Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com. Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред. Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Ба наздикӣ платформаи зиддимикробӣ аз кимиёвӣ дар асоси нанотехнология бо истифода аз наноструктураи сунъии об (EWNS) таҳия карда шуд. EWNS дорои заряди баланди рӯизаминӣ буда, аз намудҳои реактивии оксиген (ROS) бой мебошанд, ки метавонанд бо як қатор микроорганизмҳо, аз ҷумла микроорганизмҳо, аз ҷумла микроорганизмҳои ғизоӣ мутақобила ва ғайрифаъол кунанд. Дар ин ҷо нишон дода шудааст, ки хосиятҳои онҳо ҳангоми синтез метавонанд барои такмил додани потенсиали бактериявии онҳо дақиқ ва оптимизатсия карда шаванд. Платформаи лаборатории EWNS барои дуруст танзим кардани хосиятҳои EWNS тавассути тағир додани параметрҳои синтез тарҳрезӣ шудааст. Тавсифи хосиятҳои EWNS (заряд, андоза ва мундариҷаи ROS) бо истифода аз усулҳои муосири таҳлилӣ анҷом дода шуд. Илова бар ин, микроорганизмҳои ғизоӣ ба монанди Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum ва Saccharomyces cerevisiae ба рӯи помидорҳои органикии ангур барои арзёбии иқтидори ғайрифаъолкунии микробҳои онҳо эм карда шуданд. Натиҷаҳое, ки дар ин ҷо оварда шудаанд, нишон медиҳанд, ки хосиятҳои EWNS метавонанд ҳангоми синтез дуруст танзим карда шаванд, ки дар натиҷа самаранокии ғайрифаъолшавӣ афзоиш меёбад. Махсусан, заряди руизаминй чор баробар афзуд, микдори РОС. Сатҳи тозакунии микробҳо аз микроб вобаста буд ва пас аз 45 дақиқаи таъсири вояи аэрозоли 40,000 #/см3 EWNS аз 1,0 то 3,8 лог буд.
Ифлосшавии микробҳо сабаби асосии бемориҳои ғизоӣ мебошад, ки дар натиҷаи воридшавии микроорганизмҳо ё токсинҳои онҳо ба вуҷуд меоянд. Танҳо дар Иёлоти Муттаҳида ҳар сол тақрибан 76 миллион бемориҳо, 325,000 дар беморхона бистарӣ ва 5,000 фавтида аз бемориҳои ғизоӣ иборат аст1. Илова бар ин, Департаменти кишоварзии Иёлоти Муттаҳида (USDA) ҳисоб мекунад, ки афзоиши истеъмоли маҳсулоти тару тоза барои 48 фоизи тамоми бемориҳои тавассути ғизо дар Иёлоти Муттаҳида гузоришшуда масъул аст2. Хароҷоти беморӣ ва марг аз микроорганизмҳои ангезандаи ғизо дар Иёлоти Муттаҳида хеле баланд аст, ки аз ҷониби марказҳои назорат ва пешгирии бемориҳо (CDC) дар як сол зиёда аз 15,6 миллиард доллари ИМА ҳисоб карда мешавад3.
Дар айни замон, мудохилаҳои зиддимикробӣ4, радиатсионӣ5 ва гармӣ6 барои таъмини амнияти озуқаворӣ асосан дар нуқтаҳои маҳдуди назорати муҳими (CCPs) дар занҷири истеҳсолот (одатан пас аз ҷамъоварӣ ва/ё ҳангоми бастабандӣ) амалӣ карда мешаванд, на ба таври доимӣ, ки маҳсулоти тару тоза ба ифлосшавии байниҳамдигарӣ дучор шаванд 7. Барои назорати беҳтари бемориҳои ғизоӣ ва эҳтимолии ғизо тадбирҳои зиддимикробӣ заруранд. давомнокин ферма ба миз. Таъсир ва хароҷоти камтар.
Ба наздикӣ платформаи зиддимикробӣ аз кимиёвӣ дар асоси нанотехнология таҳия шудааст, ки бактерияҳоро дар рӯи замин ва ҳаво бо истифода аз наносохтори сунъии об (EWNS) ғайрифаъол мекунад. Барои синтези EVNS ду процесси параллел истифода бурда шуд: электроспрей ва ионизатсияи об (расми 1а). EWNS қаблан нишон дода шуда буд, ки дорои маҷмӯи беназири хосиятҳои физикӣ ва биологӣ8,9,10. EWNS дар як сохтор ба ҳисоби миёна 10 электрон дорад ва андозаи миёнаи нанометриаш 25 нм (расми 1б,в)8,9,10. Илова бар ин, резонанси электронии spin (ESR) нишон дод, ки EWNS миқдори зиёди намудҳои оксигени реактивӣ (ROS), асосан радикалҳои гидроксил (OH•) ва супероксид (O2-) дорад (расми 1c) 8. EWNS муддати тӯлонӣ дар ҳаво боқӣ монд ва метавонад бо микробҳои дар ҳаво овезоншуда ва дар рӯи рӯи замин мавҷудбуда бархӯрд кунад ва бори ROS-и онҳоро интиқол диҳад ва боиси ғайрифаъолшавии микробҳо шавад (расми 1d). Ин таҳқиқоти қаблӣ инчунин нишон доданд, ки EWNS метавонад бо бактерияҳои гуногуни грам-манфӣ ва грам-мусбат, ки аҳамияти саломатии ҷамъиятӣ доранд, аз ҷумла микобактерияҳо, дар рӯи замин ва ҳаво мутақобила ва ғайрифаъол кунад8,9. Микроскопияи электронии интиқол нишон дод, ки ғайрифаъолшавӣ дар натиҷаи вайрон шудани мембранаи ҳуҷайра ба амал омадааст. Илова бар ин, таҳқиқоти шадиди нафаскашӣ нишон доданд, ки вояи баланди EWNS боиси осеби шуш ё илтиҳоб намегардад8.
$A) Электроспрейк ҳангоми ҷорӣ шудани шиддати баланд байни капилляри дорои моеъ ва электроди муқобил ба амал меояд. (б) Истифодаи шиддати баланд боиси ду падидаи гуногун мегардад: (i) пошидани электротехникии об ва (ii) тавлиди намудҳои реактивии оксиген (ионҳо), ки дар EWNS нигоҳ дошта мешаванд. (в) Сохтори беназири EWNS. (г) EWNS аз сабаби табиати наномикёси худ хеле мобилӣ мебошанд ва метавонанд бо патогенҳои ҳавоӣ ҳамкорӣ кунанд.
Қобилияти платформаи зиддимикробии EWNS барои ғайрифаъол кардани микроорганизмҳои ғизоӣ дар рӯи ғизои тару тоза низ ба наздикӣ нишон дода шудааст. Инчунин нишон дода шудааст, ки заряди рӯизаминии EWNS метавонад дар якҷоягӣ бо майдони электрикӣ барои интиқоли мақсаднок истифода шавад. Муҳимтар аз ҳама, натиҷаи умедбахши ибтидоии тақрибан 1,4 лог кам шудани фаъолияти органикии помидор бар зидди микроорганизмҳои гуногуни ғизоӣ ба монанди E. coli ва Listeria дар давоми 90 дақиқа пас аз таъсири EWNS дар консентратсияи тақрибан 50,000#/см311 мушоҳида шудааст. Илова бар ин, санҷишҳои пешакии арзёбии органолептикӣ дар муқоиса бо помидори назоратӣ ягон таъсири органолептикӣ нишон надоданд. Гарчанде ки ин натиҷаҳои ибтидоии ғайрифаъолкунӣ ҳатто дар вояи хеле пасти EWNS 50,000#/cc бехатарии озуқаворӣ ваъда медиҳанд. бубинед, равшан аст, ки потенсиали баландтари ғайрифаъолкунӣ барои коҳиши минбаъдаи хатари сироят ва вайроншавӣ муфидтар хоҳад буд.
Дар ин ҷо, мо тадқиқоти худро ба таҳияи платформаи тавлиди EWNS барои танзими дақиқи параметрҳои синтез ва оптимизатсияи хосиятҳои физикӣ-кимиёвии EWNS барои баланд бардоштани потенсиали антибактериалии онҳо равона хоҳем кард. Махсусан, оптимизатсия ба баланд бардоштани пардохти сатҳи онҳо (барои беҳтар кардани интиқоли мақсаднок) ва мундариҷаи ROS (барои беҳтар кардани самаранокии ғайрифаъолкунӣ) тамаркуз кардааст. Тавсифи хосиятҳои оптимизатсияшудаи физикӣ-химиявӣ (ҳаҷм, заряд ва мундариҷаи ROS) бо истифода аз усулҳои муосири таҳлилӣ ва бо истифода аз микроорганизмҳои маъмули ғизоӣ ба монанди E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ва M. parafortuitum.
EVNS бо роҳи ҳамзамон электропошидани ва ионизатсияи оби тозаи баланд (18 MΩ см-1) синтез карда шуд. Атомизатори электрикӣ 12 маъмулан барои атомизатсия кардани моеъҳо ва заррачаҳои полимерии синтетикӣ ва сафолӣ 13 ва нахҳои 14 андозаи назоратшаванда истифода мешавад.
Тавре ки дар нашрияҳои қаблӣ 8, 9, 10, 11 муфассал гуфта шудааст, дар як таҷрибаи маъмулӣ, шиддати баланд байни капиллярҳои металлӣ ва электроди муқобили заминӣ истифода мешавад. Дар ин процесс ду ходисаи гуногун ба амал меояд: 1) электроспрей ва 2) ионизатсияи об. Майдони сахти электрикии байни ду электрод боиси пайдо шудани зарядхои манфй дар сатхи оби конденсацияшуда мегардад ва дар натича конусхои Тейлор ба вучуд меоянд. Дар натиља ќатрањои обї ба вуљуд меоянд, ки мувофиќи назарияи Релей16 ба заррачањои хурдтар људо мешаванд. Дар айни замон, майдони пурқуввати электрикӣ боиси тақсим шудани баъзе молекулаҳои об мегардад, ки электронҳоро ҷудо мекунанд (ионизатсия) ва ба ин васила миқдори зиёди намудҳои реактивии оксигенро (ROS) тавлид мекунанд17. Бастаҳои ҳамзамон тавлидшудаи ROS18 дар EWNS капсул карда шуданд (расми 1c).
Дар расм. 2а системаи тавлиди EWNS-ро нишон медиҳад, ки дар синтези EWNS дар ин таҳқиқот таҳия ва истифода шудааст. Оби тозашудаи дар шишаи пӯшида нигоҳ дошташуда тавассути найчаи тефлон (диаметри дарунӣ 2 мм) ба сӯзани аз пӯлоди зангногир 30G (капиллярҳои металлӣ) дода шуд. Тавре ки дар расми 2b нишон дода шудааст, ҷараёни об тавассути фишори ҳаво дар дохили шиша идора карда мешавад. Сӯзан ба консоли тефлон пайваст карда шудааст, ки онро ба масофаи муайян аз электроди муқобил дастӣ танзим кардан мумкин аст. Электроди муқобил як диски алюминии сайқалёфта мебошад, ки дар мобайн сӯрох барои гирифтани намуна дорад. Дар поёни электроди муқовимат як воҳиди намунаи алюминий ҷойгир аст, ки ба қисми боқимондаи насби таҷрибавӣ тавассути бандари интихоб пайваст карда мешавад (расми 2б). Ҳама ҷузъҳои намунагиранда бо барқ ​​асоснок карда шудаанд, то аз ҷамъшавии заряд, ки метавонад намунаи зарраҳоро паст кунад.
(a) Системаи муҳандисии тавлиди наноструктураи об (EWNS). (б) Қисмати салиб аз дастгоҳи намунагир ва электроспрей, ки параметрҳои муҳимтаринро нишон медиҳад. (в) Танзимоти таҷрибавӣ барои ғайрифаъолкунии бактерияҳо.
Системаи тавлиди EWNS, ки дар боло тавсиф шудааст, қодир аст параметрҳои асосии амалиётиро барои осон кардани танзими дақиқи хосиятҳои EWNS тағир диҳад. Шиддати татбиқшаванда (V), масофаи байни сӯзан ва электроди муқобил (L) ва ҷараёни обро (φ) тавассути капилляр танзим кунед, то хусусиятҳои EWNS-ро дақиқ танзим кунед. Рамзҳои [V (кВ), L (см)] барои ифода кардани комбинатсияҳои гуногун истифода мешаванд. Ҷараёни обро танзим кунед, то конуси устувори Тейлори маҷмӯи муайянро ба даст оред [V, L]. Барои мақсадҳои ин тадқиқот, диафрагмаи электроди муқобил (D) дар 0,5 дюйм (1,29 см) муқаррар карда шуд.
Аз сабаби маҳдуд будани геометрия ва асимметрия, қувваи майдони барқро аз рӯи принсипҳои аввал ҳисоб кардан мумкин нест. Ба ҷои ин, нармафзори QuickField™ (Svendborg, Дания)19 барои ҳисоб кардани майдони барқ ​​истифода шуд. Майдони электрики якранг нест, бинобар ин кимати майдони электрики дар нуги капилляр барои конфигуратсияхои гуногун хамчун арзиши истинод истифода мешуд.
Дар рафти тадқиқот, якчанд комбинатсияи шиддат ва масофаи байни сӯзан ва электроди муқобил аз рӯи ташаккули конуси Тейлор, устувории конуси Тейлор, устувории истеҳсоли EWNS ва такроршавандагӣ арзёбӣ карда шуданд. Комбинатсияҳои гуногун дар Ҷадвали иловагии S1 нишон дода шудаанд.
Натиҷаи системаи тавлиди EWNS мустақиман ба Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, модели 3936, TSI, Shoreview, Миннесота) барои чен кардани консентратсияи рақами зарраҳо пайваст карда шуд ва бо электрометри аэрозолии Фарадей (TSI, модели 3068B, Shoreview, ИМА) истифода шуд. MN) барои чен кардани ҷараёнҳои аэрозол, тавре ки дар нашрияи қаблии мо тавсиф шудааст9. Ҳам SMPS ва ҳам электрометри аэрозолӣ бо суръати ҷараёни 0,5 л/дақ (маҷрои умумии намуна 1 л/дақ) гирифта шудааст. Консентратсияи зарраҳо ва флюсҳои аэрозолҳо барои 120 сония чен карда шуданд. Андозаро 30 маротиба такрор кунед. Зарари умумии аэрозол аз ченакҳои ҷорӣ ҳисоб карда мешавад ва заряди миёнаи EWNS аз шумораи умумии зарраҳои EWNS интихобшуда ҳисоб карда мешавад. Арзиши миёнаи EWNS метавонад бо истифода аз муодилаи (1) ҳисоб карда шавад:
ки дар он IEl ҷараёни ченшаванда аст, NSMPS консентратсияи ададест, ки бо SMPS чен карда мешавад ва φEl суръати ҷараёни электрометр мебошад.
Азбаски намии нисбї (RH) ба заряди сатњ таъсир мерасонад, дар давоми таҷриба њарорат ва (РН) мутаносибан дар 21°С ва 45% доимї нигоњ дошта шуданд.
Микроскопияи қувваи атомӣ (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта Барбара, CA) ва зонд AC260T (Олимп, Токио, Ҷопон) барои чен кардани андоза ва умри EWNS истифода шудааст. Суръати сканкунии AFM 1 Гц ва майдони скан 5 мкм × 5 микрон бо 256 хати скан аст. Ҳама тасвирҳо бо истифода аз нармафзори Asylum (ниқоб бо диапазони 100 нм ва остонаи 100 pm) ба ҳамбастагии тасвирҳои аввал дучор шуданд.
Ҳавзаи намунагириро хориҷ кунед ва сатҳи слюдаро дар масофаи 2,0 см аз электроди муқовимат ба ҳисоби миёна 120 сония ҷойгир кунед, то якҷояшавии зарраҳо ва ташаккули қатраҳои номунтазам дар сатҳи слюда пешгирӣ карда шавад. EWNS мустақиман ба сатҳи слюдаҳои нав бурида истифода шуд (Тед Пелла, Реддинг, CA). Дарҳол пас аз пошидан, сатҳи слюда бо истифода аз AFM визуалӣ карда шуд. Кунҷи тамоси рӯи слюдаҳои бетағйирнашуда ба 0° наздик аст, аз ин рӯ EWNS дар сатҳи слюда дар шакли гунбазӣ паҳн мешавад20. Диаметри (а) ва баландии (h) қатраҳои паҳншаванда мустақиман аз топографияи AFM чен карда шуданд ва барои ҳисоб кардани ҳаҷми диффузияи гумбази EWNS бо истифода аз усули қаблан тасдиқшудаи мо истифода шуданд8. Фарз мекунем, ки EVNS-и бортӣ ҳаҷми якхела дорад, диаметри эквивалентиро аз муодилаи (2) ҳисоб кардан мумкин аст:
Мувофиқи усули қаблан таҳиякардаи мо, барои муайян кардани мавҷудияти миёнаравҳои радикалии кӯтоҳмуддат дар EWNS як доми чархи резонанси электронӣ (ESR) истифода шуд. Аэрозолҳо аз маҳлули дорои 235 мм DEPMPO (5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) гузаронида шуданд (Oxis International Inc., Портленд, Орегон). Ҳама андозагирии EPR бо истифода аз спектрометри Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ИМА) ва массивҳои ҳуҷайраи ҳамвор анҷом дода шуданд. Барои ҷамъоварӣ ва таҳлили маълумот нармафзори Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ИМА) истифода шудааст. Тавсифи ROS танҳо барои маҷмӯи шароити корӣ [-6,5 кВ, 4,0 см] анҷом дода шуд. Консентратсияи EWNS бо истифода аз SMPS пас аз бо назардошти талафоти EWNS дар таъсиркунанда чен карда шуд.
Сатҳи озон бо истифода аз 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 назорат карда шуд.
Барои ҳама хосиятҳои EWNS, арзиши андозагирӣ миёнаи ченакҳо ва хатогии андозагирӣ ин инҳирофи стандартӣ мебошад. Барои муқоисаи арзиши атрибути оптимизатсияшудаи EWNS бо арзиши мувофиқи EWNS базавӣ санҷиши t гузаронида шуд.
Тасвири 2c системаи қаблан таҳияшуда ва тавсифшудаи гузариши электростатикии боришот тавассути (EPES) нишон медиҳад, ки метавонад барои ҳадафи EWNS11 ба рӯи замин истифода шавад. EPES заряди EWNS-ро дар якҷоягӣ бо майдони пурқуввати электрикӣ истифода мебарад, то мустақиман ба сатҳи ҳадаф "нуқта" кунад. Тафсилоти системаи EPES дар нашри охирини Pyrgiotakis et al.11 оварда шудааст. Ҳамин тариқ, EPES аз камераи PVC-и чопшудаи 3D бо нӯгҳои конус иборат аст, ки дорои ду лавҳаи металлии параллелӣ аз пӯлоди зангногир (304 пӯлоди зангногир, оина сайқал дода шудааст) дар мобайни 15,24 см аз ҳам иборат аст. Тахтаҳо ба манбаи берунаи шиддати баланд (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) пайваст карда шуданд, тахтаи поён ҳамеша мусбат буд ва тахтаи боло ҳамеша ба замин гузошта мешуд (шинокунанда). Деворҳои камера бо фолгаи алюминӣ пӯшонида шудаанд, ки барои пешгирӣ кардани талафоти зарраҳо бо қувваи электрикӣ асоснок карда шудааст. Камера дорои дари боркунии пеши мӯҳр мебошад, ки имкон медиҳад, ки сатҳи санҷишӣ дар рафҳои пластикӣ ҷойгир карда, онҳоро аз табақи металлии поёни боло бардошта, аз халалдоршавии шиддати баланд пешгирӣ карда шавад.
Самаранокии ҷойгиркунии EWNS дар EPES мувофиқи протоколи қаблан таҳияшуда, ки дар расми иловагии S111 муфассал шарҳ дода шудааст, ҳисоб карда шуд.
Ҳамчун камераи идоракунӣ, ҷараёни дуюм тавассути камераи силиндрӣ бо системаи EPES бо истифода аз филтри фосилавии HEPA барои хориҷ кардани EWNS пайваст карда мешавад. Чунон ки дар расм нишон дода шудааст. 2c, аэрозоли EWNS ба воситаи ду камерае, ки пай дар пай пайваст карда шудааст, интиқол дода шуд. Филтр байни утоқи идоракунӣ ва EPES ҳама гуна EWNS-и боқимондаро нест мекунад, ки дар натиҷа ҳарорати якхела (T), намии нисбӣ (RH) ва сатҳи озон ба вуҷуд меояд.
Муайян карда шудааст, ки микроорганизмҳои муҳими тавассути ғизо воридшаванда маҳсулоти тару тоза, аз қабили Escherichia coli (ATCC #27325), як нишондиҳандаи наҷосат, Salmonella enterica (ATCC #53647), патогени ғизоӣ, Listeria innocua (ATCC #33090), алтернатива ба патогени Listeria monocyties. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) ҳамчун алтернатива ба хамиртуруши вайроншуда ва Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ҳамчун бактерияҳои зиндаи тобовартар аз ATCC (Манасас, Вирҷиния) харида шудаанд.
Аз бозори маҳаллии худ ба таври тасодуфӣ қуттиҳои помидори органикӣ харидорӣ кунед ва дар яхдон дар ҳарорати 4°C то истифода бурдан (то 3 рӯз) нигоҳ доред. Барои озмоиш бо як андоза, тақрибан 1/2 дюйм дар диаметри помидор интихоб кунед.
Протоколҳо барои инкубатсия, эмкунӣ, экспозиция ва ҳисобкунии колонияҳо дар нашрияҳои қаблии мо муфассал шарҳ дода шудаанд ва дар Маълумоти иловагӣ 11 муфассал шарҳ дода шудаанд. Фаъолияти EWNS тавассути фош кардани помидорҳои эмкунӣ ба 40,000 #/см3 барои 45 дақиқа арзёбӣ карда шуд. Хулоса, дар вақти t = 0 дақиқа, се помидор барои арзёбии микроорганизмҳои зиндамонда истифода шуданд. Се помидор дар EPES ҷойгир карда шуданд ва ба EWNS дар 40,000 #/cc (помидорҳои EWNS дучоршуда) ва се помидори дигар дар камераи назорат ҷойгир карда шуданд (помидорҳои назоратӣ). Ягон гурухи помидор ба коркарди иловагй гузаронда нашудааст. Помидорҳои ба EWNS дучоршуда пас аз 45 дақиқа барои арзёбии таъсири EWNS хориҷ карда шуданд.
Ҳар як таҷриба дар се нусха гузаронида шуд. Таҳлили маълумот тибқи протоколи дар Маълумоти иловагӣ тавсифшуда анҷом дода шуд.
Намунаҳои бактериявии E. coli, Enterobacter ва L. innocua, ки ба EWNS дучор шуда буданд (45 дақиқа, консентратсияи аэрозолҳои EWNS 40,000 #/см3) ва нокушода барои арзёбии механизмҳои ғайрифаъолкунӣ печонида шуданд. Боришот дар давоми 2 соат дар ҳарорати хонагӣ дар маҳлули 0,1 М какодилати натрий (рН 7,4) бо фиксатори 2,5% глутаральдегид, 1,25% параформальдегид ва 0,03% кислотаи пикрин мустаҳкам карда шуд. Пас аз шустан онҳо бо 1% тетроксиди осмий (OsO4)/1,5% калий ферросианид (KFeCN6) дар давоми 2 соат мустаҳкам карда шуданд, 3 маротиба бо об шуста, дар давоми 1 соат дар 1% уранилацетат инкубатсия карда шуданд, сипас ду маротиба бо об шуста шуданд. Деградатсияи минбаъда 10 дақиқа ҳар як аз 50%, 70%, 90%, 100% спирт. Пас аз он, намунаҳо дар оксиди пропилен барои 1 соат ҷойгир карда шуданд ва бо омехтаи 1: 1 оксиди пропилен ва TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) пошида шуданд. Намунаҳо дар TAAB Epon ҷойгир карда шуданд ва дар 60 ° C барои 48 соат полимеризатсия карда шуданд. Қатрони гранулаи шифоёфта аз ҷониби TEM бо истифода аз JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Ҷопон), микроскопи анъанавии интиқоли электронии муҷаҳҳаз бо камераи AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, ИМА) бурида ва намоиш дода шуд.
Ҳама таҷрибаҳо дар се нусха гузаронида шуданд. Барои ҳар як нуқтаи вақт, шустани бактерияҳо дар се нусха гузошта шуданд, ки дар натиҷа нӯҳ нуқтаи маълумот дар як нуқта, ки ба ҳисоби миёна ҳамчун консентратсияи бактериявӣ барои ин организм истифода мешуд. Камшавии стандартӣ ҳамчун хатои андозагирӣ истифода шудааст. Ҳама холҳо ҳисоб карда мешаванд.
Логарифми камшавии консентратсияи бактерияҳо нисбат ба t = 0 дақиқа бо формулаи зерин ҳисоб карда шуд:
ки дар он С0 консентратсияи бактерияњо дар намунаи назоратї дар ваќти 0 (яъне пас аз хушк шудани сатњ, вале пеш аз гузоштан дар камера) ва Cn консентратсияи бактерияњо дар сатњи пас аз n даќиќаи таъсир аст.
Барои ба ҳисоб гирифтани таназзули табиии бактерияҳо дар давоми 45 дақиқаи таъсири, Лог-Коҳиш низ дар муқоиса бо назорат дар 45 дақиқа ба таври зерин ҳисоб карда шуд:
Дар куҷо Cn консентратсияи бактерияҳо дар намунаи назоратӣ дар вақти n ва Cn-Control консентратсияи бактерияҳои назоратӣ дар вақти n мебошад. Маълумот ҳамчун коҳиши гузориш дар муқоиса бо назорат пешниҳод карда мешавад (бе таъсири EWNS).
Дар рафти тадқиқот, якчанд комбинатсияи шиддат ва масофаи байни сӯзан ва электроди муқобил аз рӯи ташаккули конуси Тейлор, устувории конуси Тейлор, устувории истеҳсоли EWNS ва такроршавандагӣ арзёбӣ карда шуданд. Комбинатсияҳои гуногун дар Ҷадвали иловагии S1 нишон дода шудаанд. Ду ҳолат барои омӯзиши пурра, ки хосиятҳои устувор ва такроршавандаро нишон медиҳанд, интихоб карда шуданд (конуси Тейлор, истеҳсоли EWNS ва устуворӣ бо мурури замон). Дар расм. 3 натиҷаҳоро дар бораи пардохт, андоза ва мундариҷаи ROS барои ду ҳолат нишон медиҳад. Натиљањо инчунин дар љадвали 1 љамъбаст карда шудаанд. Барои истинод, Наќшаи 3 ва Љадвали 1 дорои хосиятњои пештар синтезшудаи EWNS8, 9, 10, 11 (базаї-EWNS) мебошанд. Ҳисобҳои аҳамияти оморӣ бо истифода аз t-testи дуҷониба дар Ҷадвали иловагии S2 дубора нашр карда мешаванд. Илова бар ин, маълумоти иловагӣ таҳқиқотро дар бораи таъсири диаметри сӯрохии намунагирии электрод (D) ва масофаи байни электроди заминӣ ва нӯги сӯзан (L) дар бар мегирад (Рақмҳои иловагӣ S2 ва S3).
(a–c) Тақсимоти андозаи AFM. (г – е) Хусусияти заряди рӯизаминӣ. (ж) Тавсифи ROS ва ESR.
Инчунин қайд кардан муҳим аст, ки барои ҳамаи шароитҳои дар боло зикршуда ҷараёнҳои ченшудаи ионизатсия дар ҳудуди 2-6 мкА ва шиддатҳо дар ҳудуди -3,8 то -6,5 кВ буданд, ки дар натиҷа истеъмоли қувваи барқ ​​барои ин EWNS як-терминали камтар аз 50 мВт буд. . модули насл. Гарчанде ки EWNS дар зери фишори баланд синтез карда мешуд, сатҳи озон хеле паст буд ва ҳеҷ гоҳ аз 60 ppb зиёд набуд.
Дар расми иловагии S4 майдонҳои электрикии тақлидшуда барои сенарияҳои [-6,5 кВ, 4,0 см] ва [-3,8 кВ, 0,5 см] мутаносибан нишон дода шудаанд. Майдонҳо мувофиқи сенарияҳо [-6,5 кВ, 4,0 см] ва [-3,8 кВ, 0,5 см] мутаносибан 2 × 105 В/м ва 4,7 × 105 В/м ҳисоб карда мешаванд. Инро интизор шудан мумкин аст, зеро таносуби шиддат ба масофа дар ҳолати дуюм хеле баландтар аст.
Дар расм. 3a, b диаметри EWNS-ро нишон медиҳад, ки бо AFM8 чен карда шудааст. Диаметрҳои миёнаи EWNS барои сенарияҳои [-6,5 кВ, 4,0 см] ва [-3,8 кВ, 0,5 см] мутаносибан 27 нм ва 19 нм ҳисоб карда шуданд. Инҳирофҳои стандартии геометрии тақсимот барои ҳолатҳо [-6,5 кВ, 4,0 см] ва [-3,8 кВ, 0,5 см] мутаносибан 1,41 ва 1,45 мебошанд, ки тақсимоти андозаи тангро нишон медиҳанд. Ҳам андозаи миёна ва ҳам инҳирофоти стандартии геометрӣ ба хатти ибтидоӣ-EWNS хеле наздиканд, мутаносибан 25 нм ва 1,41 мебошанд. Дар расм. 3c тақсимоти андозаи EWNS-и асосиро бо истифода аз ҳамон усул дар як шароит чен карда нишон медиҳад.
Дар расм. 3d,e натиҷаҳои тавсифи зарядро нишон медиҳад. Маълумот ченакҳои миёнаи 30 ченкунии ҳамзамон консентратсия (#/см3) ва ҷорӣ (I) мебошанд. Таҳлилҳо нишон медиҳанд, ки барқи миёнаи EWNS барои [-6,5 кВ, 4,0 см] ва [-3,8 кВ, 0,5 см] мутаносибан 22 ± 6 e- ва 44 ± 6 e- аст. Дар муқоиса бо Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), заряди сатҳи онҳо ба таври назаррас баландтар аст, ду маротиба нисбат ба сенарияи [-6,5 кВ, 4,0 см] ва чор маротиба аз [-3 ,8 кВ, 0,5 см]. 3f маълумоти асосии пардохти EWNS-ро нишон медиҳад.
Аз харитаҳои консентратсияи рақамҳои EWNS (Рақмҳои иловагӣ S5 ва S6) дидан мумкин аст, ки саҳнаи [-6,5 кВ, 4,0 см] нисбат ба саҳнаи [-3,8 кВ, 0,5 см] миқдори зарраҳо хеле зиёд аст. Инчунин бояд қайд кард, ки консентратсияи рақами EWNS то 4 соат назорат карда шуд (Рақмҳои иловагӣ S5 ва S6), ки дар он устувории тавлиди EWNS дар ҳарду ҳолат яксон сатҳи консентратсияи рақами зарраҳоро нишон дод.
Дар расми 3g спектри EPR пас аз тарҳи назоратӣ (замина) барои EWNS оптимизатсияшуда дар [-6,5 кВ, 4,0 см] нишон дода шудааст. Спектри ROS инчунин дар як коғази қаблан нашршуда бо хатти ибтидоии EWNS муқоиса карда мешавад. Шумораи ҳисобшудаи EWNS, ки бо доми чарх реаксия мекунад, 7,5 × 104 EWNS/s аст, ки ба EWNS8-и қаблан нашршуда шабеҳ аст. Спектрҳои EPR мавҷудияти ду намуди ROS-ро равшан нишон доданд, ки дар онҳо O2 бартарӣ дорад, дар ҳоле ки OH• ба миқдори камтар мавҷуд аст. Илова бар ин, муқоисаи мустақими шиддатнокии қулла нишон дод, ки EWNS оптимизатсияшуда дар муқоиса бо EWNS ибтидоӣ мундариҷаи ROS хеле баландтар дорад.
Дар расм. 4 самаранокии таҳшинсозии EWNS дар EPES нишон медиҳад. Маълумот инчунин дар Ҷадвали I ҷамъбаст карда шудаанд ва бо маълумоти аслии EWNS муқоиса карда мешаванд. Барои ҳарду ҳолати EUNS, таҳшиншавӣ ҳатто дар шиддати пасти 3,0 кВ наздик ба 100% буд. Одатан, 3,0 кВ барои ноил шудан ба 100% таҳшин новобаста аз тағирёбии заряди рӯизаминӣ кифоя аст. Дар ҳамин шароит, самаранокии ҷойгиркунии Baseline-EWNS аз ҳисоби заряди камтар (ба ҳисоби миёна 10 электрон ба як EWNS) танҳо 56% буд.
Тасвири 5 ва Ҷадвали 2 дараҷаи ғайрифаъолшавии микроорганизмҳоеро, ки дар рӯи помидор пас аз таъсири тақрибан 40,000 #/см3 EWNS дар тӯли 45 дақиқа таҳти сенарияи оптималӣ [-6,5 кВ, 4,0 см] эм карда шудаанд, ҷамъбаст мекунанд. Пас аз 45 дақиқаи таъсири сироятшуда E. coli ва L. innocua хеле кам шудани 3,8 логро нишон доданд. Дар ҳамин шароит, S. enterica 2,2 чӯбро камтар, дар ҳоле ки S. cerevisiae ва M. parafortuitum 1,0 лог кам шуд.
Микрографҳои электронӣ (Расми 6), ки тағироти физикии тавассути EWNS дар ҳуҷайраҳои E. coli, Salmonella enterica ва L. innocua, ки ба ғайрифаъолшавӣ оварда мерасонанд, тасвир мекунанд. Бактерияҳои назоратӣ мембранаҳои ҳуҷайраҳои солимро нишон доданд, дар ҳоле ки бактерияҳои дучоршуда мембранаҳои беруниро вайрон карданд.
Тасвирҳои микроскопии электронии назорат ва бактерияҳои фошшуда осеби мембранаро ошкор карданд.
Маълумот дар бораи хосиятҳои физикӣ-кимиёвии EWNS оптимизатсияшуда ба таври дастаҷамъӣ нишон медиҳанд, ки хосиятҳои EWNS (зарбаи рӯизаминӣ ва мундариҷаи ROS) нисбат ба маълумоти ибтидоии EWNS қаблан нашршуда ба таври назаррас беҳтар шудаанд8,9,10,11. Аз тарафи дигар, андозаи онҳо дар диапазони нанометр боқӣ монд, ки ба натиҷаҳои қаблан нашршуда хеле монанд аст ва ба онҳо имкон медиҳад, ки муддати тӯлонӣ дар ҳаво бимонанд. Полидисперссияи мушоҳидашударо бо тағирёбии заряди рӯизаминӣ шарҳ додан мумкин аст, ки бузургии эффекти Релей, тасодуфӣ ва муттаҳидшавии эҳтимолии EWNS-ро муайян мекунанд. Аммо, тавре ки Нилсен ва дигарон 22 муфассал баён кардааст, заряди баланди сатҳ бухоршавиро тавассути баланд бардоштани самаранокии энергияи сатҳ/шиддати қатраи об коҳиш медиҳад. Ин назария барои microdroplets22 ва EWNS дар нашри қаблии мо ба таври таҷрибавӣ тасдиқ карда шуд8. Аз даст додани вақти изофа низ метавонад ба андоза таъсир расонад ва ба тақсимоти андозаи мушоҳидашуда мусоидат кунад.
Илова бар ин, заряд дар як сохтор тақрибан 22-44 e- аст, вобаста ба вазъият, ки он нисбат ба EWNS асосӣ, ки дорои заряди миёнаи 10 ± 2 электрон дар як сохтор аст, хеле баланд аст. Аммо, бояд қайд кард, ки ин пардохти миёнаи EWNS аст. Сето ва дигарон. Нишон дода шудааст, ки заряд якхела нест ва аз рӯи тақсимоти муқаррарии логӣ21 амал мекунад. Дар муқоиса бо кори қаблии мо, ду баробар зиёд кардани заряди рӯизаминӣ самаранокии таҳшиншавӣ дар системаи EPES тақрибан ба 100%11 мерасад.