Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Mampiasa kinova mpitety tranonkala manana fanohanana CSS voafetra ianao. Mba hahazoana traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na esory ny Compatibility Mode amin'ny Internet Explorer). Ho fanampin'izany, mba hiantohana ny fanohanana mitohy, dia asehoy ny tranokala tsy misy fomba sy JavaScript.
Vao haingana, nisy sehatra antimikrobia tsy misy simika mifototra amin'ny nanotechnology mampiasa ny nanostructure rano artifisialy (EWNS). Ny EWNS dia manana fiampangana avo lenta ary manan-karena amin'ny karazana oksizenina mihetsiketsika (ROS) izay afaka mifandray sy manafoana ny zavamiaina bitika maromaro, anisan'izany ny otrikaretina entin'ny sakafo. Eto dia aseho fa ny fananany mandritra ny synthesis dia azo amboarina tsara sy amboarina mba hanatsarana bebe kokoa ny tanjaky ny antibaktera. Ny sehatra laboratoara EWNS dia natao hanitsiana tsara ny fananan'ny EWNS amin'ny alàlan'ny fanovana ny mari-pamantarana synthesis. Ny fanoritsoritana ny toetran'ny EWNS (sandratra, habe ary atiny ROS) dia natao tamin'ny fampiasana fomba famakafakana maoderina. Fanampin'izany, ireo zavamiaina bitika ara-tsakafo toa ny Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, ary Saccharomyces cerevisiae dia natsipy teo ambonin'ny voatabiha voaloboka organika mba hanombanana ny mety hisian'ny tsy fihetsehan'ny mikraoba. Ny valiny aseho eto dia mampiseho fa ny fananan'ny EWNS dia azo amboarina tsara mandritra ny synthesis, ka miteraka fisondrotry ny fahombiazan'ny inactivation. Indrindra indrindra, nitombo efatra ny fiampangana ambonin'ny tany, ary nitombo ny votoatin'ny ROS. Ny tahan'ny fanesorana mikraoba dia miankina amin'ny microbial ary avy amin'ny 1.0 ka hatramin'ny 3.8 log taorian'ny 45 minitra nipoitra tamin'ny dosie aerosol 40,000 #/cm3 EWNS.
Ny fandotoana mikraoba no tena mahatonga ny aretina azo avy amin'ny sakafo vokatry ny fihinanana otrikaretina na poizina ao aminy. Ny aretina azo avy amin’ny sakafo dia miteraka aretina 76 tapitrisa eo ho eo, 325 000 ny hopitaly, ary 5 000 no maty isan-taona any Etazonia fotsiny1. Fanampin'izany, ny Departemantan'ny Fambolena any Etazonia (USDA) dia manombatombana fa ny fitomboan'ny fihinanana vokatra vaovao dia tompon'andraikitra amin'ny 48 isan-jaton'ny aretina azo avy amin'ny sakafo voalaza any Etazonia2. Ny vidin'ny aretina sy ny fahafatesan'ny otrikaretina entin'ny sakafo any Etazonia dia lafo be, araka ny tombantomban'ny Centers for Control and Prevention (CDC) maherin'ny 15,6 miliara dolara amerikana isan-taona3.
Amin'izao fotoana izao, ny fitsabahana simika4, taratra5 ary thermal6 mba hiantohana ny fiarovana ara-tsakafo dia ampiharina indrindra amin'ny toerana fanaraha-maso manan-danja voafetra (CCPs) ao amin'ny rojo famokarana (matetika aorian'ny fijinjana sy/na mandritra ny famonosana) fa tsy ampiharina tsy tapaka amin'ny fomba izay iharan'ny fandotoana ny vokatra vaovao. Kely ny fiantraikany sy ny vidiny.
Ny sehatra antimikrobia tsy misy simika mifototra amin'ny nanotechnology dia novolavolaina vao haingana mba tsy hampihetsika ny bakteria amin'ny tany sy eny amin'ny rivotra amin'ny alàlan'ny nanostructure rano artifisialy (EWNS). Ho an'ny synthesis ny EVNS, dia nampiasaina ny dingana roa mifanitsy: electrospray sy rano ionization (sary 1a). Ny EWNS dia efa hita teo aloha fa manana karazana fananana ara-batana sy biolojika tokana8,9,10. EWNS dia manana elektrôna 10 eo ho eo isaky ny rafitra ary 25 nm ny haben'ny nanometer (sary 1b, c) 8,9,10. Ankoatra izany, ny electron spin resonance (ESR) dia nampiseho fa ny EWNS dia misy karazana oksizenina mihetsiketsika (ROS) betsaka, indrindra ny radika hydroxyl (OH•) sy superoxide (O2-) (sary 1c) 8. Ny EWNS dia nijanona teo amin'ny rivotra nandritra ny fotoana ela ary mety nifandona tamin'ny mikraoba mihantona eny amin'ny rivotra ary miseho eny amin'ny habakabaka, mitondra ny entany ROS ary miteraka tsy fihetsehana mikraoba (sary 1d). Ireo fanadihadiana teo aloha ireo dia nampiseho ihany koa fa ny EWNS dia afaka mifandray sy manafoana ny bakteria gram-negatif sy gram-positive isan-karazany amin'ny maha-zava-dehibe ny fahasalamam-bahoaka, anisan'izany ny mycobacteria, amin'ny habakabaka sy amin'ny rivotra8,9. Nasehon'ny mikraoskaopy elektrônika fampitaovana fa vokatry ny fikorontanan'ny fonon'ny sela no nahatonga ny tsy fahavitrihana. Fanampin'izany, ny fanadihadiana natao tamin'ny inhalation mahery vaika dia naneho fa ny fatra ambony amin'ny EWNS dia tsy miteraka fahasimban'ny havokavoka na mamaivay8.
(a) Ny electrospray dia mitranga rehefa misy voltase avo lenta eo anelanelan'ny kapila misy ranon-javatra sy ny electrode counter. (b) Ny fampiharana ny voly avo lenta dia miteraka tranga roa samy hafa: (i) electrospraying ny rano ary (ii) famokarana karazana oksizenina mihetsika (ion) voafandrika ao amin'ny EWNS. (c) Ny rafitra tokana an'ny EWNS. (d) Ny EWNS dia tena finday noho ny toetrany nanoscale ary afaka mifandray amin'ny otrikaretina entin'ny rivotra.
Naseho vao haingana ihany koa ny fahaizan'ny sehatra antimikrobia EWNS manafoana ny zavamiaina bitika entin'ny sakafo eny ambonin'ny sakafo vaovao. Naseho ihany koa fa ny fiampangan'ny EWNS surface dia azo ampiasaina miaraka amin'ny saha elektrika ho an'ny fandefasana kendrena. Ny tena zava-dehibe dia ny vokatra voalohany nampanantenaina momba ny fihenan'ny 1.4 log amin'ny hetsika voatabia organika manohitra ny zavamiaina bitika isan-karazany toy ny E. coli sy Listeria dia hita tao anatin'ny 90 minitra nipoitra tamin'ny EWNS tamin'ny fifantohana eo amin'ny 50.000#/cm311. Fanampin'izany, ny fitsapana fanombanana organoleptika voalohany dia tsy nahitana fiantraikany organoleptika raha oharina amin'ny voatabia voafehy. Na dia mampanantena fiarovana ara-tsakafo aza ireo valim-panadinana voalohany ireo na dia amin'ny fatran'ny EWNS ambany dia ambany amin'ny 50,000#/cc. jereo, mazava ho azy fa ny mety hisian'ny tsy fihetsehana ambony kokoa dia mahasoa kokoa mba hampihenana ny mety hisian'ny aretina sy ny fahasimbana.
Eto isika dia hifantoka amin'ny fikarohana momba ny fampivoarana sehatra famokarana EWNS mba hanitsiana tsara ny mari-pamantarana synthesis ary hanatsara ny toetra ara-fizika simika an'ny EWNS mba hanatsarana ny tanjaky ny antibaktera. Indrindra indrindra, ny optimization dia nifantoka tamin'ny fampitomboana ny sarany ety ambonin'ny tany (hanatsarana ny fanaterana kendrena) sy ny votoatin'ny ROS (hanatsarana ny fahombiazan'ny tsy fahavitrihana). Famaritana ny toetra ara-batana sy simika (habe, fiampangana ary votoatin'ny ROS) amin'ny fampiasana fomba famakafakana maoderina ary amin'ny fampiasana micro micro-organismes mahazatra toy ny E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ary M. parafortuitum.
Ny EVNS dia novolavolaina tamin'ny alàlan'ny electrospraying sy ionization ny rano madio (18 MΩ cm-1). Ny atomizer elektrika 12 dia matetika ampiasaina amin'ny fametahana ranon-javatra sy polymère synthetic ary poti seramika 13 ary fibre 14 amin'ny habe voafehy.
Araka ny antsipiriany ao amin'ny famoahana teo aloha 8, 9, 10, 11, amin'ny fanandramana mahazatra, dia misy voltase avo lenta ampiharina eo anelanelan'ny kapila vy sy ny electrode counter ground. Mandritra io dingana io dia misy tranga roa samihafa miseho: 1) electrospray ary 2) ionization ny rano. Ny sahan-jiro matanjaka eo anelanelan'ny electrodes roa dia miteraka fiampangana ratsy hitsangana eo ambonin'ny rano voapoizina, ka miteraka ny fiforonan'ny Taylor cones. Vokatr'izany dia miforona ny vongan-drano be fiampangana, izay mitohy misaraka ho potikely kely kokoa, araka ny teoria Rayleigh16. Mandritra izany fotoana izany, ny saha elektrika matanjaka dia mahatonga ny sasany amin'ireo molekiolan'ny rano hisaraka sy hanala ny elektrôna (ionization), ka miteraka karazana oksizenina mihetsika (ROS)17. Ny fonosana ROS18 novokarina miaraka dia nofonosina tao amin'ny EWNS (sary 1c).
Amin'ny aviavy. 2a dia mampiseho ny rafitra famokarana EWNS novolavolaina sy nampiasaina tamin'ny synthesis EWNS tamin'ity fandalinana ity. Ny rano voadio voatahiry ao anaty tavoahangy mihidy dia nozaraina tamin'ny alalan'ny fantsona Teflon (2 mm ny savaivony anatiny) mankany amin'ny fanjaitra vy tsy misy vy 30G (capillary metaly). Araka ny asehon'ny sary 2b, ny fikorianan'ny rano dia voafehin'ny tsindrin'ny rivotra ao anaty tavoahangy. Ny fanjaitra dia mifatotra amin'ny console Teflon izay azo amboarina amin'ny tanana amin'ny halavirana sasany amin'ny electrode counter. Ny electrode counter dia kapila aluminium voapoizina misy lavaka eo afovoany hanaovana sampling. Eo ambanin'ny electrode counter dia misy alim-pamokarana sampling aluminium, izay mifandray amin'ny sisa amin'ny fanamboarana andrana amin'ny alalan'ny seranana sampling (sary 2b). Ny singa sampler rehetra dia miorina amin'ny herinaratra mba hisorohana ny fananganana fiampangana izay mety hanimba ny fakana santionany.
(a) Engineered Water Nanostructure Generation System (EWNS). b) Fizarana lakroa amin'ny santionany sy ny vondrona electrospray mampiseho ny masontsivana manan-danja indrindra. (c) Fanamboarana andrana ho an'ny tsy fihetsehan'ny bakteria.
Ny rafitra famokarana EWNS voalaza etsy ambony dia afaka manova ny mari-pamantarana fiasana fototra mba hanamora ny fanitsiana tsara ny fananana EWNS. Ampifanaraho ny voltase ampiharina (V), ny elanelana misy eo amin'ny fanjaitra sy ny electrode counter (L), ary ny fikorianan'ny rano (φ) amin'ny alàlan'ny kapila mba hanitsiana ny toetran'ny EWNS. Ny marika [V (kV), L (cm)] dia ampiasaina hanondroana fitambarana samihafa. Ampifanaraho ny fikorianan'ny rano mba hahazoana kônône Taylor tsy miovaova amin'ny andiany iray [V, L]. Ho an'ny tanjon'ity fandalinana ity, ny aperture amin'ny electrode counter (D) dia napetraka amin'ny 0,5 santimetatra (1,29 cm).
Noho ny geometrika voafetra sy ny asymmetrika, ny tanjaky ny sehatry ny herinaratra dia tsy azo kajy amin'ny fitsipika voalohany. Fa kosa, ny rindrankajy QuickField™ (Svendborg, Danemark)19 dia nampiasaina hanisa ny saha elektrika. Ny saha elektrika dia tsy mitovy, noho izany ny sandan'ny sahan'ny herinaratra eo amin'ny tendron'ny capillary dia nampiasaina ho sanda fanondro ho an'ny fanamafisana isan-karazany.
Nandritra ny fandalinana dia nodinihina ny fitambaran'ny voltase sy ny elanelana misy eo amin'ny fanjaitra sy ny elektrôdôla mpifanolo-bodirindrina amin'ny resaka fananganana Taylor cone, fahamarinan-toerana Taylor cone, fahamarinan-toerana famokarana EWNS, ary reproducibility. Ny fitambarana isan-karazany dia aseho amin'ny tabilao fanampiny S1.
Ny vokatra avy amin'ny rafitra famokarana EWNS dia mifandray mivantana amin'ny Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, modely 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) mba handrefesana ny fifantohan'ny isa ary nampiasaina tamin'ny electrometer aerosol Faraday (TSI, modely 3068B, Shoreview, Etazonia). MN) mba handrefesana ny fikorianan'ny aerosol, araka ny voalaza ao amin'ny publication teo aloha9. Na ny SMPS sy ny electrometer aerosol dia natao santionany amin'ny tahan'ny fikorianan'ny 0.5 L / min (ny totalin'ny santionany mikoriana 1 L / min). Norefesina nandritra ny 120 s ny habetsahan'ny singa sy ny flux aerosol. Avereno in-30 ny fandrefesana. Ny totalin'ny fiampangana aerosol dia kajy avy amin'ny fandrefesana amin'izao fotoana izao, ary ny salan'isa EWNS dia tombanana amin'ny totalin'ny singa EWNS nalaina. Ny sandan'ny EWNS dia azo kajy amin'ny alàlan'ny Equation (1):
izay ny IEl no refesina amin'izao fotoana izao, ny NSMPS dia ny fifantohan'ny isa refesina amin'ny SMPS, ary ny φEl dia ny tahan'ny fikorianan'ny electrometer.
Satria misy fiantraikany amin'ny fiampangan'ny ety ambonin'ny tany ny hamandoana (RH), ny mari-pana sy ny (RH) dia nitazona tsy tapaka tamin'ny 21 ° C sy 45%, tsirairay avy, nandritra ny fanandramana.
Atomic force microscopy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ary AC260T probe (Olympus, Tokyo, Japan) dia nampiasaina handrefesana ny habeny sy ny androm-piainan'ny EWNS. Ny tahan'ny scan AFM dia 1 Hz ary ny faritra scan dia 5 µm × 5 µm misy tsipika 256 scan. Ny sary rehetra dia niharan'ny fampifanarahana sary voalohany tamin'ny alàlan'ny rindrambaiko Asylum (saron-tava misy 100 nm sy tokonam-baravarana amin'ny 100 hariva).
Esory ny fantson-tsarimihetsika ary apetraho eo amin'ny halavirana 2,0 sm avy amin'ny electrode counter mandritra ny 120 s ny santionan'ny mika mba hisorohana ny fikambanan'ny poti-javatra sy ny fiforonan'ny vongan-drano tsy ara-dalàna eo amin'ny tontolon'ny mika. Ny EWNS dia nampiharina mivantana tamin'ny tontolon'ny mika vaovao (Ted Pella, Redding, CA). Avy hatrany taorian'ny nisian'ny sputtering, dia azo jerena amin'ny alàlan'ny AFM ny tontolon'ny mika. Manakaiky ny 0° ny zoro mifandray amin'ny mica vao notapatapahina, ka ny EWNS dia miparitaka amin'ny velarana mika amin'ny endrika domed20. Ny savaivony (a) sy ny haavony (h) amin'ireo vongan-drano miparitaka dia norefesina mivantana avy amin'ny topografika AFM ary nampiasaina mba hanombanana ny habetsaky ny diffusion domed EWNS amin'ny fampiasana ny fomba efa voamarina teo aloha8. Raha heverina fa mitovy ny haben'ny EVNS ao anaty sambo, dia azo kajy ny savaivony mitovy amin'ny equation (2):
Mifanaraka amin'ny fomba novolavolainay teo aloha, dia nampiasaina ny fandrika fihodinan'ny electron spin resonance (ESR) mba hamantarana ny fisian'ireo mpanelanelana radika vetivety ao amin'ny EWNS. Ny aerosol dia nandalo tamin'ny vahaolana misy 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl) -5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon). Ny fandrefesana EPR rehetra dia natao tamin'ny fampiasana spectrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Etazonia) sy ny filaharana sela fisaka. Ny rindrambaiko Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Etazonia) dia nampiasaina hanangonana sy hamakafaka ny angona. Ny famaritana ny ROS dia tsy natao afa-tsy amin'ny fepetra fiasana [-6,5 kV, 4,0 cm]. Ny fifantohana EWNS dia refesina amin'ny fampiasana SMPS rehefa avy nandinika ny fahaverezan'ny EWNS tao amin'ny impactor.
Ny haavon'ny Ozone dia naraha-maso tamin'ny fampiasana 205 Dual Beam Ozone Monitor ™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Ho an'ny fananana EWNS rehetra, ny sandan'ny fandrefesana dia ny dikan'ny fandrefesana, ary ny hadisoana fandrefesana dia ny fivilian-dàlana mahazatra. Ny t-test dia natao mba hampitahana ny sandan'ny toetra EWNS optimized amin'ny sanda mifanaraka amin'ny EWNS fototra.
Ny sary 2c dia mampiseho ny Electrostatic Precipitation Pass Through System (EPES) efa novolavolaina teo aloha izay azo ampiasaina amin'ny tanjona EWNS11 amin'ny surface. Ny EPES dia mampiasa fiampangana EWNS miaraka amin'ny sahan-jiro matanjaka mba "manondro" mivantana eo amin'ny velaran'ilay kendrena. Ny antsipirihan'ny rafitra EPES dia aseho amin'ny famoahana vao haingana nataon'i Pyrgiotakis et al.11. Noho izany, ny EPES dia ahitana efitrano PVC vita pirinty 3D misy tendrony mipetaka misy takelaka metaly roa mifanitsy (304 stainless steel, fitaratra voapoizina) eo afovoany 15,24 sm misaraka. Ny boards dia mifandray amin'ny loharano malefaka avo (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ny birao ambany dia tsara foana ary ny birao ambony dia miorim-paka foana (mitsingevana). Ny rindrin'ny efi-trano dia rakotra foil aluminium, izay miorina amin'ny herinaratra mba hisorohana ny fahaverezan'ny poti. Ny efi-trano dia manana varavarana fidirana eo anoloana voaisy tombo-kase izay mamela ny andrana apetraka eo amin'ny fitoeran'entana plastika, manainga azy ireo amin'ny takelaka metaly ambany mba hialana amin'ny fitsabahana avo lenta.
Ny fahombiazan'ny fametrahana ny EWNS ao amin'ny EPES dia kajy araka ny protocole efa novolavolaina teo aloha amin'ny antsipiriany ao amin'ny sary fanampiny S111.
Amin'ny maha-efitrano fanaraha-maso azy, ny fikorianan'ny faharoa amin'ny efitrano cylindrical dia mifamatotra amin'ny rafitra EPES amin'ny fampiasana sivana HEPA mpanelanelana hanesorana ny EWNS. Araka ny asehon’ny sary. 2c, ny aerosol EWNS dia nopotehina tamin'ny efitrano roa mifandray amin'ny andiany. Ny sivana eo anelanelan'ny efitrano fanaraha-maso sy ny EPES dia manala ny EWNS sisa izay miteraka hafanana (T), hamandoana (RH) ary haavon'ny ozon.
Ny zavamiaina bitika manan-danja avy amin'ny sakafo dia hita fa mandoto ny vokatra vaovao toy ny Escherichia coli (ATCC #27325), famantarana fecal, Salmonella enterica (ATCC #53647), pathogen entin'ny sakafo, Listeria innocua (ATCC #33090), solon'ny Listeria monocytogenes pathogenic. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) ho solon'ny leviora manimba, ary Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ho bakteria velona kokoa mahatohitra dia novidina tamin'ny ATCC (Manassas, Virginia).
Mividiana kisendrasendra boaty misy voatabia voaloboka organika avy amin'ny tsenanao eo an-toerana ary apetraho amin'ny vata fampangatsiahana amin'ny 4°C mandra-pampiasaina (hatramin'ny 3 andro). Mifidiana voatabia hanandrana amin'ny habe iray, eo amin'ny 1/2 santimetatra ny savaivony.
Ny protocols ho an'ny incubation, inoculation, exposure ary fanisana zanatany dia nohazavaina tamin'ny antsipiriany tao amin'ny bokintsika teo aloha ary nohazavaina tamin'ny antsipiriany ao amin'ny Data fanampiny 11. Ny fahombiazan'ny EWNS dia nodinihina tamin'ny alàlan'ny famoahana voatabia voatsindrona ho 40,000 # / cm3 nandritra ny 45 minitra. Fohy, tamin'ny fotoana t = 0 min, voatabia telo no nampiasaina hanombanana ny zavamiaina bitika velona. Voatabia telo no napetraka tao amin'ny EPES ary nipoitra tamin'ny EWNS tamin'ny 40.000 #/cc (EWNS exposed tomatoes) ary telo hafa napetraka tao amin'ny efitrano fanaraha-maso (voatabia fanaraha-maso). Tsy nisy na dia iray aza tamin'ireo vondrona voatabia niharan'ny fanodinana fanampiny. Nesorina tao anatin'ny 45 minitra ny voatabiha sy ny fanaraha-maso niharan'ny EWNS mba hanombanana ny vokatry ny EWNS.
Natao in-telo ny andrana tsirairay. Ny famakafakana data dia natao araka ny protocole voalaza ao amin'ny Data fanampiny.
E. coli, Enterobacter, ary L. innocua bakteria santionany miharihary amin'ny EWNS (45 min, EWNS aerosol concentration 40,000 # / cm3) ary tsy naseho dia pelleted mba hanombanana ny inactivation mekanika. Ny entona dia napetraka mandritra ny 2 ora amin'ny mari-pana amin'ny 0.1 M sodium cacodylate solution (pH 7.4) miaraka amin'ny fixative 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde ary 0.03% picric acid. Rehefa avy nanasa, dia raikitra tamin'ny 1% osmium tetroxide (OsO4) / 1,5% potasioma ferrocyanide (KFeCN6) nandritra ny 2 ora, nosasana in-3 tamin'ny rano ary incubated amin'ny 1% uranyl acetate nandritra ny 1 h, dia hosasana indroa amin'ny rano. Ny tsy fahampian-drano manaraka dia 10 minitra isaky ny 50%, 70%, 90%, 100% toaka. Ny santionany avy eo dia napetraka tao anaty oxide propylène nandritra ny adiny 1 ary nopotehina tamin'ny fifangaroan'ny oxide propylene 1: 1 sy TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Ny santionany dia napetraka ao amin'ny TAAB Epon ary polymerized amin'ny 60 ° C mandritra ny 48 ora. Ny resin granular sitrana dia notapatapahina sy nasehon'ny TEM tamin'ny fampiasana JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japana), mikraoskaopy elektronika fampitana mahazatra miaraka amin'ny fakan-tsary AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, Etazonia).
Ny fanandramana rehetra dia natao tamin'ny triplicate. Isaky ny vanim-potoana, dia nopetahana telo sosona ny fanasan-damba bakteria, ka nahazoana isa sivy isaky ny teboka, ny salan'isa amin'izany dia nampiasaina ho fitanan'ny bakteria ho an'io zavamananaina manokana io. Ny fahadisoam-panantenana no nampiasaina ho fahadisoana fandrefesana. Ny isa rehetra dia isaina.
Ny logaritma amin'ny fihenan'ny fatran'ny bakteria raha oharina amin'ny t = 0 min dia nokajiana tamin'ny fampiasana ity formula manaraka ity:
izay C0 dia ny fitanan'ny bakteria ao amin'ny santionany fanaraha-maso amin'ny fotoana 0 (izany hoe rehefa maina ny tany fa alohan'ny hametrahana azy ao amin'ny efitrano) ary ny Cn dia ny fifantohan'ny bakteria eny ambonin'ny tany aorian'ny n minitra fiposahan'ny masoandro.
Mba hijerena ny fahapotehan'ny bakteria voajanahary mandritra ny vanim-potoana 45 minitra, ny Log-Reduction dia kajy ihany koa raha oharina amin'ny fanaraha-maso amin'ny 45 minitra toy izao manaraka izao:
Raha ny Cn dia ny fitanan'ny bakteria ao amin'ny santionany fanaraha-maso amin'ny fotoana n ary ny Cn-Control dia ny fifantohan'ny bakteria mifehy amin'ny fotoana n. Ny angon-drakitra dia aseho ho toy ny fampihenana ny log raha oharina amin'ny fanaraha-maso (tsy misy fiparitahan'ny EWNS).
Nandritra ny fandalinana dia nodinihina ny fitambaran'ny voltase sy ny elanelana misy eo amin'ny fanjaitra sy ny elektrôdôla mpifanolo-bodirindrina amin'ny resaka fananganana Taylor cone, fahamarinan-toerana Taylor cone, fahamarinan-toerana famokarana EWNS, ary reproducibility. Ny fitambarana isan-karazany dia aseho amin'ny tabilao fanampiny S1. Tranga roa no nofantenana ho an'ny fandalinana feno mampiseho fananana azo antoka sy azo averina (Taylor cone, famokarana EWNS, ary fitoniana rehefa mandeha ny fotoana). Amin'ny aviavy. 3 dia mampiseho ny valiny momba ny fiampangana, ny habeny ary ny votoatin'ny ROS ho an'ny tranga roa. Ny valiny dia fintinina ao amin'ny tabilao 1 ihany koa. Ho an'ny fanondroana, ny sary 3 sy ny tabilao 1 dia ahitana ny fananan'ny EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS) teo aloha. Ny kajy manan-danja amin'ny statistika amin'ny fampiasana t-test roa-tailed dia navoaka indray ao amin'ny tabilao fanampiny S2. Fanampin'izany, ny angon-drakitra fanampiny dia ahitana fanadihadiana momba ny fiantraikan'ny savaivony lavaka fanodinkodinana electrode (D) sy ny elanelana misy eo amin'ny electrode tany sy ny tendron'ny fanjaitra (L) (sary fanampiny S2 sy S3).
(a–c) fizarana habe AFM. (d – f) Toetran'ny fiampangana ambonin'ny tany. (g) Famaritana ny ROS sy ESR.
Zava-dehibe ihany koa ny manamarika fa ho an'ireo fepetra rehetra voalaza etsy ambony ireo, ny tanjaky ny ionization voarefy dia tao anatin'ny 2-6 µA, ary ny voltages dia tao anatin'ny -3.8 hatramin'ny -6.5 kV, ka nahatonga ny fanjifana herinaratra ho an'ity EWNS tokana tokana ity izay latsaky ny 50 mW. . taranaka module. Na dia noforonina tamin'ny tsindry mafy aza ny EWNS, dia ambany dia ambany ny haavon'ny ozone, tsy mihoatra ny 60 ppb.
Ny sary fanampiny S4 dia mampiseho ny saha elektrika simulated ho an'ny [-6,5 kV, 4,0 cm] ary [-3,8 kV, 0,5 cm] scenario. Ny saha araka ny toe-javatra [-6,5 kV, 4,0 sm] ary [-3,8 kV, 0,5 sm] dia kajy ho 2 × 105 V/m ary 4,7 × 105 V/m, tsirairay avy. Izany no andrasana, satria ny tahan'ny malefaka amin'ny halavirana dia avo kokoa amin'ny tranga faharoa.
Amin'ny aviavy. 3a, b dia mampiseho ny savaivony EWNS refesina amin'ny AFM8. Ny savaivony EWNS antonony ho an'ny [-6,5 kV, 4,0 sm] ary [-3,8 kV, 0,5 sm] dia kajy ho 27 nm sy 19 nm, tsirairay avy. Ny fivilian-dàlana ara-jeometrika amin'ny fizarana ho an'ny tranga [-6,5 kV, 4,0 sm] ary [-3,8 kV, 0,5 sm] dia 1,41 sy 1,45, avy eo, izay manondro fizarana habe tery. Ny habeny sy ny fivilian-dàlana geometrika dia tena akaiky ny baseline-EWNS, izay 25 nm sy 1.41, tsirairay avy. Amin'ny aviavy. Ny 3c dia mampiseho ny fizarana habe amin'ny EWNS baseline refesina amin'ny fomba mitovy amin'ny fepetra mitovy.
Amin'ny aviavy. Ny 3d,e dia mampiseho ny valin'ny famaritana ny fiampangana. Ny angon-drakitra dia fandrefesana antonony amin'ny fandrefesana 30 miaraka amin'ny fifantohana (#/cm3) sy ny ankehitriny (I). Asehon'ny fanadihadiana fa 22 ± 6 e- ary 44 ± 6 e- ny salan'isa eo amin'ny EWNS ho an'ny [-6,5 kV, 4,0 sm] ary [-3,8 kV, 0,5 sm]. Raha ampitahaina amin’ny Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), dia avo kokoa ny taham-pon’izy ireo, avo roa heny noho ny an’ny [-6,5 kV, 4,0 sm] ary avo efatra heny noho ny an’ny [-3 ,8 kV, 0,5 sm]. Ny 3f dia mampiseho angon-drakitra fototra momba ny fandoavam-bola EWNS.
Avy amin'ny sarintany fifantohana amin'ny isa EWNS (Tarehimarika fanampiny S5 sy S6), dia hita fa ny sehatra [-6,5 kV, 4,0 sm] dia manana singa betsaka kokoa noho ny sehatra [-3,8 kV, 0,5 cm]. Tsara homarihina ihany koa fa ny fifantohana amin'ny isa EWNS dia naraha-maso hatramin'ny 4 ora (Tarehimarika fanampiny S5 sy S6), izay nahitana ny fitovian'ny taranaka EWNS mitovy amin'ny haavon'ny isa amin'ny tranga roa.
Ny sary 3g dia mampiseho ny spectrum EPR aorian'ny fanalana ny fanaraha-maso (lafiny) ho an'ny EWNS tsara indrindra amin'ny [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ny spectrum ROS dia ampitahaina amin'ny baseline EWNS amin'ny taratasy efa navoaka teo aloha. Ny isa kajy amin'ny EWNS mihetsika amin'ny fandrika fihodinana dia 7.5 × 104 EWNS/s, izay mitovy amin'ny Baseline-EWNS8 navoaka teo aloha. Ny spectra EPR dia nanondro mazava tsara ny fisian'ny karazana ROS roa, izay ny O2- no mibahan-toerana, raha ny OH• kosa dia kely kokoa. Ankoatr'izay, ny fampitahana mivantana ny hamafin'ny tampony dia nampiseho fa ny EWNS optimized dia nanana votoaty ROS ambony kokoa raha oharina amin'ny EWNS baseline.
Amin'ny aviavy. 4 dia mampiseho ny fahombiazan'ny fametrahana ny EWNS ao amin'ny EPES. Ny angon-drakitra dia fintinina ao amin'ny tabilao I ary ampitahaina amin'ny angona EWNS tany am-boalohany. Ho an'ireo tranga roa ao amin'ny EUNS, dia manakaiky ny 100% ny fametrahana na dia amin'ny voltase ambany 3.0 kV aza. Amin'ny ankapobeny, 3.0 kV dia ampy hahazoana 100% deposition na inona na inona fiovan'ny fiampangana. Ao anatin'ny fepetra mitovy, ny fahombiazan'ny fametrahana ny Baseline-EWNS dia 56% ihany noho ny fiampangana ambany kokoa (elektronika 10 eo ho eo isaky ny EWNS).
Ny sary 5 sy ny tabilao 2 dia mamintina ny haavon'ny tsy fihetsehan'ny zavamiaina bitika voatsindry eny ambonin'ny voatabiha rehefa avy nipoitra tamin'ny 40,000 #/cm3 EWNS nandritra ny 45 minitra eo ambanin'ny toe-javatra tsara indrindra [-6,5 kV, 4,0 cm]. Inoculated E. coli sy L. innocua dia nampiseho fihenam-bidy lehibe amin'ny 3.8 log taorian'ny 45 minitra nipoitra. Ao anatin'izany toe-javatra izany, ny S. enterica dia nampiseho fihenam-bidy ambany kokoa amin'ny logs 2.2, raha ny S. cerevisiae sy M. parafortuitum kosa dia nampiseho fihenam-bidy 1.0.
Ny micrographs electron (sary 6) mampiseho ny fiovana ara-batana ateraky ny EWNS ao amin'ny sela E. coli, Salmonella enterica, ary L. innocua mitarika ho amin'ny tsy fihetsehana. Ny bakteria fanaraha-maso dia nampiseho ny fonon'ny sela tsy misy dikany, fa ny bakteria miharihary kosa dia nanimba ny fonon'ny ivelany.
Ny fakana sary mikroskopika elektronika momba ny fanaraha-maso sy ny bakteria miharihary dia nanambara ny fahasimban'ny membrane.
Ny angon-drakitra momba ny toetran'ny fizika simika amin'ny EWNS nohatsaraina dia mampiseho fa ny fananan'ny EWNS (sampana ambony sy ny votoatin'ny ROS) dia nihatsara be raha oharina amin'ny data baseline EWNS navoaka teo aloha8,9,10,11. Amin'ny lafiny iray, ny haben'izy ireo dia nijanona tao amin'ny faritra nanometer, izay tena mitovy amin'ny vokatra navoaka teo aloha, mamela azy ireo hijanona eny amin'ny rivotra mandritra ny fotoana maharitra. Ny polydispersity voamarika dia azo hazavaina amin'ny fiovan'ny fiampangana ety ambonin'ny tany, izay mamaritra ny halehiben'ny fiantraikan'ny Rayleigh, ny kisendrasendra ary ny mety ho fampitambatra ny EWNS. Na izany aza, araka ny nohazavain'i Nielsen et al.22 amin'ny antsipiriany, ny fiampangana ambony ambony dia mampihena ny etona amin'ny alàlan'ny fampitomboana tsara ny angovo / fihenjanan'ny rano. Ity teoria ity dia nohamafisina andrana ho an'ny microdroplets22 sy EWNS tao amin'ny famoahana anay8. Ny fahaverezan'ny ora fanampiny dia mety hisy fiantraikany amin'ny habeny ary manampy amin'ny fizarana habe hita.
Fanampin'izany, ny fiampangana isaky ny rafitra dia eo amin'ny 22-44 e-, arakaraka ny toe-javatra, izay avo kokoa raha oharina amin'ny EWNS fototra, izay manana salan'isa 10 ± 2 elektronika isaky ny rafitra. Marihina anefa fa io no salanisan’ny sandan’ny EWNS. Seto et al. Naseho fa tsy mitovy ny fiampangana ary manaraka ny fizarana log-normal21. Raha ampitahaina amin'ny asantsika teo aloha, ny fampitomboana avo roa heny ny sandan'ny ety ivelany dia mampitombo avo roa heny ny fahombiazan'ny fametrahana ao amin'ny rafitra EPES ho efa ho 100% 11.