Grazzi talli żort Nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Karużell li juri tliet slides fl-istess ħin. Uża l-buttuni Preċedenti u Li Jmiss biex timxi minn tliet slides kull darba, jew uża l-buttuni tas-slider fl-aħħar biex timxi minn tliet slides kull darba.
Riċentement, ġiet żviluppata pjattaforma antimikrobjali ħielsa minn kimiċi bbażata fuq in-nanoteknoloġija bl-użu ta' nanostrutturi artifiċjali tal-ilma (EWNS). L-EWNS għandhom ċarġ tal-wiċċ għoli u huma saturati bi speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS) li jistgħu jinteraġixxu ma' u jinattivaw numru ta' mikro-organiżmi, inklużi patoġeni li jinġarru mill-ikel. Hawnhekk jintwera li l-proprjetajiet tagħhom waqt is-sintesi jistgħu jiġu rfinati u ottimizzati biex itejbu aktar il-potenzjal antibatteriku tagħhom. Il-pjattaforma tal-laboratorju tal-EWNS ġiet iddisinjata biex tirfina l-proprjetajiet tal-EWNS billi tbiddel il-parametri tas-sintesi. Karatterizzazzjoni tal-proprjetajiet tal-EWNS (ċarġ, daqs u kontenut ta' ROS) bl-użu ta' metodi analitiċi moderni. Barra minn hekk, ġew evalwati għall-potenzjal ta' inattivazzjoni mikrobjali tagħhom kontra mikro-organiżmi li jinġarru mill-ikel bħal Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum u Saccharomyces cerevisiae. Ir-riżultati ppreżentati hawn juru li l-proprjetajiet tal-EWNS jistgħu jiġu rfinati waqt is-sintesi, li jirriżulta f'żieda esponenzjali fl-effiċjenza tal-inattivazzjoni. B'mod partikolari, iċ-ċarġ tal-wiċċ żdied b'fattur ta' erbgħa u l-ispeċi ta' ossiġnu reattiv żdiedu. Ir-rata tat-tneħħija mikrobjali kienet dipendenti fuq il-mikrobji u varjat minn 1.0 sa 3.8 log wara espożizzjoni ta' 45 minuta għal doża ta' aerosol ta' 40,000 #/cc EWNS.
Il-kontaminazzjoni mikrobjali hija l-kawża ewlenija tal-mard li jinġarr mill-ikel ikkawżat mill-inġestjoni ta’ patoġeni jew it-tossini tagħhom. Fl-Istati Uniti biss, il-mard li jinġarr mill-ikel jikkawża madwar 76 miljun marda, 325,000 dħul fl-isptar, u 5,000 mewt kull sena1. Barra minn hekk, id-Dipartiment tal-Agrikoltura tal-Istati Uniti (USDA) jistma li ż-żieda fil-konsum ta’ prodotti friski hija responsabbli għal 48% tal-mard kollu li jinġarr mill-ikel irrappurtat fl-Istati Uniti2. L-ispiża tal-mard u l-mewt ikkawżati minn patoġeni li jinġarru mill-ikel fl-Istati Uniti hija għolja ħafna, stmata miċ-Ċentri għall-Kontroll u l-Prevenzjoni tal-Mard (CDC) għal aktar minn US$15.6 biljun fis-sena3.
Bħalissa, l-interventi antimikrobiċi kimiċi4, radjattivi5 u termali6 biex tiġi żgurata s-sikurezza tal-ikel jitwettqu l-aktar f'punti kritiċi ta' kontroll (CCPs) limitati tul il-katina tal-produzzjoni (ġeneralment wara l-ħsad u/jew waqt l-ippakkjar) aktar milli kontinwament. Għalhekk, huma suxxettibbli għal kontaminazzjoni inkroċjata. 7. Kontroll aħjar tal-mard li jinġarr mill-ikel u t-taħsir tal-ikel jeħtieġ interventi antimikrobiċi li potenzjalment jistgħu jiġu applikati tul il-kontinwu mir-razzett sal-mejda filwaqt li jnaqqsu l-impatt u l-ispejjeż ambjentali.
Riċentement, ġiet żviluppata pjattaforma antimikrobika bbażata fuq in-nanoteknoloġija, ħielsa minn kimiċi, li tista' tiddiżattiva batterji tal-wiċċ u tal-arja bl-użu ta' nanostrutturi artifiċjali tal-ilma (EWNS). L-EWNS ġie sintetizzat bl-użu ta' żewġ proċessi paralleli, elettrosprej u jonizzazzjoni tal-ilma (Fig. 1a). Studji preċedenti wrew li l-EWNS għandhom sett uniku ta' proprjetajiet fiżiċi u bijoloġiċi8,9,10. L-EWNS għandhom medja ta' 10 elettroni għal kull struttura u daqs medju fuq skala nanometrika ta' 25 nm (Fig. 1b,c)8,9,10. Barra minn hekk, ir-reżonanza tal-ispin elettroniku (ESR) uriet li l-EWNS fih ammont kbir ta' speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS), prinċipalment radikali idrossiliċi (OH•) u superossidi (O2-) (Fig. 1c)8. L-EVNS ikun fl-arja għal żmien twil u jista' jaħbat ma' mikro-organiżmi sospiżi fl-arja u preżenti fuq il-wiċċ, u jwassal it-tagħbija ROS tiegħu u jikkawża inattivazzjoni ta' mikro-organiżmi (Fig. 1d). Dawn l-istudji bikrija wrew ukoll li l-EWNS jistgħu jinteraġixxu ma’ u jiddiżattivaw diversi batterji gram-negattivi u gram-pożittivi, inklużi l-mikobatterji, fuq l-uċuħ u fl-arja. Il-mikroskopija elettronika tat-trażmissjoni wriet li l-inattivazzjoni kienet ikkawżata minn tfixkil tal-membrana taċ-ċellula. Barra minn hekk, studji dwar inalazzjoni akuta wrew li dożi għoljin ta’ EWNS ma jikkawżawx ħsara jew infjammazzjoni fil-pulmun 8.
(a) L-elettrosprej iseħħ meta jiġi applikat vultaġġ għoli bejn tubu kapillari li fih likwidu u kontro-elettrodu. (b) L-applikazzjoni ta' pressjoni għolja tirriżulta f'żewġ fenomeni differenti: (i) elettrosprejjar tal-ilma u (ii) formazzjoni ta' speċi ta' ossiġnu reattivi (joni) maqbuda fl-EWNS. (ċ) L-istruttura unika tal-EWNS. (d) Minħabba n-natura nanoskala tagħhom, l-EWNS huma mobbli ħafna u jistgħu jinteraġixxu ma' patoġeni fl-arja.
Il-kapaċità tal-pjattaforma antimikrobika EWNS li tiddiżattiva mikro-organiżmi li jinġarru mill-ikel fuq il-wiċċ tal-ikel frisk ġiet ukoll murija reċentement. Intwera wkoll li l-ċarġ tal-wiċċ tal-EWNS flimkien ma' kamp elettriku jista' jintuża biex jinkiseb kunsinna mmirata. Barra minn hekk, ir-riżultati preliminari għat-tadam organiku wara espożizzjoni ta' 90 minuta f'EWNS ta' madwar 50,000 #/cm3 kienu inkoraġġanti, b'diversi mikro-organiżmi li jinġarru mill-ikel bħal E. coli u Listeria 11 osservati. Barra minn hekk, testijiet organolettiċi preliminari ma wrew l-ebda effetti sensorji meta mqabbla mat-tadam ta' kontroll. Għalkemm dawn ir-riżultati inizjali ta' inattivazzjoni huma inkoraġġanti għal applikazzjonijiet ta' sikurezza tal-ikel anke f'dożi baxxi ħafna ta' EWNS ta' 50,000#/cc. ara, huwa ċar li potenzjal ta' inattivazzjoni ogħla jkun aktar ta' benefiċċju biex jitnaqqas aktar ir-riskju ta' infezzjoni u taħsir.
Hawnhekk, se niffokaw ir-riċerka tagħna fuq l-iżvilupp ta' pjattaforma ta' ġenerazzjoni tal-EWNS biex tippermetti l-irfinar fin tal-parametri tas-sintesi u l-ottimizzazzjoni tal-proprjetajiet fiżiko-kimiċi tal-EWNS biex ittejjeb il-potenzjal antibatteriku tagħhom. B'mod partikolari, l-ottimizzazzjoni ffokat fuq iż-żieda tal-ċarġ tal-wiċċ tagħhom (biex ittejjeb il-kunsinna mmirata) u l-kontenut ta' ROS (biex ittejjeb l-effiċjenza tal-inattivazzjoni). Karatterizzazzjoni ta' proprjetajiet fiżiko-kimiċi ottimizzati (daqs, ċarġ u kontenut ta' ROS) bl-użu ta' metodi analitiċi moderni u użu ta' mikro-organiżmi tal-ikel komuni bħal E. .
L-EVNS ġie sintetizzat permezz ta' elettrosprejjar u jonizzazzjoni simultanja ta' ilma ta' purità għolja (18 MΩ cm–1). In-nebulizzatur elettriku 12 tipikament jintuża għall-atomizzazzjoni ta' likwidi u s-sintesi ta' partiċelli polimeriċi u taċ-ċeramika 13 u fibri 14 ta' daqs ikkontrollat.
Kif iddettaljat f'pubblikazzjonijiet preċedenti 8, 9, 10, 11, f'esperiment tipiku, ġie applikat vultaġġ għoli bejn kapillari tal-metall u kontro-elettrodu ertjat. Matul dan il-proċess, iseħħu żewġ fenomeni differenti: i) elettrosprej u ii) jonizzazzjoni tal-ilma. Kamp elettriku qawwi bejn iż-żewġ elettrodi jikkawża li jinbnew ċirkwiti negattivi fuq il-wiċċ tal-ilma kkondensat, li jirriżulta fil-formazzjoni ta' koni Taylor. Bħala riżultat, jiġu ffurmati qtar ta' ilma ċċarġjati ħafna, li jkomplu jinkisru f'partiċelli iżgħar, bħal fit-teorija ta' Rayleigh16. Fl-istess ħin, kampi elettriċi qawwija jikkawżaw li xi molekuli tal-ilma jinqasmu u jneħħu l-elettroni (jonizzaw), li jwassal għall-formazzjoni ta' ammont kbir ta' speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS)17. ROS18 iġġenerat simultanjament ġie inkapsulat f'EWNS (Fig. 1c).
Il-figura 2a turi s-sistema ta' ġenerazzjoni tal-EWNS żviluppata u użata fis-sintesi tal-EWNS f'dan l-istudju. Ilma ppurifikat maħżun fi flixkun magħluq ingħata minn ġo tubu tat-Teflon (dijametru intern ta' 2 mm) f'labra tal-istainless steel ta' 30G (kapillari tal-metall). Il-fluss tal-ilma huwa kkontrollat ​​mill-pressjoni tal-arja ġewwa l-flixkun, kif muri fil-Figura 2b. Il-labra hija mmuntata fuq console tat-Teflon u tista' tiġi aġġustata manwalment għal ċerta distanza mill-kontro-elettrodu. Il-kontro-elettrodu huwa diska tal-aluminju illustrata b'toqba fiċ-ċentru għall-kampjunar. Taħt il-kontro-elettrodu hemm lembut tal-kampjunar tal-aluminju, li huwa konness mal-bqija tas-setup sperimentali permezz ta' port tal-kampjunar (Fig. 2b). Biex tiġi evitata l-akkumulazzjoni ta' ċarġ li tista' tfixkel l-operazzjoni tal-kampjunatur, il-komponenti kollha tal-kampjunatur huma mqabbdin mal-art bl-elettriku.
(a) Sistema ta' Ġenerazzjoni ta' Nanostruttura tal-Ilma Inġinerizzata (EWNS). (b) Sezzjoni trasversali tal-kampjunatur u l-elettrosprej, li turi l-aktar parametri importanti. (ċ) Setup sperimentali għall-inattivazzjoni tal-batterji.
Is-sistema ta' ġenerazzjoni tal-EWNS deskritta hawn fuq hija kapaċi tbiddel il-parametri operattivi ewlenin biex tiffaċilita l-irfinar fin tal-proprjetajiet tal-EWNS. Aġġusta l-vultaġġ applikat (V), id-distanza bejn il-labra u l-kontro-elettrodu (L), u l-fluss tal-ilma (φ) mill-kapillari biex tirfina l-karatteristiċi tal-EWNS. Simbolu użat biex jirrappreżenta kombinazzjonijiet differenti: [V (kV), L (cm)]. Aġġusta l-fluss tal-ilma biex tikseb kon Taylor stabbli ta' ċertu sett [V, L]. Għall-finijiet ta' dan l-istudju, id-dijametru tal-apertura tal-kontro-elettrodu (D) inżamm f'0.5 pulzieri (1.29 cm).
Minħabba l-ġeometrija limitata u l-assimetrija, is-saħħa tal-kamp elettriku ma tistax tiġi kkalkulata mill-ewwel prinċipji. Minflok, is-softwer QuickField™ (Svendborg, id-Danimarka)19 intuża biex jiġi kkalkulat il-kamp elettriku. Il-kamp elettriku mhuwiex uniformi, għalhekk il-valur tal-kamp elettriku fil-ponta tal-kapillari ntuża bħala valur ta' referenza għal diversi konfigurazzjonijiet.
Matul l-istudju, ġew evalwati diversi kombinazzjonijiet ta' vultaġġ u distanza bejn il-labra u l-kontro-elettrodu f'termini ta' formazzjoni ta' kon Taylor, stabbiltà ta' kon Taylor, stabbiltà ta' produzzjoni ta' EWNS, u riproduċibbiltà. Diversi kombinazzjonijiet huma murija fit-Tabella Supplimentari S1.
L-output tas-sistema ta' ġenerazzjoni tal-EWNS kien imqabbad direttament ma' Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Mudell 3936, TSI, Shoreview, MN) għall-kejl tal-konċentrazzjoni tan-numru ta' partiċelli, kif ukoll ma' Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Mudell 3068B, Shoreview, MN). ) għall-kurrenti tal-ajrusol tkejjel kif deskritt fil-pubblikazzjoni preċedenti tagħna. Kemm l-SMPS kif ukoll l-elettrometru tal-ajrusol ittieħdu kampjuni b'rata ta' fluss ta' 0.5 L/min (fluss totali tal-kampjun 1 L/min). Il-konċentrazzjoni tan-numru ta' partiċelli u l-fluss tal-ajrusol tkejlu għal 120 sekonda. Il-kejl jiġi ripetut 30 darba. Abbażi tal-kejl tal-kurrent, tiġi kkalkulata l-ċarġ totali tal-ajrusol u tiġi stmata l-ċarġ medju tal-EWNS għal numru totali partikolari ta' partiċelli EWNS magħżula. L-ispiża medja tal-EWNS tista' tiġi kkalkulata bl-użu tal-ekwazzjoni (1):
Fejn IEl hija l-kurrent imkejjel, NSMPS hija l-konċentrazzjoni diġitali mkejla bl-SMPS, u φEl hija r-rata tal-fluss għal kull elettrometru.
Minħabba li l-umdità relattiva (RH) taffettwa l-iċċarġjar tal-wiċċ, it-temperatura u (RH) inżammu kostanti matul l-esperiment f'21°C u 45%, rispettivament.
Mikroskopija tal-forza atomika (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) u sonda AC260T (Olympus, Tokyo, Ġappun) intużaw biex jitkejlu d-daqs u l-ħajja tal-EWNS. Il-frekwenza tal-iskennjar tal-AFM kienet ta' 1 Hz, iż-żona tal-iskennjar kienet ta' 5 μm × 5 μm, u 256 linja tal-iskennjar. L-immaġini kollha ġew soġġetti għal allinjament tal-immaġini tal-ewwel ordni bl-użu tas-softwer Asylum (firxa tal-maskra 100 nm, limitu 100 pm).
Il-lembut tat-test tneħħa u l-wiċċ tal-majka tqiegħed f'distanza ta' 2.0 ċm mill-kontro-elettrodu għal ħin medju ta' 120 sekonda biex tiġi evitata l-agglomerazzjoni tal-partiċelli u l-formazzjoni ta' qtar irregolari fuq il-wiċċ tal-majka. L-EWNS ġie sprejjat direttament fuq il-wiċċ tal-majka maqtugħa friska (Ted Pella, Redding, CA). Immaġni tal-wiċċ tal-majka immedjatament wara l-isputtering tal-AFM. L-angolu tal-kuntatt tal-wiċċ tal-majka mhux modifikata maqtugħa friska huwa qrib iż-0°, għalhekk l-EVNS huwa mqassam fuq il-wiċċ tal-majka fil-forma ta' koppla. Id-dijametru (a) u l-għoli (h) tal-qtar li jxerrdu tkejlu direttament mit-topografija tal-AFM u ntużaw biex jiġi kkalkulat il-volum ta' diffużjoni f'forma ta' koppla tal-EWNS bl-użu tal-metodu tagħna vvalidat qabel. Jekk nassumu li l-EWNS abbord għandhom l-istess volum, id-dijametru ekwivalenti jista' jiġi kkalkulat bl-użu tal-ekwazzjoni (2):
Abbażi tal-metodu żviluppat qabel tagħna, intużat nassa tal-ispin tar-reżonanza tal-ispin tal-elettroni (ESR) biex tiskopri l-preżenza ta' intermedji radikali ta' ħajja qasira fl-EWNS. L-aerosols ġew ibbużżjati minn ġo sparger Midget ta' 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) li kien fih soluzzjoni ta' 235 mM ta' DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon). Il-kejl kollu tal-ESR sar bl-użu ta' spettrometru Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) u ċellula b'pannell ċatt. Is-softwer Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) intuża biex jiġbor u janalizza d-dejta. Id-determinazzjoni tal-karatteristiċi tar-ROS twettqet biss għal sett ta' kundizzjonijiet operattivi [-6.5 kV, 4.0 cm]. Il-konċentrazzjonijiet tal-EWNS tkejlu bl-użu tal-SMPS wara li ġew ikkunsidrati t-telf tal-EWNS fl-impattur.
Il-livelli tal-ożonu ġew immonitorjati bl-użu ta' 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Għall-proprjetajiet kollha tal-EWNS, il-valur medju jintuża bħala l-valur tal-kejl, u d-devjazzjoni standard tintuża bħala l-iżball tal-kejl. Saru testijiet-T biex jitqabblu l-valuri tal-attributi ottimizzati tal-EWNS mal-valuri korrispondenti tal-EWNS bażi.
Il-Figura 2c turi sistema ta’ “ġbid” ta’ preċipitazzjoni elettrostatika (EPES) żviluppata u kkaratterizzata qabel li tista’ tintuża għal kunsinna mmirata ta’ EWNS fil-wiċċ. L-EPES juża ċċarġijiet EVNS li jistgħu jiġu “ggwidati” direttament lejn il-wiċċ tal-mira taħt l-influwenza ta’ kamp elettriku qawwi. Id-dettalji tas-sistema EPES huma ppreżentati f’pubblikazzjoni reċenti minn Pyrgiotakis et al. 11. Għalhekk, l-EPES jikkonsisti f’kamra tal-PVC stampata 3D b’truf koniċi u fiha żewġ pjanċi tal-metall paralleli tal-istainless steel (azzar inossidabbli 304, miksi bil-mera) fiċ-ċentru 15.24 ċm ’il bogħod minn xulxin. Il-bordijiet kienu konnessi ma’ sors estern ta’ vultaġġ għoli (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), il-pjanċa tal-qiegħ kienet dejjem konnessa ma’ vultaġġ pożittiv, u l-pjanċa ta’ fuq kienet dejjem konnessa mal-art (art f’wiċċ l-ilma). Il-ħitan tal-kamra huma mgħottija b’fojl tal-aluminju, li huwa ertjat elettrikament biex jipprevjeni t-telf ta’ partiċelli. Il-kompartiment għandu bieba ta' tagħbija ssiġillata minn quddiem li tippermetti li l-uċuħ tat-test jitqiegħdu fuq stands tal-plastik li jgħolluhom 'il fuq mill-pjanċa tal-metall tal-qiegħ biex tiġi evitata interferenza ta' vultaġġ għoli.
L-effiċjenza tad-depożizzjoni tal-EWNS fl-EPES ġiet ikkalkulata skont protokoll żviluppat qabel iddettaljat fil-Figura Supplimentari S111.
Bħala kamra tal-kontroll, kamra tal-fluss ċilindrika oħra ġiet imqabbda f'serje mas-sistema EPES, fejn intuża filtru HEPA intermedju biex jitneħħew l-EWNS. Kif muri fil-Figura 2c, l-aerosol EWNS ġie ppumpjat minn żewġ kmamar integrati. Il-filtru bejn il-kamra tal-kontroll u l-EPES ineħħi kwalunkwe EWNS li jifdal u dan irriżulta fl-istess temperatura (T), umdità relattiva (RH) u livelli ta' ożonu.
Instabu mikro-organiżmi importanti li jinġarru mill-ikel li jikkontaminaw ikel frisk bħal E. coli (ATCC #27325), indikatur fekali, Salmonella enterica (ATCC #53647), patoġenu li jinġarr mill-ikel, Listeria harmful (ATCC #33090), surrogat għal Listeria monocytogenes patoġenika, derivata minn ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), sostitut għall-ħmira li tħassar, u batterju inattivat aktar reżistenti, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Ixtri kaxxi bl-addoċċ ta’ tadam organiku mis-suq lokali tiegħek u poġġihom fil-friġġ f’4°C sakemm tużahom (sa 3 ijiem). It-tadam sperimentali kien kollu tal-istess daqs, madwar 1/2 pulzier fid-dijametru.
Il-protokolli tal-kultura, l-inokulazzjoni, l-espożizzjoni, u l-għadd tal-kolonji huma dettaljati fil-pubblikazzjoni preċedenti tagħna u dettaljati fid-Data Supplimentari. L-effettività tal-EWNS ġiet evalwata billi t-tadam inokulat ġie espost għal 40,000 #/cm3 għal 45 minuta. Fil-qosor, tliet tadam intużaw biex jiġu evalwati l-mikro-organiżmi superstiti fil-ħin t = 0 min. Tliet tadam tqiegħdu fl-EPES u tqiegħdu għal EWNS f'40,000 #/cc (tadam espost għal EWNS) u t-tlieta li fadal tqiegħdu fil-kompartiment tal-kontroll (tadam ta' kontroll). Ma twettaqx ipproċessar addizzjonali tat-tadam fiż-żewġ gruppi. It-tadam espost għal EWNS u t-tadam ta' kontroll tneħħew wara 45 minuta biex jiġi evalwat l-effett tal-EWNS.
Kull esperiment twettaq fi tliet kopji. L-analiżi tad-dejta twettqet skont il-protokoll deskritt fid-Dejta Supplimentari.
Il-mekkaniżmi ta' inattivazzjoni ġew ivvalutati permezz tas-sedimentazzjoni ta' kampjuni EWNS esposti (45 minuta f'konċentrazzjoni ta' aerosol EWNS ta' 40,000 #/cm3) u kampjuni mhux irradjati ta' batterji li ma jagħmlux ħsara E. coli, Salmonella enterica u Lactobacillus. Il-partiċelli ġew iffissati f'2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde u 0.03% aċidu pikriku f'0.1 M buffer tas-sodium cacodylate (pH 7.4) għal sagħtejn f'temperatura tal-kamra. Wara l-ħasil, iffissa wara b'1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) għal sagħtejn, aħsel 3 darbiet fl-ilma u inkuba f'1% uranyl acetate għal siegħa, imbagħad aħsel darbtejn fl-ilma, imbagħad iddeidrata għal 10 minuti f'50%, 70%, 90%, 100% alkoħol. Il-kampjuni mbagħad tqiegħdu f'ossidu tal-propilene għal siegħa u ġew mimlija b'taħlita 1:1 ta' ossidu tal-propilene u TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Il-kampjuni ġew inkorporati f'TAAB Epon u polimerizzati f'60°C għal 48 siegħa. Ir-reżina granulari vulkanizzata nqatgħet u ġiet viżwalizzata permezz ta' TEM bl-użu ta' mikroskopju elettroniku ta' trasmissjoni konvenzjonali JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Ġappun) mgħammar b'kamera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
L-esperimenti kollha twettqu fi tliet kopji. Għal kull punt ta' żmien, il-ħasliet batteriċi ġew miżrugħa fi tliet kopji, li rriżultaw f'total ta' disa' punti tad-dejta għal kull punt, li l-medja tagħhom intużat bħala l-konċentrazzjoni batterika għal dak il-mikroorganiżmu partikolari. Id-devjazzjoni standard intużat bħala l-iżball tal-kejl. Il-punti kollha jgħoddu.
Il-logaritmu tat-tnaqqis fil-konċentrazzjoni tal-batterji meta mqabbel ma' t = 0 min ġie kkalkulat bl-użu tal-formula li ġejja:
Fejn C0 hija l-konċentrazzjoni tal-batterji fil-kampjun ta' kontroll fil-ħin 0 (jiġifieri wara li l-wiċċ ikun nixef iżda qabel ma jitqiegħed fil-kompartiment) u Cn hija l-konċentrazzjoni tal-batterji fuq il-wiċċ wara n minuti ta' espożizzjoni.
Biex titqies id-degradazzjoni naturali tal-batterji matul l-espożizzjoni ta' 45 minuta, it-tnaqqis logaritmu meta mqabbel mal-kontroll wara 45 minuta ġie kkalkulat ukoll kif ġej:
Fejn Cn hija l-konċentrazzjoni tal-batterji fil-kampjun ta' kontroll fil-ħin n u Cn-Control hija l-konċentrazzjoni tal-batterji ta' kontroll fil-ħin n. Id-dejta hija ppreżentata bħala tnaqqis logaritmu meta mqabbel mal-kontroll (l-ebda espożizzjoni għall-EWNS).
Matul l-istudju, diversi kombinazzjonijiet ta' vultaġġ u distanza bejn il-labra u l-kontro-elettrodu ġew evalwati f'termini ta' formazzjoni ta' kon Taylor, stabbiltà ta' kon Taylor, stabbiltà ta' produzzjoni ta' EWNS, u riproduċibbiltà. Diversi kombinazzjonijiet huma murija fit-Tabella Supplimentari S1. Żewġ każijiet li juru proprjetajiet stabbli u riproduċibbli (kon Taylor, ġenerazzjoni ta' EWNS, u stabbiltà maż-żmien) intgħażlu għal studju komprensiv. Fil-figura 3, il-Figura 3 turi r-riżultati għall-ċarġ, id-daqs, u l-kontenut ta' ROS fiż-żewġ każijiet. Ir-riżultati huma murija wkoll fit-Tabella 1. Għal referenza, kemm il-Figura 3 kif ukoll it-Tabella 1 jinkludu l-proprjetajiet tal-EWNS8, 9, 10, 11 (linja bażi-EWNS) mhux ottimizzati sintetizzati qabel. Kalkoli ta' sinifikat statistiku bl-użu ta' test-t b'żewġ dnub huma ppubblikati mill-ġdid fit-Tabella Supplimentari S2. Barra minn hekk, dejta addizzjonali tinkludi studji dwar l-effett tad-dijametru tat-toqba tal-kampjunar tal-kontro-elettrodu (D) u d-distanza bejn l-elettrodu tal-art u l-ponta (L) (Figuri Supplimentari S2 u S3).
(ac) Distribuzzjoni tad-daqs imkejla bl-AFM. (df) Karatteristika tal-ċarġ tal-wiċċ. (g) Karatterizzazzjoni ROS tal-EPR.
Ta' min jinnota wkoll li għall-kundizzjonijiet kollha ta' hawn fuq, il-kurrent tal-jonizzazzjoni mkejjel kien bejn 2 u 6 μA u l-vultaġġ bejn -3.8 u -6.5 kV, li rriżulta f'konsum ta' enerġija ta' inqas minn 50 mW għal dan il-modulu ta' kuntatt ta' ġenerazzjoni waħda ta' EWNS. Għalkemm l-EWNS ġie sintetizzat taħt pressjoni għolja, il-livelli tal-ożonu kienu baxxi ħafna, u qatt ma qabżu s-60 ppb.
Il-Figura Supplimentari S4 turi l-kampi elettriċi simulati għax-xenarji ta' [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivament. Għax-xenarji ta' [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], il-kalkoli tal-kamp huma 2 × 105 V/m u 4.7 × 105 V/m, rispettivament. Dan huwa mistenni, peress li fit-tieni każ il-proporzjon bejn il-vultaġġ u d-distanza huwa ħafna ogħla.
Fil-figura 3a,b jidher id-dijametru tal-EWNS imkejjel bl-AFM8. Id-dijametri medji kkalkulati tal-EWNS kienu 27 nm u 19 nm għall-iskemi [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivament. Għax-xenarji [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], id-devjazzjonijiet standard ġeometriċi tad-distribuzzjonijiet huma 1.41 u 1.45, rispettivament, li jindikaw distribuzzjoni tad-daqs dejqa. Kemm id-daqs medju kif ukoll id-devjazzjoni standard ġeometrika huma qrib ħafna tal-EWNS bażi, f'25 nm u 1.41, rispettivament. Fil-figura 3c jidher id-distribuzzjoni tad-daqs tal-EWNS bażi mkejjel bl-użu tal-istess metodu taħt l-istess kundizzjonijiet.
Fil-figura 3d,e jidhru r-riżultati tal-karatterizzazzjoni tal-ċarġ. Id-dejta hija kejl medju ta' 30 kejl simultanju tal-konċentrazzjoni (#/cm3) u l-kurrent (I). L-analiżi turi li l-ċarġ medju fuq l-EWNS huwa 22 ± 6 e- u 44 ± 6 e- għal [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivament. Għandhom ċċarġijiet tal-wiċċ sinifikament ogħla meta mqabbla mal-linja bażi tal-EWNS (10 ± 2 e-), darbtejn akbar mix-xenarju ta' [-6.5 kV, 4.0 cm] u erba' darbiet akbar mix-xenarju ta' [-3.8 kV, 0.5 cm]. Il-Figura 3f turi d-dejta tal-ċarġ għall-Linja Bażika-EWNS.
Mill-mapep tal-konċentrazzjoni tan-numru EWNS (Figuri Supplimentari S5 u S6), jista' jidher li x-xenarju [-6.5 kV, 4.0 cm] għandu sinifikament aktar partiċelli mix-xenarju [-3.8 kV, 0.5 cm]. Ta' min jinnota wkoll li l-konċentrazzjoni tan-numru EWNS ġiet immonitorjata sa 4 sigħat (Figuri Supplimentari S5 u S6), fejn l-istabbiltà tal-ġenerazzjoni tal-EWNS uriet l-istess livelli ta' konċentrazzjoni tan-numru ta' partiċelli fiż-żewġ każijiet.
Fil-figura 3g jidher l-ispettru tal-EPR wara t-tnaqqis tal-kontroll ottimizzat tal-EWNS (sfond) f'[-6.5 kV, 4.0 cm]. L-ispettri tar-ROS tqabblu wkoll max-xenarju Baseline-EWNS f'xogħol ippubblikat qabel. L-għadd ta' EWNS li jirreaġixxu man-nases tal-ispin ġie kkalkulat li huwa 7.5 × 104 EWNS/s, li huwa simili għall-Baseline-EWNS8 ippubblikat qabel. L-ispettri tal-EPR urew b'mod ċar il-preżenza ta' żewġ tipi ta' ROS, bl-O2- ikun l-ispeċi predominanti u OH• ikun inqas abbundanti. Barra minn hekk, tqabbil dirett tal-intensitajiet tal-quċċata wera li l-EWNS ottimizzati kellhom kontenut ta' ROS sinifikament ogħla meta mqabbel mal-EWNS bażi.
Fil-figura 4 tidher l-effiċjenza tad-depożizzjoni tal-EWNS fl-EPES. Id-dejta hija wkoll miġbura fil-qosor fit-Tabella I u mqabbla mad-dejta oriġinali tal-EWNS. Għaż-żewġ każijiet tal-EUNS, id-depożizzjoni hija qrib il-100% anke f'vultaġġ baxx ta' 3.0 kV. Tipikament, 3.0 kV huwa biżżejjed għal depożizzjoni ta' 100%, irrispettivament mill-bidla fil-ċarġ tal-wiċċ. Taħt l-istess kundizzjonijiet, l-effiċjenza tad-depożizzjoni tal-Baseline-EWNS kienet biss 56% minħabba l-ċarġ aktar baxx tagħhom (medja ta' 10 elettroni għal kull EWNS).
Fil-figura 5 u fit-tabella 2 jiġi ppreżentat fil-qosor il-valur ta' inattivazzjoni ta' mikro-organiżmi inokulati fuq il-wiċċ tat-tadam wara espożizzjoni għal madwar 40,000 #/cm3 EWNS għal 45 minuta fil-modalità ottimali [-6.5 kV, 4.0 cm]. E. coli u Lactobacillus innocuous inokulati wrew tnaqqis sinifikanti ta' 3.8 log matul l-espożizzjoni ta' 45 minuta. Taħt l-istess kundizzjonijiet, S. enterica kellha tnaqqis ta' 2.2 log, filwaqt li S. cerevisiae u M. parafortutum kellhom tnaqqis ta' 1.0 log.
Il-mikrografi elettroniċi (Figura 6) juru l-bidliet fiżiċi kkaġunati minn EWNS fuq ċelloli Escherichia coli, Streptococcus, u Lactobacillus li ma jagħmlux ħsara u dan iwassal għall-inattivazzjoni tagħhom. Il-batterji ta' kontroll kellhom membrani taċ-ċelloli intatti, filwaqt li l-batterji esposti kellhom membrani ta' barra bil-ħsara.
Immaġini mikroskopika elettronika ta' batterji ta' kontroll u esposti żvelat ħsara fil-membrana.
Id-dejta dwar il-proprjetajiet fiżikokimiċi tal-EWNS ottimizzati kollettivament turi li l-proprjetajiet (ċarġ tal-wiċċ u kontenut ta' ROS) tal-EWNS tjiebu b'mod sinifikanti meta mqabbla mad-dejta bażi tal-EWNS ippubblikata qabel8,9,10,11. Min-naħa l-oħra, id-daqs tagħhom baqa' fil-medda tan-nanometru, simili ħafna għar-riżultati rrappurtati qabel, li jippermettilhom jibqgħu fl-arja għal perjodi twal ta' żmien. Il-polidispersità osservata tista' tiġi spjegata minn bidliet fiċ-ċarġ tal-wiċċ li jiddeterminaw id-daqs tal-EWNS, ir-randomità tal-effett Rayleigh, u l-koeżjoni potenzjali. Madankollu, kif iddettaljat minn Nielsen et al. 22, ċarġ tal-wiċċ għoli jnaqqas l-evaporazzjoni billi jżid b'mod effettiv l-enerġija/tensjoni tal-wiċċ tal-qatra ilma. Fil-pubblikazzjoni preċedenti tagħna8 din it-teorija ġiet ikkonfermata sperimentalment għal mikroqtar 22 u EWNS. It-telf ta' ċarġ matul iż-żmien żejjed jista' wkoll jaffettwa d-daqs u jikkontribwixxi għad-distribuzzjoni tad-daqs osservata.