Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê di Internet Explorer-ê de neçalak bikin). Di vê navberê de, ji bo ku piştgiriya domdar misoger bikin, em ê malperê bêyî şêwaz û JavaScript-ê nîşan bidin.
Di demên dawî de, platformek antîmîkrobî ya bê kîmyewî li ser bingeha nanoteknolojiyê bi karanîna nanostruktûrên ava sûnî (EWNS) hatiye pêşxistin. EWNS barkêşek rûyê bilind heye û bi cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) têr in ku dikarin bi hejmarek mîkroorganîzmayan re têkilî daynin û wan neçalak bikin, di nav de patojenên xwarinê jî. Li vir tê nîşandan ku taybetmendiyên wan di dema sentezê de dikarin werin başkirin û çêtirkirin da ku potansiyela wan a antîbakteriyal bêtir zêde bikin. Platforma laboratîfê ya EWNS ji bo başkirina taybetmendiyên EWNS bi guhertina parametreyên sentezê hate sêwirandin. Taybetmendiya taybetmendiyên EWNS (bark, mezinahî û naveroka ROS) bi karanîna rêbazên analîtîk ên nûjen. Wekî din, ew ji bo potansiyela wan a neçalakkirina mîkrobî li dijî mîkroorganîzmayên xwarinê yên wekî Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum û Saccharomyces cerevisiae hatin nirxandin. Encamên ku li vir têne pêşkêş kirin nîşan didin ku taybetmendiyên EWNS dikarin di dema sentezê de baş werin başkirin, ku di encamê de karîgeriya neçalakkirinê bi rengek eksponansiyel zêde dibe. Bi taybetî, barkêşa rûyê bi çar carî zêde bû û cureyên oksîjenê yên reaktîf zêde bûn. Rêjeya rakirina mîkroban bi mîkrobî ve girêdayî bû û piştî 45 hûrdeman rûbirûbûna dozeke aerosol a 40,000 #/cc EWNS, di navbera 1.0 û 3.8 log de diguhere.
Gemarbûna mîkrobî sedema sereke ya nexweşiyên ji xwarinê çêdibe ku ji ber xwarina mîkroban an toksînên wan çêdibin. Tenê li Dewletên Yekbûyî, nexweşiyên ji xwarinê çêdibin her sal dibin sedema nêzîkî 76 mîlyon nexweşiyan, 325,000 razandinên nexweşxaneyê û 5,000 mirinan1. Wekî din, Wezareta Çandiniyê ya Dewletên Yekbûyî (USDA) texmîn dike ku zêdebûna vexwarina berhemên teze berpirsiyarê %48ê hemî nexweşiyên ji xwarinê çêdibin ên li Dewletên Yekbûyî ye2. Mesrefa nexweşî û mirinên ku ji ber mîkroban çêdibin li Dewletên Yekbûyî pir zêde ye, ji hêla Navendên Kontrol û Pêşîlêgirtina Nexweşiyan (CDC) ve ji zêdetirî 15.6 mîlyar dolarê Amerîkî salane tê texmîn kirin3.
Niha, destwerdanên dijî-mîkrobî yên kîmyewî4, tîrêjên5 û germî6 ji bo misogerkirina ewlehiya xwarinê bi piranî li xalên kontrolê yên krîtîk (CCP) yên sînorkirî li seranserê zincîra hilberînê (bi gelemperî piştî çinînê û/an di dema pakkirinê de) têne kirin, ne ku bi berdewamî. Ji ber vê yekê, ew meyla qirêjbûna xaçerêyî dikin. 7. Kontrolek çêtir a nexweşiyên ji xwarinê çêdibin û xerakirina xwarinê destwerdanên dijî-mîkrobî hewce dike ku potansiyel dikarin li seranserê berdewamiya çandiniyê-heta-maseyê werin sepandin di heman demê de bandora jîngehê û lêçûnan kêm bikin.
Di demên dawî de, platformek dijî-mîkrobî ya bê kîmyewî û li ser bingeha nanoteknolojiyê hatiye pêşxistin ku dikare bakteriyên rûberî û hewayî bi karanîna nanostruktûrên ava sûnî (EWNS) bêçalak bike. EWNS bi karanîna du pêvajoyên paralel, elektrospray û îyonîzasyona avê, hatiye sentezkirin (Wêne 1a). Lêkolînên berê nîşan dane ku EWNS xwedî komek taybetmendiyên fîzîkî û biyolojîkî yên bêhempa ne8,9,10. EWNS bi navînî 10 elektron di her avahiyê de û mezinahiya nanopîvana navînî 25 nm e (Wêne 1b,c)8,9,10. Wekî din, rezonansa spîna elektronê (ESR) nîşan da ku EWNS mîqdarek mezin ji cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) dihewîne, bi piranî radîkalên hîdroksîl (OH•) û superoksîd (O2-) (Wêne 1c)8. EVNS demek dirêj di hewayê de ye û dikare bi mîkroorganîzmayên ku di hewayê de daliqandî û li ser rûyê erdê hene re li hev bikeve, barê ROS-a xwe radest bike û bibe sedema bêçalakkirina mîkroorganîzmayan (Wêne 1d). Van lêkolînên destpêkê her wiha nîşan dan ku EWNS dikare bi bakteriyên gram-neyînî û gram-pozîtîf ên cûrbecûr, di nav de mîkobakterî, li ser rûyan û di hewayê de têkilî dayne û wan neçalak bike. Mîkroskopiya elektronê ya veguheztinê nîşan da ku neçalakkirin ji ber têkçûna parzûna şaneyê çêbûye. Wekî din, lêkolînên bêhnvedana akût nîşan dane ku dozên bilind ên EWNS zirarê an iltîhaba pişikê nadin 8.
(a) Elektrospray çêdibe dema ku voltaja bilind di navbera lûleyek kapîlar a ku şilek tê de heye û elektrodek dijber de tê sepandin. (b) Sepandina zexta bilind dibe sedema du diyardeyên cûda: (i) elektrospraykirina avê û (ii) çêbûna cureyên oksîjenê yên reaktîf (îyon) ên di EWNS de asê mane. (c) Avahiya bêhempa ya EWNS. (d) Ji ber xwezaya wan a di pîvana nanoyê de, EWNS pir mobîl in û dikarin bi patojenên hewayî re têkilî daynin.
Qabîliyeta platforma dijî-mîkrobî ya EWNS ji bo bêçalakkirina mîkroorganîzmayên ji xwarinê li ser rûyê xwarina teze jî vê dawiyê hatiye nîşandan. Her wiha hatiye nîşandan ku barkirina rûyê EWNS bi hev re bi zeviyek elektrîkê re dikare were bikar anîn da ku radestkirina armanckirî were bidestxistin. Wekî din, encamên pêşîn ji bo tomatoyên organîk piştî 90 hûrdemî li EWNS-ek nêzîkî 50,000 #/cm3 dilxweşker bûn, bi cûrbecûr mîkroorganîzmayên ji xwarinê yên wekî E. coli û Listeria 11 hatine dîtin. Wekî din, ceribandinên organoleptîk ên pêşîn li gorî tomatoyên kontrolê bandorên hestyarî nîşan nedan. Her çend ev encamên bêçalakkirinê yên destpêkê ji bo sepanên ewlehiya xwarinê, tewra di dozên EWNS-ê yên pir kêm ên 50,000#/cc de jî, teşwîqker in. eşkere ye ku potansiyelek bêçalakkirinê ya bilindtir dê ji bo kêmkirina xetera enfeksiyon û xerakirinê bêtir sûdmend be.
Li vir, em ê lêkolîna xwe li ser pêşxistina platformek nifşê EWNS-ê bikin da ku mîhengkirina hûr a parametreyên sentezê û çêtirkirina taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî yên EWNS-ê gengaz bikin da ku potansiyela wan a antîbakteriyal zêde bikin. Bi taybetî, çêtirkirin li ser zêdekirina barkirina rûyê wan (ji bo baştirkirina radestkirina armanckirî) û naveroka ROS-ê (ji bo baştirkirina karîgeriya neçalakkirinê) hûr bûye. Taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî yên çêtirkirî (mezinahî, bar û naveroka ROS) bi karanîna rêbazên analîtîk ên nûjen diyar bikin û mîkroorganîzmayên xwarinê yên hevpar ên wekî E. bikar bînin.
EVNS bi elektrospraying û iyonîzasyona ava paqijiya bilind (18 MΩ cm–1) ya hevdem hate sentezkirin. Nebulizera elektrîkê 12 bi gelemperî ji bo atomîzasyona şilekan û senteza perçeyên polîmer û seramîk 13 û fîberan 14 yên bi mezinahiya kontrolkirî tê bikar anîn.
Wekî ku di weşanên berê 8, 9, 10, 11 de bi berfirehî hatiye ravekirin, di ceribandinek tîpîk de, voltaja bilind di navbera kapîlarek metalî û elektrodek dijber a erdî de hate sepandin. Di vê pêvajoyê de, du diyardeyên cûda çêdibin: i) elektrospray û ii) îyonîzasyona avê. Qadeke elektrîkê ya bihêz di navbera her du elektrodan de dibe sedema kombûna barên neyînî li ser rûyê ava kondenskirî, ku di encamê de dibe sedema çêbûna konên Taylor. Di encamê de, dilopên avê yên barkirî yên pir zêde çêdibin, ku berdewam dikin ku bibin perçeyên piçûktir, wekî di teoriya Rayleigh de16. Di heman demê de, qadên elektrîkê yên bihêz dibin sedema ku hin molekulên avê parçe bibin û elektronan jê bikin (îyonîze bikin), ku dibe sedema çêbûna mîqdarek mezin ji cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS)17. ROS18-a ku di heman demê de hatî çêkirin di EWNS de hate kapsulkirin (Wêne 1c).
Di wêneya 2a de pergala çêkirina EWNS-ê ya ku di senteza EWNS-ê de di vê lêkolînê de hatî pêşve xistin û bikar anîn nîşan dide. Ava paqijkirî ya ku di şûşeyek girtî de hatî hilanîn, bi rêya lûleyek Teflonê (bi qutra hundurîn a 2 mm) têxe nav derziyek pola zengarnegir a 30G (kapîlarek metalî). Herikîna avê ji hêla zexta hewayê ya di hundurê şûşeyê de tê kontrol kirin, wekî ku di Wêne 2b de tê xuyang kirin. Derzî li ser konsolek Teflonê hatîye siwar kirin û dikare bi destan li dûrbûnek diyarkirî ji elektroda dijber were verast kirin. Elektroda dijber dîskek alumînyûmê ya cilkirî ye ku di navendê de qulikek ji bo nimûnegirtinê heye. Li binê elektroda dijber hêlînek nimûnegirtinê ya alumînyûmê heye, ku bi rêya porta nimûnegirtinê bi mayîna sazkirina ceribandinê ve girêdayî ye (Wêne 2b). Ji bo ku ji kombûna bargiraniyê dûr bikevin ku dikare xebata nimûneyê asteng bike, hemî pêkhateyên nimûneyê bi elektrîkê têne erdê kirin.
(a) Sîstema Çêkirina Nanostruktûra Avê ya Endezyarîkirî (EWNS). (b) Beşa xaçerê ya nimûnegir û elektrospray, ku parametreyên herî girîng nîşan dide. (c) Sazkirina ceribandinê ji bo bêçalakkirina bakteriyan.
Sîstema çêkirina EWNS-ê ya ku li jor hatî vegotin dikare parametreyên xebitandinê yên sereke biguherîne da ku taybetmendiyên EWNS-ê bi hêsanî mîheng bike. Voltaja sepandî (V), dûrahiya di navbera derzî û elektroda dijber (L), û herikîna avê (φ) ya di nav kapîlarê de rast bike da ku taybetmendiyên EWNS-ê bi nermî mîheng bike. Sembol ji bo temsîlkirina kombînasyonên cûda tê bikar anîn: [V (kV), L (cm)]. Herikîna avê rast bike da ku konek Taylor a sabît a komek diyarkirî bi dest bixe [V, L]. Ji bo armancên vê lêkolînê, çapa vebûna elektroda dijber (D) li 0.5 înç (1.29 cm) hat girtin.
Ji ber geometrî û nehevsengiya sînorkirî, hêza qada elektrîkê nikare ji prensîbên yekem were hesabkirin. Di şûna wê de, nermalava QuickField™ (Svendborg, Danîmarka)19 ji bo hesabkirina qada elektrîkê hate bikar anîn. Qada elektrîkê ne yekreng e, ji ber vê yekê nirxa qada elektrîkê ya li serê kapîlarê wekî nirxek referansê ji bo konfigurasyonên cûrbecûr hate bikar anîn.
Di dema lêkolînê de, çend kombînasyonên voltaja û dûrahiya di navbera derzî û elektroda dijber de ji hêla avakirina konê Taylor, aramiya konê Taylor, aramiya hilberîna EWNS, û dubarekirinê ve hatin nirxandin. Kombînasyonên cûrbecûr di Tabloya Pêvek S1 de têne nîşandan.
Derana sîstema çêkirina EWNS rasterast bi Analîzkera Mezinahiya Partîkleyê ya Mobîlîteya Skenkirinê (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) ve ji bo pîvandina rêjeya hejmarê partîkelan, û her weha bi Elektrometerek Faraday a Aerosolê (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) ve hate girêdan. ) ji bo herikînên aerosol wekî ku di weşana me ya berê de hatî vegotin hate pîvandin. Hem SMPS û hem jî elektrometera aerosolê bi rêjeya herikîna 0.5 L/min (herikîna tevahî ya nimûneyê 1 L/min) nimûne hatin girtin. Hejmara partîkelan û herikîna aerosolê ji bo 120 saniyan hatin pîvandin. Pîvandin 30 caran tê dubarekirin. Li gorî pîvandinên heyî, barkirina tevahî ya aerosolê tê hesibandin û barkirina navînî ya EWNS ji bo hejmareke giştî ya diyarkirî ya partîkelên EWNS yên bijartî tê texmînkirin. Mesrefa navînî ya EWNS dikare bi karanîna Hevkêşeya (1) were hesibandin:
ku IEl herika pîvandî ye, NSMPS konsantrasyona dîjîtal a bi SMPS tê pîvandin e, û φEl rêjeya herikînê ya li ser her elektrometerê ye.
Ji ber ku şilbûna nisbî (RH) bandorê li ser barkirina rûyê dike, germahî û (RH) di dema ceribandinê de bi rêzê ve li 21°C û 45% sabît man.
Mîkroskopiya hêza atomî (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) û proba AC260T (Olympus, Tokyo, Japonya) ji bo pîvandina mezinahî û temenê EWNS hatin bikar anîn. Frekansa şopandina AFM 1 Hz, qada şopandinê 5 μm × 5 μm bû, û 256 xetên şopandinê bûn. Hemû wêne bi karanîna nermalava Asylum (range maskê 100 nm, eşik 100 pm) ji bo hevrêzkirina wêneya rêza 1-an hatin derbas kirin.
Hêlîna ceribandinê hate rakirin û rûyê mîkayê ji bo demek navînî ya 120 saniyeyan li dûrahiya 2.0 cm ji elektroda dijber hate danîn da ku ji kombûna perçeyan û çêbûna dilopên nerêkûpêk li ser rûyê mîkayê dûr bikevin. EWNS rasterast li ser rûyê mîkaya nû birîn hate rijandin (Ted Pella, Redding, CA). Wêneya rûyê mîkayê di cih de piştî sputterkirina AFM. Goşeya têkiliyê ya rûyê mîkaya nû birîn a neguherandî nêzîkî 0° ye, ji ber vê yekê EVNS li ser rûyê mîkayê bi şiklê qubeyekê belav dibe. Qûtra (a) û bilindahiya (h) ya dilopên belavbûnê rasterast ji topografiya AFM hatin pîvandin û ji bo hesabkirina qebareya belavbûna qubeyî ya EWNS bi karanîna rêbaza me ya berê pejirandî hatin bikar anîn. Bi texmînkirina ku EWNS-yên li ser panelê xwedî heman qebareyê ne, qûtra wekhev dikare bi karanîna Hevkêşeya (2) were hesab kirin:
Li gorî rêbaza me ya berê pêşxistî, dafikek spin rezonansa spin a elektronê (ESR) ji bo tespîtkirina hebûna navbeynkarên radîkal ên demkurt di EWNS de hate bikar anîn. Aerosol bi rêya spargerek Midget a 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) ku çareseriyek 235 mM ya DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.) tê de hebû, hatin rijandin. Portland, Oregon. Hemî pîvandinên ESR bi karanîna spektrometreyek Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) û şaneyek panela dûz hatin kirin. Nermalava Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ji bo berhevkirin û analîzkirina daneyan hate bikar anîn. Destnîşankirina taybetmendiyên ROS tenê ji bo komek şert û mercên xebitandinê [-6.5 kV, 4.0 cm] hate kirin. Konsantrasyonên EWNS bi karanîna SMPS piştî hesabkirina windahiyên EWNS di bandorker de hatin pîvandin.
Asta ozonê bi karanîna 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 hate şopandin.
Ji bo hemû taybetmendiyên EWNS, nirxa navîn wekî nirxa pîvandinê û devîasyona standard wekî xeletiya pîvandinê tê bikar anîn. Testên T hatin kirin da ku nirxên taybetmendiyên EWNS-ya çêtirkirî bi nirxên berawirdî yên EWNS-ya bingehîn re werin berawirdkirin.
Wêneya 2c sîstemeke "kişandinê" ya barîna elektrostatîk (EPES) nîşan dide ku berê hatiye pêşxistin û taybetmendîkirin û dikare ji bo radestkirina armanckirî ya EWNS li ser rûyê erdê were bikar anîn. EPES barên EVNS bikar tîne ku dikarin di bin bandora zeviyek elektrîkê ya bihêz de rasterast ber bi rûyê hedefê ve werin "rêber kirin". Hûrguliyên sîstema EPES di weşanek dawî ya Pyrgiotakis et al. de têne pêşkêş kirin. 11 Bi vî awayî, EPES ji odeyek PVC-ya çapkirî ya 3D pêk tê ku serên wê konîk in û du plakayên metal ên pola zengarnegir ên paralel (pola zengarnegir a 304, bi neynikê pêçayî) li navendê 15.24 cm ji hev dûr dihewîne. Taxte bi çavkaniyek voltaja bilind a derveyî (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) ve girêdayî bûn, plakaya jêrîn her gav bi voltaja erênî ve girêdayî bû, û plakaya jorîn her gav bi erdê (erdê şemitok) ve girêdayî bû. Dîwarên odeyê bi folya aluminiumê hatine pêçandin, ku ji bo pêşîgirtina li windabûna perçeyan bi elektrîkî hatiye erdê kirin. Odeya razanê deriyekî barkirinê yê pêşiyê yê mohrkirî heye ku dihêle rûyên ceribandinê li ser stantên plastîk werin danîn ku wan li jor plakaya metalî ya jêrîn bilind dikin da ku ji destwerdana voltaja bilind dûr bikevin.
Karîgeriya danîna EWNS di EPES de li gorî protokoleke berê hatî pêşxistin ku di Şekila Pêvek S111 de bi hûrgilî hatîye destnîşan kirin, hat hesab kirin.
Wekî odeyeke kontrolê, odeyeke duyemîn a herikîna silindirî bi rêzê ve bi sîstema EPES ve hate girêdan, ku tê de fîltereke HEPA ya navber ji bo rakirina EWNS hate bikar anîn. Wekî ku di Wêne 2c de tê xuyang kirin, aerosolê EWNS bi du odeyên çêkirî ve hate pompekirin. Fîltera di navbera odeya kontrolê û EPES de her EWNS-ya mayî radike û di encamê de germahî (T), şilbûna nisbî (RH) û asta ozonê wekhev dibe.
Mîkroorganîzmayên girîng ên ji xwarinê çêbûyî xwarinên teze gemarî dikin, wek mînak E. coli (ATCC #27325), nîşaneya fekal, Salmonella enterica (ATCC #53647), patojena ji xwarinê çêbûyî, Listeria harmless (ATCC #33090), cîgirê patojen Listeria monocytogenes, ku ji ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), cîgirê hevîrtirşka xerakirinê, û bakteriyeke bêçalak a berxwedêrtir, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686) hatiye wergirtin.
Qutîyên rasthatî yên tomatoyên tirî yên organîk ji bazara xweya herêmî bikirin û heta bikaranînê (heta 3 rojan) di 4°C de sarincokê de bihêlin. Hemû tomatoyên ceribandinê bi heman mezinahî bûn, bi qasî 1/2 înç di qûtra wan de bûn.
Protokolên çandinî, derzîkirin, eşkerekirin û jimartina koloniyan di weşana me ya berê de û di Daneyên Pêvek de bi berfirehî hatine ravekirin. Bandora EWNS bi rêya 45 hûrdeman danîna tomatoyên derzîkirî bo 40,000 #/cm3 hate nirxandin. Bi kurtasî, sê tomato ji bo nirxandina mîkroorganîzmayên mayî di dema t = 0 hûrdem de hatin bikar anîn. Sê tomato di EPES de hatin danîn û bi 40,000 #/cc (tomatoyên eşkerekirî yên EWNS) li EWNS hatin danîn û sê yên mayî di odeya kontrolê de hatin danîn (tomatoyên kontrolê). Pêvajoya zêde ya tomatoyan di her du koman de jî nehat kirin. Tomatoyên eşkerekirî yên EWNS û tomatoyên kontrolê piştî 45 hûrdeman hatin rakirin da ku bandora EWNS were nirxandin.
Her ceribandin sê caran hate kirin. Analîza daneyan li gorî protokola ku di Daneyên Pêvek de hatî vegotin hate kirin.
Mekanîzmayên neçalakkirinê bi rûniştina nimûneyên EWNS yên vekirî (45 deqe di rêjeya aerosolê EWNS ya 40,000 #/cm3 de) û nimûneyên ne-tîrêjkirî yên bakteriya bêzerar E. coli, Salmonella enterica û Lactobacillus hatin nirxandin. Parçe di nav 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde û 0.03% asîda pîkrîk de di tampona sodyûm kakodîlat a 0.1 M (pH 7.4) de ji bo 2 saetan di germahiya odeyê de hatin sabît kirin. Piştî şuştinê, bi 1% osmium tetroxide (OsO4) / 1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) ji bo 2 saetan hate sabît kirin, 3 caran di avê de bişon û 1 saet di 1% uranyl asetat de înkubasyon bikin, dûv re du caran di avê de bişon, dûv re 10 deqîqeyan di nav 50%, 70%, 90%, 100% alkol de bêhidrat kirin. Piştre nimûne ji bo saetekê di nav propîlen oksîdê de hatin danîn û bi tevlîheviyek 1:1 a propîlen oksîdê û TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) hatin impregnasyonkirin. Nimûne di nav TAAB Epon de hatin bicihkirin û 48 saetan di 60°C de polîmerîze bûn. Reçîna granulî ya saxlemkirî bi TEM-ê bi karanîna mîkroskopa elektronîkî ya veguheztina kevneşopî JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japonya) ku bi kamerayek AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA) ve hatî çêkirin, hat birîn û dîtbarîkirin.
Hemû ceribandin sê caran hatin kirin. Ji bo her xala demê, şuştina bakteriyan sê caran hatin çandin, di encamê de bi tevahî neh xalên daneyê li ser her xalekê çêbûn, ku navînîya wan wekî rêjeya bakteriyan ji bo wê mîkroorganîzmaya taybetî hate bikar anîn. Devîasyona standard wekî xeletiya pîvandinê hate bikar anîn. Hemû xal têne hesibandin.
Logarîtma kêmbûna rêjeya bakteriyan li gorî t = 0 min bi karanîna formula jêrîn hate hesabkirin:
ku C0 rêjeya bakteriyan di nimûneya kontrolê de di dema 0 de ye (ango piştî ku rûber hişk bûye lê berî ku di odeyê de were danîn) û Cn rêjeya bakteriyan li ser rûber piştî n deqîqeyan ji ber bandora neyînî ye.
Ji bo hesabkirina hilweşîna xwezayî ya bakteriyan di dema 45-deqeyan de, kêmbûna logarîtmîkî li gorî kontrolê piştî 45 deqeyan jî wiha hate hesabkirin:
ku Cn di dema n de rêjeya bakteriyan di nimûneya kontrolê de ye û Cn-Kontrol rêjeya bakteriyan di dema n de ye. Daneyên wekî kêmkirina log-ê li gorî kontrolê (bêyî eşkerekirina EWNS) têne pêşkêş kirin.
Di dema lêkolînê de, çend kombînasyonên voltaja û dûrahiya di navbera derzî û elektroda dijber de ji hêla avakirina konê Taylor, aramiya konê Taylor, aramiya hilberîna EWNS û dubarekirinê ve hatin nirxandin. Kombînasyonên cûrbecûr di Tabloya Pêvek S1 de têne nîşandan. Du dozên ku taybetmendiyên aram û dubarekirinê nîşan didin (konê Taylor, çêkirina EWNS û aramiya di demê re) ji bo lêkolînek berfireh hatin hilbijartin. Li ser şekil 3 encamên ji bo barkirin, mezinahî û naveroka ROS di her du rewşan de nîşan dide. Encam di Tabloya 1 de jî hatine kurtkirin. Ji bo referansê, hem Şekil 3 û hem jî Tabloya 1 taybetmendiyên EWNS8, 9, 10, 11 (EWNS-ya bingehîn) yên berê hatine sentezkirin û ne-çêtirkirî vedihewîne. Hesabên girîngiya îstatîstîkî yên ku bi karanîna testa t-ya du-alî têne bikar anîn di Tabloya Pêvek S2 de ji nû ve têne weşandin. Wekî din, daneyên din lêkolînên bandora qûtra qulika nimûneya elektroda dijber (D) û dûrahiya di navbera elektroda erdê û serî (L) de vedihewîne (Şekilên Pêvek S2 û S3).
(ac) Belavbûna mezinahiyê ku ji hêla AFM ve hatî pîvandin. (df) Taybetmendiya barkirina rûvî. (g) Taybetmendiya ROS ya EPR.
Her wiha girîng e ku were zanîn ku ji bo hemû şert û mercên jorîn, herika îyonîzasyonê ya pîvandî di navbera 2 û 6 μA û voltaja di navbera -3.8 û -6.5 kV de bû, ku di encamê de ji bo vê modula têkiliyê ya nifşa yekane ya EWNS xerckirina hêzê ji 50 mW kêmtir bû. Her çend EWNS di bin zexta bilind de hate sentezkirin jî, asta ozonê pir kêm bû, qet ji 60 ppb derbas nebû.
Wêneya pêvek S4 zeviyên elektrîkê yên simulasyonkirî ji bo senaryoyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] nîşan dide. Ji bo senaryoyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm], hesabên zeviyê bi rêzê ve 2 × 105 V/m û 4.7 × 105 V/m ne. Ev tê çaverêkirin, ji ber ku di rewşa duyemîn de rêjeya voltaja-dûrbûnê pir zêdetir e.
Di şekil 3a,b de çapa EWNS-ê ya bi AFM8-ê hatî pîvandin nîşan dide. Çapên navînî yên EWNS-ê yên hesabkirî ji bo nexşeyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] bi rêzê ve 27 nm û 19 nm bûn. Ji bo senaryoyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm], devîasyonên standard ên geometrîkî yên belavkirinan bi rêzê ve 1.41 û 1.45 in, ku belavkirinek mezinahiyê ya teng nîşan dide. Hem mezinahiya navîn û hem jî devîasyona standard a geometrîkî pir nêzîkî EWNS-a bingehîn in, bi rêzê ve li 25 nm û 1.41. Di şekil 3c de belavkirina mezinahiya EWNS-a bingehîn a ku bi karanîna heman rêbazê di heman şert û mercan de hatî pîvandin nîşan dide.
Di şekil 3d, e de encamên taybetmendiya barkirinê nîşan dide. Daneyên pîvandinên navînî yên 30 pîvandinên hevdem ên konsantrasyonê (#/cm3) û herikê (I) ne. Analîz nîşan dide ku barkirina navînî li ser EWNS ji bo [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] bi rêzê ve 22 ± 6 e- û 44 ± 6 e- ye. Barkirinên rûberî yên wan li gorî EWNS-ya bingehîn (10 ± 2 e-) pir zêdetir in, du caran ji senaryoya [-6.5 kV, 4.0 cm] mezintir û çar caran ji senaryoya [-3.8 kV, 0.5 cm] mezintir in. Şekil 3f daneyên barkirinê ji bo EWNS-ya Bingehîn nîşan dide.
Ji nexşeyên kombûna hejmara EWNS (Wêneyên Pêvek S5 û S6), tê dîtin ku senaryoya [-6.5 kV, 4.0 cm] ji senaryoya [-3.8 kV, 0.5 cm] pir zêdetir perçeyan dihewîne. Her wiha hêjayî gotinê ye ku kombûna hejmara EWNS heta 4 saetan hate şopandin (Wêneyên Pêvek S5 û S6), ku tê de aramiya nifşa EWNS di her du rewşan de heman astên kombûna hejmara perçeyan nîşan da.
Di wêneya 3g de, spektruma EPR piştî derxistina kontrola EWNS ya çêtirkirî (paşxane) li [-6.5 kV, 4.0 cm] nîşan dide. Spektrumên ROS di xebateke berê de bi senaryoya EWNS ya bingehîn re jî hatine berhev kirin. Hejmara EWNS-yên ku bi dafikên spin re reaksiyonê nîşan didin wekî 7.5 × 104 EWNS/s hatiye hesab kirin, ku dişibihe EWNS8 ya bingehîn a berê hatî weşandin. Spektrumên EPR bi zelalî hebûna du celeb ROS nîşan dan, ku O2- cureya serdest e û OH• kêmtir zêde ye. Wekî din, berhevdana rasterast a şîdeta lûtkeyan nîşan da ku EWNS ya çêtirkirî li gorî EWNS ya bingehîn xwedî naverokek ROS ya pir bilindtir bû.
Di şekil 4 de karîgeriya danîna EWNS di EPES de nîşan dide. Daneyên di Tabloya I de jî hatine kurtkirin û bi daneyên EWNS yên orîjînal re hatine berhev kirin. Ji bo her du rewşên EUNS, danîn nêzîkî %100 e, tewra di voltaja nizm a 3.0 kV de jî. Bi gelemperî, 3.0 kV ji bo danîna %100 bes e, bêyî ku guherîna barkirina rûyê erdê çi be. Di heman şert û mercan de, karîgeriya danîna Baseline-EWNS tenê %56 bû ji ber barkirina wan a kêmtir (bi navînî 10 elektron li ser EWNS).
Li ser şekil 5 û di tablo 2 de nirxa neçalakkirina mîkroorganîzmayên ku piştî 45 hûrdeman di moda çêtirîn de [-6.5 kV, 4.0 cm] bi qasî 40,000 #/cm3 EWNS li ser rûyê tomato hatine derzîkirin, kurteber dike. E. coli û Lactobacillus innocuous ên derzîkirî di dema 45 hûrdeman de kêmbûnek girîng a 3.8 log nîşan dan. Di heman şert û mercan de, S. enterica kêmbûnek 2.2-log, lê S. cerevisiae û M. parafortutum kêmbûnek 1.0-log hebûn.
Mîkrografên elektronî (Wêne 6) guhertinên fîzîkî yên ku ji hêla EWNS ve li ser şaneyên Escherichia coli, Streptococcus, û Lactobacillus ên bêzerar çêdibin nîşan didin ku dibin sedema bêçalakbûna wan. Bakteriyên kontrolê membranên şaneyên saxlem hebûn, lê bakteriyên ku rastî wan hatine membranên derve zirar dîtine.
Wênekirina mîkroskopiya elektronê ya bakteriyên kontrol û yên eşkerekirî zirara perdeyê nîşan da.
Daneyên li ser taybetmendiyên fîzîkî û kîmyayî yên EWNS-ya çêtirkirî bi hev re nîşan didin ku taybetmendiyên (barkirina rûberê û naveroka ROS) yên EWNS-ê li gorî daneyên bingehîn ên EWNS-ê yên berê hatine weşandin bi girîngî baştir bûne8,9,10,11. Ji aliyekî din ve, mezinahiya wan di rêza nanometreyan de ma, pir dişibihe encamên ku berê hatine ragihandin, ku dihêle ew ji bo demên dirêj di hewayê de bimînin. Polîdispersîteya çavdêrîkirî dikare bi guhertinên barkirina rûberê yên ku mezinahiya EWNS-ê, bêserûberiya bandora Rayleigh, û hevgirtina potansiyel diyar dikin, were ravekirin. Lêbelê, wekî ku ji hêla Nielsen et al. 22 ve bi berfirehî hatî destnîşan kirin, barkirina rûberê ya bilind bi zêdekirina bi bandor a enerjî/tansiyona rûberê ya dilopa avê buharbûnê kêm dike. Di weşana me ya berê de8 ev teorî ji bo mîkrodilopletan 22 û EWNS-ê bi ceribandinî hate piştrast kirin. Windakirina barkirinê di dema zêde de dikare bandorê li mezinahiyê jî bike û beşdarî belavbûna mezinahiya çavdêrîkirî bibe.
Herwiha, barkêşiya her avahiyekê li gorî rewşê nêzîkî 22-44 e- ye, ku li gorî EWNS-ya bingehîn, ku barkêşiya wê ya navînî 10 ± 2 elektron li ser her avahiyekê ye, pir zêdetir e. Lêbelê, divê were zanîn ku ev barkêşiya navînî ya EWNS-ê ye. Seto et al. Hatiye nîşandan ku barkêş nehomojen e û li gorî belavkirina log-normal dimeşe21. Li gorî xebata me ya berê, duqatkirina barkêşiya rûberî karîgeriya danîna di pergala EPES-ê de duqat dike heya hema hema 100%11.