8,9,10. A bharrachd air an sin, sheall ath-shonnrachadh snìomh dealanach (ESR) gu bheil tòrr ghnèithean ogsaidean ath-ghnìomhach (ROS) ann an EWNS, gu sònraichte radicals hydroxyl (OH•) agus superoxide (O2-) (Figear 1c)8. Tha EVNS san adhar airson ùine mhòr agus faodaidh e bualadh ri meanbh-fhàs-bheairtean crochte san adhar agus an làthair air an uachdar, a’ lìbhrigeadh an luchd ROS aca agus ag adhbhrachadh dì-ghnìomhachadh meanbh-fhàs-bheairtean (Figear 1d). Sheall na sgrùdaidhean tràtha seo cuideachd gum faod EWNS eadar-obrachadh le diofar bacteria gram-àicheil agus gram-dheimhinneach, nam measg mycobacteria, air uachdaran agus san adhar, agus an dì-ghnìomhachadh. Sheall maicreasgopaidh dealanach tar-chuir gur e briseadh air membran na cealla a dh’ adhbharaich an dì-ghnìomhachadh. A bharrachd air an sin, tha sgrùdaidhean anail a-steach géar air sealltainn nach eil dòsan àrda de EWNS ag adhbhrachadh milleadh sgamhain no sèid 8.
(a) Bidh dealan-spraeadh a’ tachairt nuair a chuirear bholtadh àrd eadar tiùb capillary anns a bheil leaghan agus electrod-aghaidh. (b) Bidh cur cuideam àrd ag adhbhrachadh dà rud eadar-dhealaichte: (i) dealan-spraeadh uisge agus (ii) cruthachadh ghnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach (ianan) glaiste anns an EWNS. (c) Structar sònraichte EWNS. (d) Air sgàth an nàdair nano-sgèile, tha EWNS gu math gluasadach agus faodaidh iad eadar-obrachadh le pathogens adhair.
Chaidh comas àrd-ùrlar an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean a tha air an giùlan le biadh a dhì-ghnìomhachadh air uachdar biadh ùr a nochdadh o chionn ghoirid. Chaidh a shealltainn cuideachd gum faodar cosgais uachdar EWNS ann an co-bhonn ri raon dealain a chleachdadh gus lìbhrigeadh cuimsichte a choileanadh. A bharrachd air an sin, bha toraidhean tòiseachaidh airson tomatoan organach às deidh nochdadh 90 mionaid aig EWNS de mu 50,000 #/cm3 misneachail, le diofar meanbh-fhàs-bheairtean a tha air an giùlan le biadh leithid E. coli agus Listeria 11 air am faicinn. A bharrachd air an sin, cha do sheall deuchainnean organoleptic tòiseachaidh buaidhean mothachaidh an taca ri tomatoan smachd. Ged a tha na toraidhean dì-ghnìomhachaidh tùsail seo misneachail airson tagraidhean sàbhailteachd bìdh eadhon aig dòsan EWNS glè ìosal de 50,000 #/cc. faic, tha e soilleir gum biodh comas dì-ghnìomhachaidh nas àirde nas buannachdail gus cunnart gabhaltachd agus milleadh a lughdachadh tuilleadh.
An seo, cuiridh sinn fòcas ar rannsachaidh air leasachadh àrd-ùrlar ginealach EWNS gus leigeil le paramadairean co-chur a bhith air an gleusadh gu mionaideach agus feartan fiosaigeach-cheimigeach EWNS a bharrachadh gus an comas antibacterial aca a neartachadh. Gu sònraichte, tha an leasachadh air fòcas a chuir air an luchd uachdar aca a mheudachadh (gus lìbhrigeadh cuimsichte a leasachadh) agus susbaint ROS (gus èifeachdas dì-ghnìomhachaidh a leasachadh). Comharrachadh a dhèanamh air feartan fiosaigeach-cheimigeach air an leasachadh (meud, luchd agus susbaint ROS) a’ cleachdadh dhòighean anailis ùr-nodha agus meanbh-fhàs-bheairtean bìdh cumanta leithid E. .
Chaidh EVNS a cho-chur ri chèile le bhith a’ dealan-spùtadh agus ag ianachadh uisge àrd-ghlan (18 MΩ cm–1) aig an aon àm. Mar as trice, bidh an nebulizer dealain 12 air a chleachdadh airson atomachadh lionntan agus co-chur mìrean polymer agus ceirmeag 13 agus snàithleanan 14 de mheud fo smachd.
Mar a chaidh a mhìneachadh ann am foillseachaidhean roimhe 8, 9, 10, 11, ann an deuchainn àbhaisteach, chaidh bholtadh àrd a chuir an sàs eadar capillary meatailt agus electrod cunntair talmhaichte. Rè a’ phròiseis seo, bidh dà rud eadar-dhealaichte a’ tachairt: i) electrospraying agus ii) ianachadh uisge. Bidh raon dealain làidir eadar an dà electrod ag adhbhrachadh gum bi cosgaisean àicheil a’ togail suas air uachdar an uisge dlùthaichte, agus mar thoradh air sin bidh cònaichean Taylor air an cruthachadh. Mar thoradh air an sin, bidh boinneagan uisge le luchdan àrda air an cruthachadh, a chumas orra a’ briseadh suas gu bhith nan gràineanan nas lugha, mar a tha ann an teòiridh Rayleigh16. Aig an aon àm, bidh raointean dealain làidir ag adhbhrachadh gum bi cuid de mholacilean uisge a’ sgoltadh agus a’ rùsgadh dealanan (a’ ianachadh), agus mar thoradh air sin bidh mòran de ghnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach (ROS)17 air an cruthachadh. Chaidh ROS18 a chaidh a chruthachadh aig an aon àm a ghlacadh ann an EWNS (Figear 1c).
Air figear 2a, chithear an siostam gineadh EWNS a chaidh a leasachadh agus a chleachdadh ann an co-chur EWNS san sgrùdadh seo. Chaidh uisge glan, a bha air a stòradh ann am botal dùinte, a bhiadhadh tro phìob Teflon (trast-thomhas a-staigh 2 mm) a-steach do shnàthad stàilinn gun smal 30G (capillary meatailt). Tha sruthadh an uisge air a smachdachadh le cuideam an èadhair taobh a-staigh a’ bhotal, mar a chithear ann am Figear 2b. Tha an t-snàthad air a chuir air consol Teflon agus faodar a h-atharrachadh le làimh gu astar sònraichte bhon electrod-cunntais. Tha an electrod-cunntais na diosc alùmanum snasta le toll sa mheadhan airson samplachadh. Fon electrod-cunntais tha tunail samplachaidh alùmanum, a tha ceangailte ris a’ chòrr den t-suidheachadh deuchainneach tro phort samplachaidh (Figear 2b). Gus casg a chuir air cruinneachadh luchd a dh’ fhaodadh obrachadh an samplaiche a chuir às a chèile, tha a h-uile pàirt den samplaiche ceangailte gu dealan.
(a) Siostam Gineadh Nanostructar Uisge Innleadaichte (EWNS). (b) Earrann-tarsainn den samplaiche agus an dealan-sprae, a’ sealltainn nam paramadairean as cudromaiche. (c) Suidheachadh deuchainneach airson dì-ghnìomhachadh bacteria.
Tha an siostam gineadh EWNS a chaidh a mhìneachadh gu h-àrd comasach air prìomh pharaimeatairean obrachaidh atharrachadh gus mìneachadh a dhèanamh air feartan an EWNS. Atharraich am bholtaids a chaidh a chur an sàs (V), an t-astar eadar an t-snàthad agus an electrod-aghaidh (L), agus an t-sruthadh uisge (φ) tron ​​​​​​chaipilair gus feartan an EWNS a mhìneachadh. Samhla a thathar a’ cleachdadh gus diofar choimeasgaidhean a riochdachadh: [V (kV), L (cm)]. Atharraich an t-sruthadh uisge gus còn Taylor seasmhach de sheata sònraichte fhaighinn [V, L]. Airson adhbharan an sgrùdaidh seo, chaidh trast-thomhas fosglaidh an electrod-aghaidh (D) a chumail aig 0.5 òirleach (1.29 cm).
Air sgàth an geoimeatraidh chuingealaichte agus an neo-chothromachd, chan urrainnear neart an raoin dealain obrachadh a-mach bho na prionnsabalan tùsail. An àite sin, chaidh am bathar-bog QuickField™ (Svendborg, an Danmhairg)19 a chleachdadh gus an raon dealain obrachadh a-mach. Chan eil an raon dealain co-ionnan, agus mar sin chaidh luach an raoin dealain aig bàrr a’ chaipileid a chleachdadh mar luach fiosrachaidh airson diofar rèiteachaidhean.
Rè na sgrùdaidh, chaidh grunn choimeasgaidhean de bholtaids agus astar eadar an t-snàthad agus an electrod-cunntais a mheasadh a thaobh cruthachadh còn Taylor, seasmhachd còn Taylor, seasmhachd cinneasachaidh EWNS, agus ath-riochdachadh. Tha diofar choimeasgaidhean air an sealltainn ann an Clàr Taiceil S1.
Chaidh toradh siostam gineadh EWNS a cheangal gu dìreach ri Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Modail 3936, TSI, Shoreview, MN) airson tomhas dùmhlachd àireamh nam mìrean, a bharrachd air Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Modail 3068B, Shoreview, MN). ) airson sruthan aerosol chaidh a thomhas mar a chaidh a mhìneachadh san fhoillseachadh roimhe againn. Chaidh an dà chuid an SMPS agus an electrometer aerosol a samplachadh aig ìre sruthadh de 0.5 L/min (sruthadh iomlan an t-sampall 1 L/min). Chaidh dùmhlachd àireamh nam mìrean agus an sruth aerosol a thomhas airson 120 diogan. Tha an tomhas air ath-aithris 30 uair. Stèidhichte air tomhais sruth, tha an cosgais aerosol iomlan air a thomhas agus tha cosgais chuibheasach EWNS air a mheasadh airson àireamh iomlan sònraichte de ghràinean EWNS taghte. Faodar cosgais chuibheasach EWNS obrachadh a-mach a’ cleachdadh Co-aontar (1):
far a bheil IEl a’ riochdachadh an t-sruth a chaidh a thomhas, NSMPS a’ riochdachadh an dùmhlachd didseatach a chaidh a thomhas leis an SMPS, agus φEl a’ riochdachadh an ìre sruthadh gach electrometer.
Leis gu bheil buaidh aig taiseachd coimeasach (RH) air cosgais an uachdair, chaidh an teòthachd agus (RH) a chumail seasmhach rè an deuchainn aig 21°C agus 45%, fa leth.
Chaidh maicreasgopaidh feachd atamach (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) agus probe AC260T (Olympus, Tokyo, Iapan) a chleachdadh gus meud agus fad-beatha an EWNS a thomhas. B’ e 1 Hz tricead sganaidh an AFM, b’ e 5 μm × 5 μm an raon sganaidh, agus 256 loidhnichean sganaidh. Chaidh na h-ìomhaighean uile a chur fo cho-thaobhadh ìomhaigh 1d òrdugh a’ cleachdadh bathar-bog Asylum (raon masg 100 nm, stairsneach 100 pm).
Chaidh an tunail deuchainn a thoirt air falbh agus chaidh uachdar a’ mhica a chur aig astar 2.0 cm bhon electrod-chunntair airson ùine chuibheasach de 120 diogan gus casg a chuir air cruinneachadh mìrean agus cruthachadh boinneagan neo-riaghailteach air uachdar a’ mhica. Chaidh EWNS a spùtadh gu dìreach air uachdar mica ùr-gheàrrte (Ted Pella, Redding, CA). Ìomhaigh de uachdar a’ mhica dìreach às deidh spùtadh AFM. Tha ceàrn conaltraidh uachdar mica ùr-gheàrrte neo-atharraichte faisg air 0°, agus mar sin tha EVNS air a sgaoileadh air uachdar a’ mhica ann an cruth cruinneach. Chaidh trast-thomhas (a) agus àirde (h) nam boinneagan sgaoilidh a thomhas gu dìreach bhon chruth-tìre AFM agus chaidh an cleachdadh gus meud sgaoilidh cruinneach EWNS obrachadh a-mach a’ cleachdadh an dòigh a chaidh a dhearbhadh roimhe. A’ gabhail ris gu bheil an aon mheud aig an EWNS air bòrd, faodar an trast-thomhas co-ionann obrachadh a-mach a’ cleachdadh Co-aontar (2):
Stèidhichte air an dòigh a chaidh a leasachadh roimhe, chaidh ribe snìomh ath-shonnrachaidh snìomh electron (ESR) a chleachdadh gus làthaireachd eadar-mheadhanairean radaigeach geàrr-ùine ann an EWNS a lorg. Chaidh aerosolan a bholgadh tro sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) anns an robh fuasgladh 235 mM de DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Chaidh a h-uile tomhas ESR a dhèanamh a’ cleachdadh speactrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) agus cealla pannal rèidh. Chaidh am bathar-bog Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) a chleachdadh gus an dàta a chruinneachadh agus a sgrùdadh. Chaidh dearbhadh feartan an ROS a dhèanamh airson seata de shuidheachaidhean obrachaidh a-mhàin [-6.5 kV, 4.0 cm]. Chaidh dùmhlachdan EWNS a thomhas a’ cleachdadh an SMPS às deidh cunntas a thoirt air call EWNS anns an inneal-buachair.
Chaidh ìrean òson a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Airson gach feart EWNS, thathar a’ cleachdadh a’ chuibheasaich mar an luach tomhais, agus thathar a’ cleachdadh an claonadh àbhaisteach mar an mearachd tomhais. Chaidh deuchainnean-T a dhèanamh gus luachan nam feartan EWNS leasaichte a choimeas ris na luachan co-fhreagarrach den EWNS bunaiteach.
Tha Figear 2c a’ sealltainn siostam “tarraing” sileadh electrostatach (EPES) a chaidh a leasachadh agus a chomharrachadh roimhe seo a ghabhas cleachdadh airson lìbhrigeadh cuimsichte de EWNS aig an uachdar. Bidh EPES a’ cleachdadh cosgaisean EVNS a ghabhas “stiùireadh” gu dìreach gu uachdar na targaid fo bhuaidh raon dealain làidir. Tha mion-fhiosrachadh mun t-siostam EPES air a thaisbeanadh ann am foillseachadh o chionn ghoirid le Pyrgiotakis et al. 11 . Mar sin, tha EPES air a dhèanamh suas de sheòmar PVC clò-bhuailte 3D le cinn biorach agus tha dà phlàta meatailt stàilinn gun smal co-shìnte (stàilinn gun smal 304, còmhdaichte le sgàthan) aig a’ mheadhan 15.24 cm bho chèile. Bha na bùird ceangailte ri stòr àrd-bholtaids taobh a-muigh (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), bha am plàta ìosal an-còmhnaidh ceangailte ri bholtadh deimhinneach, agus bha am plàta àrd an-còmhnaidh ceangailte ri talamh (talamh fleòdraidh). Tha ballachan an t-seòmair còmhdaichte le foil alùmanaim, a tha air a thalamh gu dealain gus casg a chuir air call mìrean. Tha doras luchdaidh aghaidh seulaichte aig an t-seòmar a leigeas le uachdaran deuchainn a bhith air an cur air seasamh plastaig a thogas iad os cionn a’ phlàta meatailt ìosal gus casg a chuir air bacadh àrd-bholtaids.
Chaidh èifeachdas tasgaidh EWNS ann an EPES obrachadh a-mach a rèir pròtacal a chaidh a leasachadh roimhe a tha mionaideach ann am Figear Taiceil S111.
Mar sheòmar smachd, chaidh dàrna seòmar sruthadh siolandair a cheangal ann an sreath ris an t-siostam EPES, anns an deach criathrag HEPA eadar-mheadhanach a chleachdadh gus EWNS a thoirt air falbh. Mar a chithear ann am Figear 2c, chaidh an aerosol EWNS a phumpadh tro dhà sheòmar togte. Bidh an criathrag eadar an seòmar smachd agus EPES a’ toirt air falbh EWNS sam bith a tha air fhàgail agus mar thoradh air sin bidh an aon teòthachd (T), taiseachd coimeasach (RH) agus ìrean òson ann.
Chaidh faighinn a-mach gu bheil meanbh-fhàs-bheairtean cudromach a tha air an giùlan le biadh a’ truailleadh biadh ùr leithid E. coli (ATCC #27325), comharra fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), pathogen a tha air a ghiùlan le biadh, Listeria harmless (ATCC #33090), ionadach airson Listeria monocytogenes pathogenic, a thàinig bho ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), ionadach airson beirm milleadh, agus bacteria neo-ghnìomhach nas seasmhaiche, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Ceannaich bogsaichean air thuaiream de thomatathan fìon-dhearcan organach bhon mhargaidh ionadail agad agus cuir san fhrigeradair iad aig 4°C gus an tèid an cleachdadh (suas ri 3 latha). Bha na tomataichean deuchainneach uile den aon mheud, mu 1/2 òirleach ann an trast-thomhas.
Tha na protocolaidhean cultar, banachdach, nochdaidh, agus cunntadh choloinidh air am mìneachadh san fhoillseachadh roimhe againn agus air am mìneachadh anns an Dàta a bharrachd. Chaidh èifeachdas EWNS a mheasadh le bhith a’ nochdadh tomatoan air an robh an banachdach do 40,000 #/cm3 airson 45 mionaidean. Gu h-aithghearr, chaidh trì tomatoan a chleachdadh gus na meanbh-fhàs-bheairtean a bha beò a mheasadh aig an àm t = 0 min. Chaidh trì tomatoan a chur ann an EPES agus chaidh an nochdadh do EWNS aig 40,000 #/cc (tomatoan fosgailte do EWNS) agus chaidh an trì a bha air fhàgail a chur anns an t-seòmar smachd (tomatoan smachd). Cha deach giullachd a bharrachd a dhèanamh air tomatoan anns an dà bhuidheann. Chaidh tomatoan fosgailte do EWNS agus tomatoan smachd a thoirt air falbh às deidh 45 mionaidean gus buaidh EWNS a mheasadh.
Chaidh gach deuchainn a dhèanamh ann an trì leth-bhreac. Chaidh mion-sgrùdadh dàta a dhèanamh a rèir a’ phròtacal a tha air a mhìneachadh anns an Dàta a bharrachd.
Chaidh measadh a dhèanamh air dòighean dì-ghnìomhachaidh le bhith a’ cur sìos sampallan EWNS fosgailte (45 mionaid aig dùmhlachd aerosol EWNS de 40,000 #/cm3) agus sampallan neo-irradiated de bacteria gun chron E. coli, Salmonella enterica agus Lactobacillus. Chaidh na mìrean a shocrachadh ann an 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde agus 0.03% searbhag picric ann am bufair sodium cacodylate 0.1 M (pH 7.4) airson 2 uair a thìde aig teòthachd an t-seòmair. Às dèidh nighe, iar-shuidhich le 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) airson 2 uair a thìde, nigh 3 tursan ann an uisge agus goir ann an 1% uranyl acetate airson 1 uair a thìde, an uairsin nigh dà uair ann an uisge, an uairsin dì-uisgeachadh airson 10 mionaidean ann an 50%, 70%, 90%, 100% deoch làidir. Chaidh na sampallan an uair sin a chur ann am propylene oxide airson 1 uair a thìde agus an uairsin gan bogadh le measgachadh 1:1 de propylene oxide agus TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Chaidh na sampallan a leabachadh ann an TAAB Epon agus an uairsin gan poilimearachadh aig 60°C airson 48 uairean a thìde. Chaidh an roisinn gràinneach air a leigheas a ghearradh agus fhaicinn le TEM a’ cleachdadh miocroscop tar-chuir dealanach àbhaisteach JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Iapan) uidheamaichte le camara AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
Chaidh na deuchainnean uile a dhèanamh ann an trì leth-bhreac. Airson gach puing-ama, chaidh na nighidhean bacteriach a chur ann an trì leth-bhreac, agus mar thoradh air sin bha naoi puingean dàta ann gach puing, agus chaidh a’ chuibheasachd dhiubh sin a chleachdadh mar dùmhlachd bacteriach airson a’ mhicro-fhàs-bheairt shònraichte sin. Chaidh an claonadh àbhaisteach a chleachdadh mar mhearachd tomhais. Tha a h-uile puing a’ cunntadh.
Chaidh logaritam an lùghdachaidh ann an dùmhlachd bacteria an taca ri t = 0 min obrachadh a-mach a’ cleachdadh na foirmle a leanas:
far a bheil C0 a’ riochdachadh dùmhlachd bacteria anns an sampall smachd aig àm 0 (i.e. às dèidh don uachdar tiormachadh ach mus tèid a chur san t-seòmar) agus Cn a’ riochdachadh dùmhlachd bacteria air an uachdar às dèidh n mionaidean de nochdadh.
Gus cunntas a thoirt air crìonadh nàdarra bacteria rè an nochdaidh 45-mionaid, chaidh an lùghdachadh log an taca ris a’ bhuidheann smachd às dèidh 45 mionaidean obrachadh a-mach mar a leanas cuideachd:
far a bheil Cn a’ riochdachadh dùmhlachd bacteria anns an sampall smachd aig àm n agus Cn-Control a’ riochdachadh dùmhlachd bacteria smachd aig àm n. Tha dàta air a thaisbeanadh mar lùghdachadh log an taca ris a’ smachd (gun nochdadh EWNS).
Rè an sgrùdaidh, chaidh grunn choimeasgaidhean de bholtaids agus astar eadar an t-snàthad agus an electrod-cunntais a mheasadh a thaobh cruthachadh còn Taylor, seasmhachd còn Taylor, seasmhachd cinneasachadh EWNS, agus ath-riochdachadh. Tha diofar choimeasgaidhean air an sealltainn ann an Clàr-taice S1. Chaidh dà chùis a’ sealltainn feartan seasmhach agus ath-riochdachadh (còn Taylor, gineadh EWNS, agus seasmhachd thar ùine) a thaghadh airson sgrùdadh coileanta. Air fig. Tha Figear 3 a’ sealltainn nan toraidhean airson cosgais, meud agus susbaint ROS anns an dà chùis. Tha na toraidhean cuideachd air an geàrr-chunntas ann an Clàr 1. Airson fiosrachaidh, tha feartan an EWNS8, 9, 10, 11 neo-optamaichte a chaidh a cho-chur roimhe (bun-loidhne-EWNS) ann am Figear 3 agus Clàr 1. Tha àireamhachadh cudromachd staitistigeil a’ cleachdadh deuchainn-t dà-earballach air an ath-fhoillseachadh ann an Clàr-taice S2. A bharrachd air an sin, tha dàta a bharrachd a’ toirt a-steach sgrùdaidhean air buaidh trast-thomhas toll samplachaidh electrod-cunntais (D) agus astar eadar electrod talmhainn agus bàrr (L) (Figearan-taice S2 agus S3).
(ac) Sgaoileadh meud air a thomhas le AFM. (df) Feart cosgais uachdar. (g) Comharrachadh ROS an EPR.
Tha e cudromach cuideachd a thoirt fa-near, airson nan suidheachaidhean gu h-àrd uile, gu robh an sruth ianachaidh a chaidh a thomhas eadar 2 agus 6 μA agus am bholtaids eadar -3.8 agus -6.5 kV, agus mar thoradh air sin bha caitheamh cumhachd nas lugha na 50 mW airson a’ mhodal conaltraidh ginealach EWNS singilte seo. Ged a chaidh EWNS a cho-chur fo chuideam àrd, bha ìrean òson glè ìosal, gun a bhith a-riamh nas àirde na 60 ppb.
Tha Figear Leasachail S4 a’ sealltainn nan raointean dealain samhlaichte airson nan suidheachaidhean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], fa leth. Airson nan suidheachaidhean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], tha na h-àireamhachadh achaidh 2 × 105 V/m agus 4.7 × 105 V/m, fa leth. Tha seo ri dùil, leis gu bheil an co-mheas bholtaids-astar mòran nas àirde san dàrna cùis.
Air fig. 3a,b chithear trast-thomhas an EWNS air a thomhas leis an AFM8. B’ e 27 nm agus 19 nm na trast-thomhasan cuibheasach EWNS a chaidh obrachadh a-mach airson nan sgeamaichean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], fa leth. Airson nan suidheachaidhean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], tha na claonaidhean àbhaisteach geoimeatrach de na cuairteachaidhean 1.41 agus 1.45, fa leth, a’ nochdadh sgaoileadh meud cumhang. Tha an dà chuid am meud cuibheasach agus an claonadh àbhaisteach geoimeatrach glè fhaisg air an EWNS bunaiteach, aig 25 nm agus 1.41, fa leth. Air fig. 3c chithear sgaoileadh meud an EWNS bunaiteach air a thomhas a’ cleachdadh an aon dhòigh fo na h-aon chumhachan.
Air figear 3d, tha e a’ sealltainn toraidhean comharrachadh nan cosgaisean. Is e tomhasan cuibheasach de 30 tomhas aig an aon àm de dh’fhilleadh (#/cm3) agus sruth (I) a th’ anns an dàta. Tha an anailis a’ sealltainn gu bheil an cosgais chuibheasach air an EWNS 22 ± 6 e- agus 44 ± 6 e- airson [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm], fa leth. Tha cosgaisean uachdar mòran nas àirde aca an taca ri EWNS bunaiteach (10 ± 2 e-), dà uair nas motha na an suidheachadh [-6.5 kV, 4.0 cm] agus ceithir tursan nas motha na an suidheachadh [-3.8 kV, 0.5 cm]. Tha Figear 3f a’ sealltainn an dàta cosgais airson EWNS Bun-loidhne.
Bho na mapaichean dùmhlachd den àireamh EWNS (Figearan a bharrachd S5 agus S6), chithear gu bheil tòrr a bharrachd ghràineanan anns an t-suidheachadh [-6.5 kV, 4.0 cm] na anns an t-suidheachadh [-3.8 kV, 0.5 cm]. Is fhiach a thoirt fa-near cuideachd gun deach sùil a chumail air dùmhlachd àireamh EWNS suas ri 4 uairean a thìde (Figearan a bharrachd S5 agus S6), far an do sheall seasmhachd ginealach EWNS na h-aon ìrean de dùmhlachd àireamh ghràinean anns an dà chùis.
Air figear 3g, chithear speactram EPR an dèidh toirt air falbh smachd EWNS leasaichte (cùl-raon) aig [-6.5 kV, 4.0 cm]. Chaidh na speactraman ROS a choimeas cuideachd ris an t-suidheachadh Baseline-EWNS ann an obair a chaidh fhoillseachadh roimhe. Chaidh an àireamh de EWNS ag ath-fhreagairt le ribe snìomh obrachadh a-mach mar 7.5 × 104 EWNS/s, a tha coltach ris an Baseline-EWNS8 a chaidh fhoillseachadh roimhe. Sheall na speactraman EPR gu soilleir gu robh dà sheòrsa ROS an làthair, le O2- mar a’ phrìomh ghnè agus OH• nas lugha pailt. A bharrachd air an sin, sheall coimeas dìreach eadar dian nam prìomh àiteachan gu robh susbaint ROS gu math nas àirde aig an EWNS leasaichte an taca ris an EWNS bunaiteach.
Air figear 4 chithear èifeachdas tasgadh EWNS ann an EPES. Tha geàrr-chunntas den dàta ann an Clàr I cuideachd agus air a choimeas ris an dàta EWNS tùsail. Airson an dà chùis de EUNS, tha an tasgadh faisg air 100% eadhon aig bholtaids ìosal de 3.0 kV. Mar as trice, tha 3.0 kV gu leòr airson tasgadh 100%, ge bith dè an atharrachadh ann an cosgais uachdar. Fo na h-aon chumhachan, cha robh èifeachdas tasgadh Baseline-EWNS ach 56% air sgàth an cosgais nas ìsle (cuibheasachd de 10 dealanan gach EWNS).
Air figear 5 agus ann an clàr 2, tha geàrr-chunntas ann air luach neo-ghnìomhachaidh meanbh-fhàs-bheairtean a chaidh a chur air uachdar tomato an dèidh dhaibh a bhith fosgailte do mu 40,000 #/cm3 EWNS airson 45 mionaidean aig a’ mhodh as fheàrr [-6.5 kV, 4.0 cm]. Sheall E. coli agus Lactobacillus innocuous a chaidh a chur a-steach lùghdachadh mòr de 3.8 log rè na h-ùine nochdaidh 45 mionaid. Fo na h-aon chumhachan, bha lùghdachadh 2.2-log aig S. enterica, agus bha lùghdachadh 1.0-log aig S. cerevisiae agus M. parafortutum.
Tha na micreagrafan dealanach (Figear 6) a’ sealltainn nan atharrachaidhean corporra a dh’ adhbhraich EWNS air ceallan neo-chiontach Escherichia coli, Streptococcus, agus Lactobacillus a’ leantainn gu an neo-ghnìomhachadh. Bha membranan cealla slàn aig a’ bacteria smachd, agus bha membranan a-muigh millte aig a’ bacteria a bha fosgailte.
Nochd ìomhaighean microsgopail dealanach de bacteria smachd agus bacteria fosgailte milleadh air an membran.
Tha an dàta air feartan fiosaigeach-cheimigeach an EWNS leasaichte a’ sealltainn gu còmhla gun deach feartan (cosgais uachdar agus susbaint ROS) an EWNS a leasachadh gu mòr an taca ris an dàta bunaiteach EWNS a chaidh fhoillseachadh roimhe8,9,10,11. Air an làimh eile, dh’fhan am meud anns an raon nanomeatair, glè choltach ris na toraidhean a chaidh aithris roimhe, a’ leigeil leotha fuireach san adhar airson ùine mhòr. Faodar am polysgaping a chaidh fhaicinn a mhìneachadh le atharrachaidhean cosgais uachdar a tha a’ dearbhadh meud EWNS, neo-riaghailteachd buaidh Rayleigh, agus co-aonadh a dh’fhaodadh a bhith ann. Ach, mar a mhìnich Nielsen et al.22, bidh cosgais uachdar àrd a’ lughdachadh falmhachadh le bhith ag àrdachadh lùth / teannachadh uachdar an boinne uisge gu h-èifeachdach. Anns an fhoillseachadh roimhe againn8 chaidh an teòiridh seo a dhearbhadh gu deuchainneach airson meanbh-bhroinneagan 22 agus EWNS. Faodaidh call cosgais rè ùine a bharrachd buaidh a thoirt air a’ mheud cuideachd agus cur ris an sgaoileadh meud a chaidh fhaicinn.
A bharrachd air an sin, tha an cosgais gach structar mu 22-44 e-, a rèir an t-suidheachaidh, a tha gu math nas àirde an taca ris an EWNS bunaiteach, aig a bheil cosgais chuibheasach de 10 ± 2 dealan gach structar. Ach, bu chòir a thoirt fa-near gur e seo cosgais chuibheasach EWNS. Seto et al. Chaidh a shealltainn gu bheil an cosgais neo-aonghnèitheach agus a’ leantainn sgaoileadh log-àbhaisteach21. An taca ris an obair a bh’ againn roimhe, bidh dùblachadh a’ chosgais uachdar a’ dùblachadh èifeachdas an tasgaidh anns an t-siostam EPES gu faisg air 100%11.