Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Tha thu a’ cleachdadh dreach den bhrobhsair agad le taic CSS cuibhrichte. 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). A bharrachd air an sin, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, tha sinn a’ sealltainn an làraich gun stoidhlichean agus JavaScript.
O chionn ghoirid, chaidh àrd-ùrlar antimicrobial saor bho cheimigean stèidhichte air nanoteicneòlas a’ cleachdadh nanostructaran uisge fuadain (EWNS) a leasachadh. Tha cosgais uachdar àrd aig EWNS agus tha iad beairteach ann an 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. Chaidh comharrachadh feartan EWNS (cosgais, meud, agus susbaint ROS) a dhèanamh a’ cleachdadh dhòighean anailis ùr-nodha. A bharrachd air an sin, chaidh meanbh-fhàs-bheairtean bìdh leithid Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, agus Saccharomyces cerevisiae a chuir air uachdar tomatoan fìon-dhearcan organach gus am comas dì-ghnìomhachaidh meanbh-fhàs-bheairtean a mheasadh. 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 susbaint ROS. 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 deidh 45 mionaid de nochdadh do dòs aerosol de 40,000 #/cm3 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. Tha tinneasan a tha air an giùlan le biadh cunntachail airson timcheall air 76 millean tinneas, 325,000 ospadalachadh, agus 5,000 bàs gach bliadhna anns na Stàitean Aonaichte a-mhàin1. A bharrachd air an sin, tha Roinn Àiteachais nan Stàitean Aonaichte (USDA) a’ meas gu bheil barrachd caitheamh de thoradh ùr cunntachail airson 48 sa cheud de na tinneasan a tha air an giùlan le biadh a chaidh aithris anns na Stàitean Aonaichte2. Tha cosgais tinneas is bàis bho 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, tha eadar-theachdan ceimigeach4, rèididheachd5 agus teirmeach6 an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean gus dèanamh cinnteach à sàbhailteachd bìdh air an cur an gnìomh sa mhòr-chuid aig puingean smachd èiginneach cuibhrichte (CCPn) anns an t-sèine cinneasachaidh (mar as trice às deidh a’ bhuain agus/no rè pacadh) seach a bhith air an cur an gnìomh gu leantainneach ann an dòigh gus am bi toradh ùr fo ùmhlachd tar-thruailleadh7. Tha feum air eadar-theachdan an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean gus smachd nas fheàrr a chumail air tinneas a tha air a ghiùlan le biadh agus milleadh bìdh agus tha comas aca an cur an sàs air feadh an leantainneachd bhon tuathanas chun bhòrd. Nas lugha de bhuaidh agus cosgais.
O chionn ghoirid, chaidh àrd-ùrlar antimicrobial gun cheimigean stèidhichte air nanoteicneòlas a leasachadh gus bacteria a dhì-ghnìomhachadh air uachdaran agus san adhar le bhith a’ cleachdadh nano-structaran uisge fuadain (EWNS). Airson co-chur EVNS, chaidh dà phròiseas co-shìnte a chleachdadh: electrospraying agus ianachadh uisge (Figear 1a). Chaidh a shealltainn roimhe seo gu bheil seata sònraichte de fheartan fiosaigeach agus bith-eòlasach aig EWNS8,9,10. Tha cuibheasachd de 10 dealanan gach structar aig EWNS agus meud nanometer cuibheasach de 25 nm (Figear 1b,c)8,9,10. A bharrachd air an sin, sheall ath-shuidheachadh snìomh electron (ESR) gu bheil mòran de ghnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach (ROS) ann an EWNS, gu sònraichte radicals hydroxyl (OH•) agus superoxide (O2-) (Figear 1c)8. Dh’fhuirich EWNS san adhar airson ùine mhòr agus dh’ fhaodadh iad bualadh ri meanbh-fhàs-bheairtean crochte san adhar agus an làthair air uachdaran, 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 a tha cudromach do shlàinte a’ phobaill, nam measg mycobacteria, air uachdaran agus san adhar8,9. Sheall maicreasgopaidh dealanach tar-chuir gur e briseadh air membran na cealla a dh’ adhbharaich an neo-ghnìomhachadh. A bharrachd air an sin, tha sgrùdaidhean anail a-steach geur air sealltainn nach eil dòsan àrda de EWNS ag adhbhrachadh milleadh no sèid air na sgamhanan8.
(a) Bidh dealan-spraeadh a’ tachairt nuair a thèid bholtaids àrd a chur an sàs eadar capillary anns a bheil leaghan agus electrod-aghaidh. (b) Bidh cur bholtaids àrd ag adhbhrachadh dà rud eadar-dhealaichte: (i) dealan-spraeadh uisge agus (ii) gineadh ghnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach (ianan) glaiste anns an EWNS. (c) Structar sònraichte EWNS. (d) Tha EWNS gu math gluasadach air sgàth an nàdair nanosgèile agus faodaidh iad eadar-obrachadh le pathogens adhair.
Chaidh comas àrd-ùrlar an-aghaidh meanbh-fhàs-bheairtean bìdh-ghiùlain a dhì-ghnìomhachadh air uachdar biadh ùr a nochdadh o chionn ghoirid. Chaidh a shealltainn cuideachd gum faodar cosgais uachdar EWNS a chleachdadh còmhla ri raon dealain airson lìbhrigeadh cuimsichte. Nas cudromaiche, chaidh toradh tùsail gealltanach fhaicinn de lùghdachadh timcheall air 1.4 log ann an gnìomhachd tomato organach an-aghaidh diofar meanbh-fhàs-bheairtean bìdh leithid E. coli agus Listeria taobh a-staigh 90 mionaid bho bhith fosgailte do EWNS aig dùmhlachd timcheall air 50,000#/cm311. A bharrachd air an sin, cha do sheall deuchainnean measaidh organoleptic tòiseachaidh buaidh organoleptic sam bith an taca ris an tomato smachd. Ged a tha na toraidhean dì-ghnìomhachaidh tùsail seo a’ gealltainn 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 paramadairean an t-sintéis a mhìneachadh 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 fheartan fiosaigeach-cheimigeach air an leasachadh (meud, luchd agus susbaint ROS) a’ cleachdadh dhòighean anailis ùr-nodha agus a’ cleachdadh meanbh-fhàs-bheairtean bìdh cumanta leithid E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae agus M. parafortuitum.
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 atomizer dealain 12 air a chleachdadh gus lionntan agus mìrean polymer agus ceirmeag synthetigeach 13 agus snàithleanan 14 de mheud fo smachd a atomachadh.
Mar a chaidh a mhìneachadh ann am foillseachaidhean roimhe 8, 9, 10, 11, ann an deuchainn àbhaisteach, thèid bholtadh àrd a chuir an sàs eadar capillary meatailt agus electrod cunntair talmhaichte. Rè a’ phròiseis seo, bidh dà rud eadar-dhealaichte a’ tachairt: 1) electrospraying agus 2) ianachadh uisge. Bidh raon dealain làidir eadar an dà electrod ag adhbhrachadh gum bi cosgaisean àicheil a’ togail 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 mìrean nas lugha, a rèir teòiridh Rayleigh16. Aig an aon àm, bidh raon dealain làidir ag adhbhrachadh gum bi cuid de na moileciuilean uisge a’ sgoltadh agus a’ rùsgadh dealanan (ianachadh), agus mar sin a’ gineadh meud mòr de ghnèithean ocsaidean ath-ghnìomhach (ROS)17. Chaidh pacaidean 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) gu snàthad stàilinn gun smal 30G (capillary meatailt). Mar a chithear ann am Figear 2b, tha sruth an uisge air a smachdachadh le cuideam an èadhair taobh a-staigh a’ bhotal. Tha an t-snàthad ceangailte ri consol Teflon a ghabhas 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). Tha a h-uile pàirt den samplaiche air a thalamh gu dealain gus casg a chuir air cruinneachadh luchdan a dh’ fhaodadh samplachadh mìrean a mhilleadh.
(a) Siostam Gineadh Nanostructar Uisge Innleadaichte (EWNS). (b) Earrann-tarsainn den samplaiche agus an aonad electrospray 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-cunntais (L), agus an t-sruthadh uisge (φ) tron ​​​​​​chaipilar gus feartan an EWNS a mhìneachadh. Tha na samhlaidhean [V (kV), L (cm)] air an cleachdadh gus diofar choimeasgaidhean a chomharrachadh. Atharraich an t-sruthadh uisge gus còn Taylor seasmhach de sheata sònraichte [V, L] fhaighinn. Airson adhbharan an sgrùdaidh seo, chaidh fosgladh an electrod-cunntais (D) a shuidheachadh 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 Sizer (SMPS, modail 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) gus dùmhlachd àireamh ghràinean a thomhas agus chaidh a chleachdadh le electrometer aerosol Faraday (TSI, modail 3068B, Shoreview, USA). MN) gus sruthan aerosol a thomhas, mar a chaidh a mhìneachadh san fhoillseachadh roimhe againn9. Rinn an dà chuid an SMPS agus an electrometer aerosol samplachadh aig ìre sruthadh de 0.5 L/min (sruthadh iomlan an t-sampall 1 L/min). Chaidh dùmhlachd ghràinean agus sruthan aerosol a thomhas airson 120 diogan. Dèan an tomhas a-rithist 30 uair. Tha an cosgais aerosol iomlan air a thomhas bho thomhasan gnàthach, agus tha an cosgais EWNS cuibheasach air a thomhas bhon àireamh iomlan de ghràinean EWNS a chaidh a samplachadh. 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 an dùmhlachd àireamhach a chaidh a thomhas leis an SMPS, agus φEl an ìre sruthadh chun electrometer.
Leis gu bheil buaidh aig taiseachd coimeasach (RH) air cosgais an uachdair, chaidh an teòthachd agus (RH) a chumail seasmhach aig 21°C agus 45%, fa leth, rè an deuchainn.
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. Tha an ìre sganaidh AFM 1 Hz agus tha an raon sganaidh 5 µm × 5 µm le 256 loidhnichean sganaidh. Chaidh na h-ìomhaighean uile a chur fo cho-thaobhadh ìomhaigh ciad òrdugh a’ cleachdadh bathar-bog Asylum (masg le raon de 100 nm agus stairsneach de 100 pm).
Thoir air falbh an tunail samplachaidh agus cuir uachdar a’ mhica aig astar 2.0 cm bhon electrod-chunntair airson ùine chuibheasach de 120 diogan gus casg a chuir air co-chruinneachadh mìrean agus cruthachadh boinneagan neo-riaghailteach air uachdar a’ mhica. Chaidh EWNS a chuir gu dìreach air uachdaran mica ùr-gheàrrte (Ted Pella, Redding, CA). Dìreach às deidh an sputtering, chaidh uachdar a’ mhica a dhèanamh follaiseach le bhith a’ cleachdadh AFM. Tha ceàrn conaltraidh uachdar mica ùr-gheàrrte neo-atharraichte faisg air 0°, agus mar sin bidh EWNS a’ sgaoileadh thairis air uachdar a’ mhica ann an cumadh cruinneach20. 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 dearbhte againn roimhe8. A’ gabhail ris gu bheil an aon mheud aig an EVNS air bòrd, faodar an trast-thomhas co-ionann obrachadh a-mach bho cho-aontar (2):
A rèir 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 thoirt tro fhuasgladh anns an robh 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Chaidh a h-uile tomhas EPR a dhèanamh a’ cleachdadh speactrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) agus sreathan cealla rèidh. Chaidh am bathar-bog Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) a chleachdadh gus an dàta a chruinneachadh agus a sgrùdadh. Chaidh an comharrachadh ROS a dhèanamh airson seata de shuidheachaidhean obrachaidh a-mhàin [-6.5 kV, 4.0 cm]. Chaidh dùmhlachdan EWNS a thomhas a’ cleachdadh SMPS às deidh call EWNS anns an inneal-buailidh a thoirt fa-near.
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, is e luach an tomhais meadhan nan tomhasan, agus is e an claonadh àbhaisteach a th’ anns a’ mhearachd tomhais. Chaidh deuchainn-t a dhèanamh gus luach feart EWNS leasaichte a choimeas ris an luach co-fhreagarrach den EWNS bunaiteach.
Tha Figear 2c a’ sealltainn Siostam Seachad Troimh Sileadh Electrostatach (EPES) a chaidh a leasachadh agus a chomharrachadh roimhe a ghabhas cleachdadh gus EWNS11 a thargaideachadh gu uachdaran. Bidh EPES a’ cleachdadh cosgais EWNS còmhla ri raon dealain làidir gus “comharrachadh” gu dìreach ri uachdar an targaid. 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 anns a bheil dà phlàta meatailt stàilinn gun smal co-shìnte (stàilinn gun smal 304, snasta sgàthan) sa 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 bòrd ìosal an-còmhnaidh deimhinneach agus bha am bòrd àrd an-còmhnaidh talmhaichte (fleòdraidh). Tha ballachan an t-seòmair còmhdaichte le foil alùmanaim, a tha talmhaichte 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 racaichean plastaig, gan togail far 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, tha an dàrna sruthadh tron ​​t-seòmar siolandair ceangailte ann an sreath leis an t-siostam EPES a’ cleachdadh criathrag HEPA eadar-mheadhanach gus EWNS a thoirt air falbh. Mar a chithear ann am figear 2c, chaidh an aerosol EWNS a phumpadh tro dhà sheòmar ceangailte ann an sreath. 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 toradh ùr leithid Escherichia coli (ATCC #27325), comharradh fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), pathogen a tha air a ghiùlan le biadh, Listeria innocua (ATCC #33090), roghainn eile an àite a’ phataigineach Listeria monocytogenes, Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) mar roghainn eile an àite beirm milleadh, agus Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) mar bacteria beò nas seasmhaiche a chaidh a cheannach bho ATCC (Manassas, Virginia).
Ceannaich bogsaichean de thomatathan fìon-dhearcan organach air thuaiream bhon mhargaidh ionadail agad agus cuir san fhrigeradair iad aig 4°C gus an tèid an cleachdadh (suas ri 3 latha). Tagh tomatoan gus deuchainn a dhèanamh orra le aon mheud, mu 1/2 òirleach ann an trast-thomhas.
Tha na protocolaidhean airson goinneadaireachd, banachdach, nochdadh agus cunntadh choloinidh air am mìneachadh gu mionaideach anns na foillseachaidhean roimhe againn agus air am mìneachadh gu mionaideach ann an Dàta a bharrachd 11. Chaidh coileanadh EWNS a mheasadh le bhith a’ nochdadh tomatoan air an robh an banachdach do 40,000 #/cm3 airson 45 mionaidean. Gu h-aithghearr, aig àm t = 0 min, chaidh trì tomatoan a chleachdadh gus na meanbh-fhàs-bheairtean a bha beò a mheasadh. Chaidh trì tomatoan a chur ann an EPES agus chaidh an nochdadh do EWNS aig 40,000 #/cc (tomatoan fosgailte do EWNS) agus chaidh trì eile a chur anns an t-seòmar smachd (tomatoan smachd). Cha deach gin de na buidhnean tomato a phròiseasadh a bharrachd. Chaidh tomatoan agus smachdan fosgailte do EWNS 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 sampallan bacteriach E. coli, Enterobacter, agus L. innocua a chaidh a nochdadh do EWNS (45 mionaid, dùmhlachd aerosol EWNS 40,000 #/cm3) agus gun nochdadh a dhèanamh ann am peileagan gus measadh a dhèanamh air dòighean dì-ghnìomhachaidh. Chaidh an deigheadh ​​a shocrachadh airson 2 uair a thìde aig teòthachd an t-seòmair ann am fuasgladh sodium cacodylate 0.1 M (pH 7.4) le socraiche de 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde agus 0.03% searbhag picric. Às dèidh an nighe, chaidh an socrachadh le 1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) airson 2 uair a thìde, an nighe 3 tursan le uisge agus an goir ann an 1% uranyl acetate airson 1 uair a thìde, agus an uairsin an nighe dà uair le uisge. Às dèidh sin, chaidh dì-uisgeachadh 10 mionaidean gach fear de 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 cur ann am poilimearachadh aig 60°C airson 48 uairean a thìde. Chaidh an roisinn gràinneach air a leigheas a ghearradh agus a shealltainn le TEM a’ cleachdadh JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Iapan), miocroscop dealanach tar-chuir àbhaisteach uidheamaichte le camara AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
Chaidh na deuchainnean uile a dhèanamh ann an trì leth-bhreac. Airson gach puing-ama, chaidh na nighidhean bacteriach a phlàtadh ann an trì leth-bhreac, agus mar thoradh air sin bha naoi puingean dàta ann gach puing, agus chaidh a’ chuibheasachd sin a chleachdadh mar dùmhlachd bacteriach airson an 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 na h-ùine nochdaidh 45 mionaid, chaidh Log-Reduction obrachadh a-mach cuideachd an taca ris a’ chùis smachd aig 45 mionaid mar a leanas:
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 thaghadh airson sgrùdadh coileanta a’ sealltainn feartan seasmhach agus ath-riochdachadh (còn Taylor, cinneasachadh EWNS, agus seasmhachd thar ùine). Ann am figear 3 chithear na toraidhean air cosgais, meud agus susbaint ROS airson dà chùis. Tha geàrr-chunntas air na toraidhean ann an Clàr-taice 1 cuideachd. Airson fiosrachaidh, tha Figear 3 agus Clàr-taice 1 a’ toirt a-steach feartan an EWNS8, 9, 10, 11 neo-leasaichte a chaidh a cho-chur roimhe (bun-loidhne-EWNS). 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 an electrod-cunntais (D) agus an t-astar eadar an electrod talmhainn agus bàrr na snàthaid (L) (Figearan-taice S2 agus S3).
(a–c) Sgaoileadh meud AFM. (d–f) Feart cosgais uachdar. (g) Comharrachadh ROS agus ESR.
Tha e cudromach a thoirt fa-near cuideachd, airson nan suidheachaidhean gu h-àrd uile, gu robh na sruthan ianachaidh a chaidh a thomhas anns an raon 2-6 µA, agus na bholtaids anns an raon -3.8 gu -6.5 kV, agus mar thoradh air an sin, bha caitheamh cumhachd airson an EWNS aon-chrìochnachaidh seo nas lugha na 50 mW. modúl ginealach. Ged a chaidh EWNS a cho-chur fo chuideam àrd, bha ìrean òson glè ìosal, cha robh iad 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. Tha na raointean a rèir nan suidheachaidhean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm] air an obrachadh a-mach mar 2 × 105 V/m agus 4.7 × 105 V/m, fa leth. Tha seo ri shùileachadh, leis gu bheil an co-mheas bholtaids ri astar mòran nas àirde san dàrna cùis.
Air fig. 3a,b chithear trast-thomhas an EWNS air a thomhas leis an AFM8. Chaidh trast-thomhasan cuibheasach an EWNS airson nan suidheachaidhean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm] obrachadh a-mach mar 27 nm agus 19 nm, fa leth. Tha na claonaidhean àbhaisteach geoimeatrach de na cuairteachaidhean airson nan cùisean [-6.5 kV, 4.0 cm] agus [-3.8 kV, 0.5 cm] 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 bun-loidhne-EWNS, is iad sin 25 nm agus 1.41, fa leth. Air fig. 3c chithear sgaoileadh meud an EWNS bun-loidhne 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. An coimeas ri Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), tha an cosgais uachdar aca gu math nas àirde, dà uiread nas àirde na an suidheachadh [-6.5 kV, 4.0 cm] agus ceithir uiread nas àirde na an suidheachadh [-3 .8 kV, 0.5 cm]. Tha 3f a’ sealltainn dàta pàighidh bunaiteach EWNS.
Bho na mapaichean dùmhlachd àireamh EWNS (Figearan a bharrachd S5 agus S6), chithear gu bheil àireamh mòran nas àirde de ghràineanan anns an t-sealladh [-6.5 kV, 4.0 cm] na anns an t-sealladh [-3.8 kV, 0.5 cm]. Bu chòir a thoirt fa-near cuideachd gun deach sùil a chumail air dùmhlachd àireamh EWNS airson 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 gràinean anns an dà chùis.
Tha Figear 3g a’ sealltainn speactram EPR às dèidh toirt air falbh smachd (cùl-raon) airson EWNS leasaichte aig [-6.5 kV, 4.0 cm]. Tha speactram ROS cuideachd air a choimeas ri bun-loidhne EWNS ann am pàipear a chaidh fhoillseachadh roimhe. Is e an àireamh obraichte de EWNS ag ath-fhreagairt leis an ribe snìomh 7.5 × 104 EWNS/s, a tha coltach ris a’ Baseline-EWNS8 a chaidh fhoillseachadh roimhe. Chomharraich na speactraman EPR gu soilleir gu robh dà sheòrsa ROS an làthair, far an robh O2- a’ faighinn làmh an uachdair, agus OH• an làthair ann an ìre nas lugha. A bharrachd air an sin, sheall coimeas dìreach eadar dian nam prìomh ìrean gu robh susbaint ROS gu math nas àirde aig an EWNS leasaichte an taca ris an EWNS bunaiteach.
Tha figear 4 a’ sealltainn 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 EUNS, bha an tasgadh faisg air 100% eadhon aig bholtaids ìosal de 3.0 kV. Mar as trice, tha 3.0 kV gu leòr gus tasgadh 100% a choileanadh ge bith dè an atharrachadh ann an cosgais an uachdair. Fo na h-aon chumhachan, cha robh èifeachdas tasgadh Baseline-EWNS ach 56% air sgàth a’ chosgais nas ìsle (cuibheasachd de 10 dealanan gach EWNS).
Tha Figear 5 agus Clàr 2 a’ toirt geàrr-chunntas air ìre neo-ghnìomhachd meanbh-fhàs-bheairtean a chaidh a chonnadh air uachdar tomato an dèidh dhaibh a bhith fosgailte do mu 40,000 #/cm3 EWNS airson 45 mionaidean fon t-suidheachadh as fheàrr [-6.5 kV, 4.0 cm]. Sheall E. coli agus L. innocua a chaidh a chonnadh lùghdachadh mòr de 3.8 log an dèidh 45 mionaidean de nochdadh. Fo na h-aon chumhachan, sheall S. enterica lùghdachadh log nas ìsle de 2.2 log, agus sheall S. cerevisiae agus M. parafortuitum lùghdachadh 1.0 log.
Micreagrafan dealanach (Figear 6) a’ sealltainn nan atharrachaidhean corporra air an adhbhrachadh le EWNS ann an ceallan E. coli, Salmonella enterica, agus L. innocua a’ leantainn gu neo-ghnìomhachd. Sheall bacteria smachd membranan cealla slàn, agus bha bacteria fosgailte air milleadh a dhèanamh air membranan a-muigh.
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 an EWNS (cosgais uachdair agus susbaint ROS) 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, a tha glè choltach ri toraidhean a chaidh fhoillseachadh roimhe, a’ leigeil leotha fuireach san adhar airson ùine mhòr. Faodar am polysgaping a chaidh fhaicinn a mhìneachadh le atharrachaidhean anns a’ chosgais uachdar, a tha a’ dearbhadh meud buaidh Rayleigh, neo-riaghailteachd, agus aonachadh a dh’fhaodadh a bhith aig EWNS. Ach, mar a mhìnich Nielsen et al.22, bidh cosgais uachdar àrd a’ lughdachadh falmhachadh le bhith ag àrdachadh lùth/teannas uachdar an boinne uisge gu h-èifeachdach. Chaidh an teòiridh seo a dhearbhadh gu deuchainneach airson meanbh-bhroinneagan22 agus EWNS san fhoillseachadh roimhe againn8. Faodaidh call ùine thar ùine buaidh a thoirt air meud cuideachd agus cur ris an sgaoileadh meud a chaidh fhaicinn.
A bharrachd air sin, tha an cosgais gach structar mu 22–44 e-, a rèir nan suidheachaidhean, 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 nach eil an cosgais co-ionnan agus gu bheil e 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.