Nature.com-a gireniňiz üçin sag boluň. Çäkli CSS goldawy bilen brauzer wersiýasyny ulanýarsyňyz. Iň oňat tejribe üçin täzelenen brauzeri ulanmagy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gabat geliş tertibini öçüriň). Mundan başga-da, dowamly goldawy üpjün etmek üçin sahypany stil we JavaScript-de görkezýäris.
Recentlyakynda emeli suw nanostrukturalaryny (EWNS) ulanyp, nanotehnologiýa esaslanýan himiki erkin mikroblara garşy platforma döredildi. EWNS-iň üstki zarýady ýokary we reaktiw kislorod görnüşlerine (ROS) baý, iýmit bilen baglanyşykly patogenleri goşmak bilen birnäçe mikroorganizmler bilen täsirleşip we hereketsizleşdirip bilýär. Bu ýerde sintez döwründe häsiýetleriniň inçe düzülip, ​​antibakterial potensialyny has-da ýokarlandyrmak üçin optimallaşdyrylyp bilinjekdigi görkezilýär. EWNS laboratoriýa platformasy sintez parametrlerini üýtgedip EWNS-iň häsiýetlerini gowy düzmek üçin döredildi. EWNS häsiýetleriniň häsiýetnamasy (zarýad, ululyk we ROS mazmuny) häzirki zaman seljeriş usullary arkaly ýerine ýetirildi. Mundan başga-da, “Escherichia coli”, “Salmonella enterica”, “Listeria innocua”, “Mikobacterium para fortitum” we “Saccharomyces serevisiae” ýaly iýmit mikroorganizmleri, mikroblary hereketsizleşdirmek mümkinçiligine baha bermek üçin organiki üzüm pomidorlarynyň ýüzüne sanjym edildi. Bu ýerde hödürlenen netijeler, EWNS-iň häsiýetleriniň sintez wagtynda gowy düzülip bilinjekdigini, netijede hereketsizligiň netijeliliginiň ýokarlanýandygyny görkezýär. Hususan-da, ýerüsti zarýad dört faktor köpeldi we ROS mazmuny ýokarlandy. Mikroblary aýyrmagyň derejesi mikroblara bagly bolup, 40,000 # / cm3 EWNS aerozol dozasyna 45 minut täsir edenden soň 1,0 bilen 3,8 log aralygynda üýtgeýärdi.
Mikroblaryň hapalanmagy, patogenleriň ýa-da olaryň toksinleriniň iýmitlenmegi bilen iýmit bilen baglanyşykly keseliň esasy sebäbidir. Iýmit bilen baglanyşykly kesel diňe Amerikanyň Birleşen Ştatlarynda takmynan 76 million keseliň, 325,000 hassahana we 5000 adamyň ölümine sebäp bolýar1. Mundan başga-da, Amerikanyň Birleşen Ştatlarynyň Oba hojalygy ministrligi (USDA) täze önümleriň sarp edilmeginiň ABŞ-da habar berlen iýmit bilen baglanyşykly keselleriň 48 göterimine jogapkärdigini çaklaýar. Amerikanyň Birleşen Ştatlarynda iýmit bilen baglanyşykly patogenlerden keseliň we ölümiň bahasy gaty ýokary, Kesellere gözegçilik we öňüni alyş merkezleri (CDC) ýylda 15,6 milliard ABŞ dollaryndan gowrak diýip çaklaýarlar.
Häzirki wagtda azyk önümleriniň howpsuzlygyny üpjün etmek üçin himiki4, radiasiýa5 we termal6 mikroblara garşy çäreler, esasan, täze önümleriň hapalanmagyna sezewar bolýan görnüşde yzygiderli ýerine ýetirilmän, önümçilik zynjyryndaky çäkli möhüm gözegçilik nokatlarynda (CCP) amala aşyrylýar. Az täsir we çykdajy.
Nanotehnologiýa esasly himiki erkin mikroblara garşy platforma, emeli suw nanostrukturalaryny (EWNS) ulanyp, ýüzlerde we howada bakteriýalary hereketsizleşdirmek üçin işlenip düzüldi. EVNS sintezi üçin iki sany parallel proses ulanyldy: elektrospraý we suw ionlaşmagy (1a surat). EWNS-iň ozal fiziki we biologiki aýratynlyklarynyň toplumydygy görkezildi8,9,10. EWNS gurluşy üçin ortaça 10 elektron we ortaça nanometr ululygy 25 nm (1b surat, c) 8,9,10. Mundan başga-da, elektron aýlaw rezonansy (ESR) EWNS-de esasan gidroksil (OH •) we superoksid (O2-) radikallarynyň köp mukdarda reaktiw kislorod görnüşleriniň (ROS) bardygyny görkezdi (1-nji surat) 8. EWNS uzak wagtlap howada galyp, howada saklanan we ýüzlerde bar bolan mikroblar bilen çaknyşyp, ROS ýüküni ýetirip, mikroblaryň hereketsiz bolmagyna sebäp bolup biler (1-nji surat). Bu öňki gözlegler, EWNS-iň mikobakteriýalary goşmak bilen, ýüzlerde we howada8 gram-negatiw we gram-pozitiw bakteriýalar bilen täsir edip we hereketsiz edip biljekdigini görkezdi. Geçiriş elektron mikroskopiýasy hereketsizligiň öýjük membranasynyň bozulmagy sebäpli ýüze çykandygyny görkezdi. Mundan başga-da, ýiti dem alyş barlaglary EWNS-iň köp dozasynyň öýkeniň zeperlenmegine ýa-da çişmegine sebäp bolmaýandygyny görkezdi8.
(a) Elektrospraý, suwuklygy we hasaplaýjy elektrody öz içine alýan kapilýaryň arasynda ýokary naprýa .eniýe ulanylanda ýüze çykýar. (b) volokary naprýa .eniýeniň ulanylmagy iki dürli hadysa getirýär: (i) suwuň elektrospraýy we (ii) EWNS-de galan reaktiw kislorod görnüşleriniň (ionlarynyň) emele gelmegi. (c) EWNS-iň üýtgeşik gurluşy. (d) EWNS nanoskale häsiýeti sebäpli ýokary ykjam we howa arkaly ýüze çykýan patogenler bilen täsirleşip bilýär.
EWNS mikroblara garşy platformasynyň täze iýmitiň üstünde iýmitlenýän mikroorganizmleri hereketsizleşdirmek ukyby hem görkezildi. Şeýle hem, EWNS ýerüsti zarýadyny maksatly eltip bermek üçin elektrik meýdany bilen bilelikde ulanyp boljakdygy görkezildi. Has möhümi, E. coli we Listeria ýaly dürli iýmit mikroorganizmlerine garşy organiki pomidor işjeňliginiň takmynan 1,4 log azaldylmagynyň geljegi uly başlangyç netijesi, takmynan 50,000 # / cm311 konsentrasiýasynda EWNS täsirinden 90 minutyň içinde syn edildi. Mundan başga-da, deslapky organoleptiki baha beriş synaglary gözegçilik pomidory bilen deňeşdirilende hiç hili organoleptiki täsirini görkezmedi. Bu başlangyç hereketsiz netijeler, iň pes EWNS dozalarynda hem 50,000 # / cc iýmit howpsuzlygyny wada berýär. seret, has ýokary inaktiwasiýa potensialynyň ýokaşma we zaýalanmak howpuny hasam azaltmak üçin has peýdaly boljakdygy aýdyňdyr.
Bu ýerde, sintez parametrlerini gowy sazlamak we antibakterial potensialyny ýokarlandyrmak üçin EWNS-iň fiziki-himiki aýratynlyklaryny optimizirlemek üçin EWNS nesil platformasynyň ösüşine ünsi jemläris. Hususan-da, optimizasiýa olaryň üstki zarýadyny ýokarlandyrmaga (maksatly gowşuryşy gowulandyrmaga) we ROS mazmunyny (hereketsizligiň netijeliligini ýokarlandyrmaga) gönükdirdi. Döwrebap seljeriş usullaryny ulanmak we E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae we M. parafortuitum ýaly umumy iýmit mikroorganizmlerini ulanmak arkaly optimallaşdyrylan fiziki-himiki häsiýetleri (ululygy, zarýady we ROS mazmuny) häsiýetlendirmek.
EVNS bir wagtyň özünde elektrospraý we ýokary arassa suwuň ionlaşmagy bilen sintez edildi (18 MΩ sm - 1). Elektrik atomizatory 12 adatça suwuklyklary we sintetiki polimer we keramiki bölejikleri 13 we gözegçilik edilýän ululykdaky 14 süýümleri atomlaşdyrmak üçin ulanylýar.
Öňki neşirlerde 8, 9, 10, 11-de beýan edilişi ýaly, adaty synagda, metal kapilýar bilen toprakly hasaplaýjy elektrodyň arasynda ýokary naprýa .eniýe ulanylýar. Bu prosesde iki dürli hadysa ýüze çykýar: 1) elektrospraý we 2) suwuň ionlaşmagy. Iki elektrodyň arasyndaky güýçli elektrik meýdany, kondensirlenen suwuň üstünde otrisatel zarýadlaryň döremegine sebäp bolýar we Teýlor konuslarynyň emele gelmegine sebäp bolýar. Netijede, Reýli teoriýasyna görä 16-dan ýokary zarýadly suw damjalary emele gelýär, olar ownuk bölejiklere bölünmegini dowam etdirýärler16. Şol bir wagtyň özünde güýçli elektrik meýdany käbir suw molekulalarynyň bölünmegine we elektronlaryň (ionlaşmagyna) sebäp bolýar we şeýlelik bilen köp mukdarda reaktiw kislorod görnüşini döredýär (ROS) 17. Şol bir wagtyň özünde döredilen ROS18 paketleri EWNS-de jemlendi (1-nji surat).
Injirde. 2a, bu işde EWNS sintezinde işlenip düzülen we ulanylýan EWNS nesil ulgamyny görkezýär. Closedapyk çüýşede saklanýan arassalanan suw, Teflon turbasynyň (içki diametri 2 mm) 30G poslamaýan polat iňňesine (metal kapilýar) iýmitlenýärdi. 2b suratda görkezilişi ýaly, suw akymy çüýşäniň içindäki howa basyşy bilen dolandyrylýar. Iňňe, hasaplaýjy elektroddan belli bir aralykda el bilen sazlap boljak Teflon konsolyna dakylýar. Hasaplaýjy elektrod, nusga almak üçin ortasynda deşikli ýalpyldawuk alýumin diskdir. Hasap elektrodynyň aşagynda synag synagynyň galan bölegine nusga porty arkaly birikdirilen alýumin nusga alma huni bar (2-nji surat). Samhli nusga alýan bölekler bölejikleriň nusgasyny peseldip biljek zarýad gurulmazlygy üçin elektrik bilen ýerleşdirilýär.
(a) Ineredenerli suw nanostrukturasyny öndürmek ulgamy (EWNS). (b) Iň möhüm parametrleri görkezýän nusga we elektrospraý bölüminiň kesiş bölümi. (c) Bakteriýalary hereketsizleşdirmek üçin synag synag.
Aboveokarda beýan edilen EWNS nesil ulgamy, EWNS häsiýetlerini gowy sazlamagy aňsatlaşdyrmak üçin esasy iş parametrlerini üýtgetmäge ukyply. EWNS aýratynlyklaryny gowy sazlamak üçin ulanylýan naprýa .eniýäni (V), iňňe bilen hasaplaýjy elektrodyň (L) we kapilýar arkaly suw akymynyň (φ) sazlaň. [V (kV), L (sm) nyşanlary dürli kombinasiýalary aňlatmak üçin ulanylýar. Belli bir toplumyň durnukly Teýlor konusyny almak üçin suw akymyny sazlaň [V, L]. Bu gözlegiň maksady üçin hasaplaýjy elektrodyň (D) dykyzlygy 0,5 dýuým (1,29 sm) derejesinde goýuldy.
Çäklendirilen geometriýa we assimetriýa sebäpli elektrik meýdanynyň güýjüni ilkinji ýörelgelerden hasaplap bolmaýar. Munuň ýerine elektrik meýdançasyny hasaplamak üçin “QuickField ™” programma üpjünçiligi (Svendborg, Daniýa) 19 ulanyldy. Elektrik meýdany birmeňzeş däl, şonuň üçin kapilýaryň ujundaky elektrik meýdanynyň bahasy dürli konfigurasiýalar üçin salgylanma bahasy hökmünde ulanyldy.
Gözlegiň dowamynda, Taýlor konusynyň emele gelmegi, Teýlor konusynyň durnuklylygy, EWNS önümçiliginiň durnuklylygy we köpelmegi nukdaýnazaryndan iňňe bilen hasaplaýjy elektrodyň arasyndaky naprýatageeniýe we aralyk birnäçe kombinasiýa baha berildi. Goşmaça tablisa S1-de dürli kombinasiýalar görkezilýär.
EWNS öndürmek ulgamynyň çykyşy bölejikleriň sanynyň konsentrasiýasyny ölçemek üçin Scanning Mobility Partle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) bilen gönüden-göni baglanyşdy we Faradaý aerozol elektrometri (TSI, 3068B modeli, Shoreview, ABŞ) bilen ulanyldy. MN) öňki neşirimizde beýan edilişi ýaly aerozol akymlaryny ölçemek9. SMPS hem, aerozol elektrometri hem 0,5 L / min akym tizliginde nusga aldylar (umumy nusga akymy 1 L / min). Bölejikleriň konsentrasiýalary we aerozol akymlary 120 s üçin ölçenildi. Ölçegi 30 gezek gaýtalaň. Aerozolyň umumy zarýady häzirki ölçeglerden hasaplanýar we ortaça EWNS zarýady alnan EWNS bölejikleriniň umumy sanyndan hasaplanýar. EWNS-iň ortaça bahasy deňleme (1) ulanyp hasaplanyp bilner:
bu ýerde IEl ölçenen tok, NSMPS SMPS bilen ölçelýän san konsentrasiýasy, φEl bolsa elektrometre akym tizligi.
Deňeşdirilen çyglylyk (RH) ýerüsti zarýadlara täsir edýändigi sebäpli, synag wagtynda temperatura we (RH) degişlilikde 21 ° C we 45% derejesinde saklandy.
EWNS-iň ululygyny we ömrüni ölçemek üçin atom güýji mikroskopiýasy (AFM), Gaçybatalga MFP-3D (Gaçybatalga gözlegleri, Santa Barbara, CA) we AC260T zondy (Olimp, Tokio, Japanaponiýa) ulanyldy. AFM skaner tizligi 1 Hz, skaner meýdany 256 skaner çyzgysy bilen 5 µm × 5 µm. Imageshli suratlar, gaçybatalga programma üpjünçiligini (100 nm diapazonly maska ​​we agşam 100-e çenli çäk) ulanyp, ilkinji tertipde şekil deňleşdirilmegine sezewar edildi.
Nusga alýan mazary aýyryň we mika ýüzünde bölejikleriň birleşmeginden we mika ýüzünde tertipsiz damjalaryň emele gelmezligi üçin ortaça 120 s aralykda hasaplaýjy elektroddan 2,0 sm uzaklykda ýerleşdiriň. EWNS gönüden-göni täze kesilen mika ýüzlerine ulanyldy (Ted Pella, Redding, CA). Tüýkülikden dessine, mika ýüzüni AFM ulanyp wizuallaşdyrdy. Täze kesilen kodlanmadyk mikanyň ýerüsti kontakt burçy 0 ° -a ýakyn, şonuň üçin EWNS mika üstünde gümmezli görnüşde ýaýraýar20. Düzülýän damjalaryň diametri (a) we beýikligi (h) göni AFM topografiýasyndan ölçeldi we öň tassyklanan usulymyzy ulanyp gümmezli diffuziýa göwrümini EWNS hasaplamak üçin ulanyldy8. Bortdaky EVNS-iň deň göwrüminiň bardygyny göz öňünde tutsak, ekwiwalent diametri (2) deňlemeden hasaplap bolar:
Öň işlenip düzülen usulymyza laýyklykda, EWNS-de gysga ömürli radikal araçylaryň bardygyny anyklamak üçin elektron aýlaw rezonansy (ESR) aýlaw duzagy ulanyldy. Aerosollar 235 mM DEPMPO (5- (dietoksifosforil) -5-metil-1-pirrolin-N-oksidi) (Oksis International Inc., Portland, Oregon) öz içine alýan erginden geçdi. Rhli EPR ölçegleri Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) we tekiz öýjük massiwleri arkaly geçirildi. Maglumatlary ýygnamak we derňemek üçin “Acquisit” programma üpjünçiligi (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) ulanyldy. ROS häsiýetnamasy diňe iş şertleriniň toplumy üçin ýerine ýetirildi [-6.5 kV, 4.0 sm]. EWNS konsentrasiýalary, täsir edijide EWNS ýitgisini göz öňünde tutandan soň SMPS ulanyp ölçenildi.
Ozonyň derejesi 205 Dual Beam Ozone Monitor ™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 ulanylyp gözegçilik edildi.
EWNS-iň ähli häsiýetleri üçin ölçeg bahasy ölçegleriň ortaça, ölçeg ýalňyşlygy adaty gyşarnykdyr. Optimallaşdyrylan EWNS atributynyň bahasyny EWNS bazasynyň degişli bahasy bilen deňeşdirmek üçin t-synag geçirildi.
2c-nji suratda EWNS11-ni ýüzlere gönükdirmek üçin ulanyp boljak ulgamyň (EPES) öň işlenip düzülen we häsiýetlendirilen elektrostatik ýagyş geçişi görkezilýär. EPES EWNS zarýadyny güýçli elektrik meýdany bilen bilelikde nyşanyň ýüzüne “görkezmek” üçin ulanýar. EPES ulgamynyň jikme-jiklikleri Pyrgiotakis we al.11 tarapyndan ýakynda neşir edildi. Şeýlelik bilen, EPES 15,24 sm aralykda iki sany paralel poslamaýan polatdan (304 poslamaýan polatdan, aýna ýalpyldawuk) demir plitalary öz içine alýan 3D çap edilen PVC kamerasyndan ybarat. Tagtalar daşarky ýokary woltly çeşmä birikdirildi (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), aşaky tagta elmydama pozitiwdi we ýokarky tagta elmydama toprakly (ýüzýän). Kameranyň diwarlary bölejikleriň ýitmeginiň öňüni almak üçin elektrik bilen ýerleşdirilen alýumin folga bilen örtülendir. Otagda ýokary woltly päsgelçilik bolmazlygy üçin synag ýüzlerini plastmassa polkalara ýerleşdirmäge mümkinçilik berýän möhürlenen öň ýükleýji gapy bar.
EWNS-iň EPES-de goýulmagy netijeliligi, S111 goşmaça suratda jikme-jik görkezilen ozal işlenip düzülen protokola laýyklykda hasaplandy.
Dolandyryş kamerasy hökmünde silindr kameranyň üsti bilen ikinji akym, EWNS-i aýyrmak üçin aralyk HEPA süzgüçini ulanyp, EPES ulgamy bilen yzygiderli baglanyşýar. Injirde görkezilişi ýaly. 2c, EWNS aerozoly yzygiderli birleşdirilen iki otagdan soruldy. Dolandyryş otagy bilen EPES arasyndaky süzgüç, şol bir temperatura (T), çyglylyk (RH) we ozon derejesine sebäp bolan galan EWNS-leri aýyrýar.
Iýmit bilen baglanyşykly möhüm mikroorganizmler, düwürtik görkezijisi, Salmonella enterica (ATCC # 53647), patogen Listeria monositogenleriniň alternatiwasy bolan Escherichia coli (ATCC # 27325) ýaly täze önümleri hapalaýan tapyldy. , Saccharomyces serevisiae (ATCC # 4098) hamyrmaýa hamyrmanyň alternatiwasy hökmünde, we has çydamly janly bakteriýalar hökmünde Mikobakteriýa parafortuitous (ATCC # 19686) ATCC-den (Manassas, Wirjiniýa) satyn alyndy.
Organicerli bazaryňyzdan organiki üzüm pomidorlaryny tötänleýin satyn alyň we ulanylýança 4 güne çenli sowadyň (3 güne çenli). Bir ululygy, diametri takmynan 1/2 dýuým bilen synag etmek üçin pomidor saýlaň.
Inkubasiýa, sanjym, täsir etmek we koloniýany sanamak baradaky teswirnamalar öňki neşirlerimizde jikme-jik görkezildi we Goşmaça maglumatlar 11-de jikme-jik düşündirildi. EWNS öndürijiligi sanjym edilen pomidorlary 40,000 # / cm3 45 minutda açmak arkaly baha berildi. Gysgaça, t = 0 min wagtynda diri galan mikroorganizmlere baha bermek üçin üç pomidor ulanyldy. Üç sany pomidor EPES-e ýerleşdirildi we EWNS-e 40,000 # / cc (EWNS açyk pomidor) täsir etdi we ýene üçüsi gözegçilik kamerasyna (gözegçilik pomidorlary) ýerleşdirildi. Pomidor toparlarynyň hiç biri goşmaça gaýtadan işlemäge sezewar edilmedi. EWNS-e täsir edýän pomidorlar we gözegçilikler, EWNS-iň täsirine baha bermek üçin 45 minutdan soň aýryldy.
Her synag üç nusgada geçirildi. Maglumatlaryň derňewi Goşmaça maglumatlarda beýan edilen teswirnama laýyklykda geçirildi.
EWNS (45 min, EWNS aerozolyň konsentrasiýasy 40,000 # / cm3) we garaşylmadyk bakteriýa nusgalary, inaktiwasiýa mehanizmlerine baha bermek üçin pellet edildi. Çökgünlik 2,5% glutaraldegid, 1,25% paraformaldegid we 0,03% pikrik kislotasy bilen 0,1 M natriý kakodilat ergininde (pH 7.4) otag temperaturasynda 2 sagatlap kesgitlenildi. Hinguwlandan soň, 1% osmium tetroksid (OsO4) /1.5% kaliý ferrosýanid (KFeCN6) bilen 2 sagada düzedildi, 3 gezek suw bilen ýuwuldy we 1% uranil asetatda 1 sagatlap inkubasiýa edildi, soňra iki gezek suw bilen ýuwuldy. Soňky suwsuzlyk, hersi 50%, 70%, 90%, 100% alkogol. Soňra nusgalar propilen oksidine 1 sagat goýuldy we propilen oksidiniň we TAAP Eponyň 1: 1 garyndysy bilen emdirildi (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Nusgalar TAAB Epon-a ýerleşdirildi we 60 ° C-de 48 sagatlap polimerleşdirildi. Bejerilen granular rezin, AMT 2k CCD kamerasy bilen enjamlaşdyrylan adaty geçiriş elektron mikroskopy (JEOL 1200EX) (JEOL, Tokio, Japanaponiýa) TEM tarapyndan kesildi we şekillendirildi (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, ABŞ).
Synaglaryň hemmesi üçlükde geçirildi. Her gezek nokat üçin bakterial ýuwmalar üçlüge örtüldi, netijede her nokatda jemi dokuz maglumat nokady bolup, ortaça şol organizm üçin bakteriýa konsentrasiýasy hökmünde ulanyldy. Ölçeg ýalňyşlygy hökmünde adaty gyşarmak ulanyldy. Pointshli ballar hasaplanýar.
Bakteriýalaryň konsentrasiýasynyň t = 0 min bilen deňeşdirilende peselmeginiň logarifmi aşakdaky formula bilen hasaplandy:
bu ýerde C0 gözegçilik nusgasyndaky bakteriýalaryň konsentrasiýasy 0 (ýagny, ýer guradylandan soň, ýöne kamera ýerleşdirilmezden) we Cn n minutlyk täsirden soň ýerdäki bakteriýalaryň konsentrasiýasydyr.
45 minutlyk täsir ediş döwründe bakteriýalaryň tebigy zaýalanmagyny hasaba almak üçin Log-Reduction 45 minutda gözegçilik bilen deňeşdirilende aşakdaky ýaly hasaplandy:
Cn n ýerde gözegçilik nusgasyndaky bakteriýalaryň konsentrasiýasy, Cn-Control bolsa n wagtynda gözegçilik bakteriýalarynyň konsentrasiýasydyr. Maglumat gözegçilik bilen deňeşdirilende gündeligi azaltmak hökmünde görkezilýär (EWNS täsiri ýok).
Gözlegiň dowamynda, Taýlor konusynyň emele gelmegi, Teýlor konusynyň durnuklylygy, EWNS önümçiliginiň durnuklylygy we köpelmegi nukdaýnazaryndan iňňe bilen hasaplaýjy elektrodyň arasyndaky naprýatageeniýe we aralyk birnäçe kombinasiýa baha berildi. Goşmaça tablisa S1-de dürli kombinasiýalar görkezilýär. Durnukly we köpelip bilýän häsiýetleri (Taýlor konusy, EWNS önümçiligi we wagtyň geçmegi bilen durnuklylygy) görkezýän doly gözleg üçin iki ýagdaý saýlandy. Injirde. 3, iki ýagdaý üçin ROS-yň zarýady, ululygy we mazmuny boýunça netijeleri görkezýär. Netijeler 1-nji tablisada hem jemlenendir. Salgylanmak üçin 3-nji we 1-nji tablisada ozal sintezlenen optimizirlenmedik EWNS8, 9, 10, 11 (esasy-EWNS) häsiýetleri bar. Iki guýrukly synagdan peýdalanyp, statistik ähmiýetli hasaplamalar S2 goşmaça tablisada gaýtadan neşir edildi. Mundan başga-da, goşmaça maglumatlar hasaplaýjy elektrodyň nusga alýan deşik diametriniň (D) täsiri we ýer elektrody bilen iňňäniň ujunyň arasyndaky aralyk (L) goşmaça suratlar (S2 we S3 goşmaça suratlar) bar.
(a - c) AFM ululygynyň paýlanyşy. (d - f) faceerüsti zarýad häsiýetli. (g) ROS we ESR-iň häsiýetnamasy.
Şeýle hem ýokardaky şertleriň hemmesi üçin ölçenen ionlaşdyrma toklarynyň 2-6 µA diapazonda, naprýa .eniýeleriň -3,8 -6.5 kW aralygyndadygyny bellemelidiris, netijede bu bir terminaly EWNS üçin 50 mW-dan az energiýa sarp edilýär. . nesil moduly. EWNS ýokary basyşda sintez edilse-de, ozonyň derejesi gaty pesdi, hiç haçan 60 pb-den geçmedi.
Goşmaça surat S4 degişlilikde [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3,8 kV, 0,5 sm] ssenariýalary üçin simulirlenen elektrik meýdanlaryny görkezýär. Ssenariýalara görä [-6.5 kW, 4.0 sm] we [-3,8 kW, 0,5 sm] meýdanlar degişlilikde 2 × 105 V / m we 4,7 × 105 V / m hasaplanýar. Bu garaşylmalydyr, sebäbi ikinji ýagdaýda naprýa .eniýäniň aralygy has ýokarydyr.
Injirde. 3a, b AFM8 bilen ölçenen EWNS diametrini görkezýär. [-6.5 kW, 4.0 sm] we [-3,8 kV, 0,5 sm] ssenariýalar üçin ortaça EWNS diametri degişlilikde 27 nm we 19 nm hasaplandy. [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3,8 kV, 0,5 sm] paýlamalaryň geometrik standart gyşarmalary degişlilikde 1,41 we 1,45 bolup, dar ululygyň paýlanyşyny görkezýär. Orta ululygy we geometrik standart gyşarmasy, degişlilikde 25 nm we 1.41 bolup, esasy EWNS-e gaty ýakyn. Injirde. 3c, şol bir şertde şol bir usul bilen ölçelýän esasy EWNS ölçeg paýlanyşyny görkezýär.
Injirde. 3d, e zarýad häsiýetnamasynyň netijelerini görkezýär. Maglumatlar konsentrasiýa (# / cm3) we tok (I) bir wagtyň özünde 30 ölçegdir. Derňew, EWNS-de ortaça zarýadyň degişlilikde [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3,8 kV, 0,5 sm] üçin 22 ± 6 e- we 44 ± 6 e- bolandygyny görkezýär. Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) bilen deňeşdirilende, olaryň üstki zarýady ep-esli ýokary, [-6.5 kW, 4.0 sm] ssenariýadan iki esse we [-3 .8 kV, 0,5 sm] dört esse. 3f esasy EWNS töleg maglumatlaryny görkezýär.
EWNS san konsentrasiýa kartalaryndan (S5 we S6 goşmaça suratlar), [-6.5 kW, 4.0 sm] sahnada bölejikleriň sanynyň -3,8 kV, 0,5 sm] ep-esli köpdügini görmek bolýar. Şeýle hem EWNS san konsentrasiýalarynyň 4 sagada çenli (S5 we S6 goşmaça suratlar) gözegçilik edilendigini bellemelidiris, bu ýerde EWNS nesil durnuklylygy iki ýagdaýda-da bölejik sanlarynyň konsentrasiýasynyň deň derejesini görkezýär.
3g suratda optimal EWNS üçin [-6.5 kV, 4.0 sm] gözegçilik (fon) aýyrylandan soň EPR spektri görkezilýär. ROS spektri, öň neşir edilen kagyzdaky EWNS esasy bilen deňeşdirilýär. Aýlaw duzagy bilen reaksiýa berýän EWNS-iň hasaplanan sany 7,5 × 104 EWNS / s, bu öň neşir edilen Baseline-EWNS8-e meňzeýär. EPR spektri, O2 agdyklyk edýän, OH • az mukdarda bolsa, iki görnüşli ROS-yň bardygyny anyk görkezýärdi. Mundan başga-da, iň ýokary intensiwligi gönüden-göni deňeşdirmek, optimallaşdyrylan EWNS-iň esasy EWNS bilen deňeşdirilende ROS mazmunynyň ep-esli ýokarydygyny görkezdi.
Injirde. 4 EPES-de EWNS-iň çökdüriliş netijeliligini görkezýär. Maglumatlar I tablisada jemlenendir we asyl EWNS maglumatlary bilen deňeşdirilýär. Iki EUNS ýagdaýynda-da 3.0 kV pes naprýa .eniýede 100% -e golaýdy. Adatça, ýerüsti zarýadyň üýtgemegine garamazdan 100% çöketlige ýetmek üçin 3.0 kV ýeterlikdir. Şol şertlerde, pes zarýad sebäpli (EWNS üçin ortaça 10 elektron) Baseline-EWNS-iň çöketlik netijeliligi bary-ýogy 56% boldy.
5-nji we 2-nji surat, iň amatly ssenariýada 45 minutlap takmynan 40,000 # / cm3 EWNS täsir edenden soň, pomidoryň üstünde sanjym edilen mikroorganizmleriň hereketsizliginiň derejesi jemlenendir [-6.5 kV, 4.0 sm]. Sanjym edilen E. coli we L. innocua 45 minutlyk täsirden soň 3,8 logyň ep-esli azalandygyny görkezdi. Şol şertlerde S. enterica 2.2 gündeligiň pes azalmagyny görkezdi, S. cerevisiae we M. parafortuitum bolsa 1,0 log azaldylandygyny görkezdi.
EWNS-iň E. coli, Salmonella enterica we L. innocua öýjüklerinde hereketsizlige getirýän fiziki üýtgemeleri şekillendirýän elektron mikrograflar (6-njy surat). Gözegçilik bakteriýalary öýjük membranalaryny görkezdi, açyk bakteriýalar daşky membranalara zeper ýetirdi.
Dolandyryşyň we ýüze çykarylan bakteriýalaryň elektron mikroskopiki şekillendirişi membrananyň zeperlenmesini ýüze çykardy.
Optimallaşdyrylan EWNS-iň fiziki-himiki aýratynlyklary baradaky maglumatlar, EWNS häsiýetleriniň (ýerüsti zarýad we ROS mazmuny) öň neşir edilen EWNS esasy maglumatlary8,9,10,11 bilen deňeşdirilende ep-esli gowulaşandygyny görkezýär. Beýleki tarapdan, ululyklary nanometr aralygynda galypdy, bu öň neşir edilen netijelere gaty meňzeýär we uzak wagtlap howada galmaga mümkinçilik berýär. Syn edilen polidispersiýa, Reýl effektiniň ululygyny, tötänleýinligi we EWNS-iň birleşmegini kesgitleýän ýerüsti zarýadyň üýtgemegi bilen düşündirilip bilner. Şeýle-de bolsa, Nielsen we başg. Bu teoriýa, öňki neşirimizde mikrodroplet22 we EWNS üçin synag arkaly tassyklandy8. Iş wagtyndan artyk ýitirilmegi ululyga täsir edip, gözegçilik edilýän ululygyň paýlanmagyna goşant goşup biler.
Mundan başga-da, gurluşa ortaça zarýad 10 ± 2 elektron bolan esasy EWNS bilen deňeşdirilende ep-esli ýokary bolan ýagdaýlara baglylykda gurluşa zarýad takmynan 22–44 e- bolýar. Şeýle-de bolsa, munuň EWNS-iň ortaça zarýadydygyny bellemelidiris. Seto we ş.m. Zarýadyň birmeňzeş däldigi we adaty paýlanyşyň yzyndadygy görkezildi21. Öňki işimiz bilen deňeşdirilende, ýerüsti zarýady iki esse köpeltmek EPES ulgamyndaky çökdürmegiň netijeliligini takmynan 100% 11-e ýetirýär.