א דאנק פארן באזוכן Nature.com. איר ניצט א בראַוזער ווערסיע מיט באגרענעצטע CSS שטיצע. פאר דער בעסטער דערפאַרונג, רעקאָמענדירן מיר אז איר זאָלט ניצן אן אפדעיטירטן בראַוזער (אָדער אויסלעשן קאָמפּאַטיביליטי מאָדע אין אינטערנעט עקספּלאָרער). דערצו, צו זיכער מאַכן אָנגייענדיקע שטיצע, ווייַזן מיר דעם וועבזייטל אָן סטילן און דזשאַוואַסקריפּט.
לעצטנס, איז אנטוויקלט געוואָרן אַ כעמישע-פֿרײַע אַנטימיקראָביאַלע פּלאַטפאָרמע באַזירט אויף נאַנאָטעכנאָלאָגיע ניצנדיק קינסטלעכע וואַסער נאַנאָסטרוקטורן (EWNS). EWNS האָבן אַ הויכע ייבערפֿלאַך אָפּצאָל און זענען רייך אין רעאַקטיווע זויערשטאָף מינים (ROS) וואָס קענען אינטעראַקטירן מיט און ינאַקטיווירן אַ צאָל מיקראָאָרגאַניזמען, אַרייַנגערעכנט עסן-געבוירענע פּאַטאַדזשענס. דאָ ווערט געוויזן אַז זייערע אייגנשאַפֿטן בעת ​​סינטעז קענען פֿײַן-טונד און אָפּטימיזירט ווערן צו ווײַטער פֿאַרבעסערן זייער אַנטיבאַקטיריעל פּאָטענציאַל. די EWNS לאַבאָראַטאָריע פּלאַטפאָרמע איז דיזיינד געוואָרן צו פֿײַן-טונדן די אייגנשאַפֿטן פֿון EWNS דורך ענדערן די סינטעז פּאַראַמעטערס. די כאַראַקטעריזאַציע פֿון EWNS אייגנשאַפֿטן (לאָד, גרייס און ROS אינהאַלט) איז דורכגעפֿירט געוואָרן ניצנדיק מאָדערנע אַנאַליטישע מעטאָדן. אין דערצו, עסן מיקראָאָרגאַניזמען ווי Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum און Saccharomyces cerevisiae זענען אינאָקולירט געוואָרן אויף דער ייבערפֿלאַך פֿון אָרגאַנישע ווײַנטרויב טאָמאַטאָס צו אָפּשאַצן זייער מיקראָביעל ינאַקטיוואַציע פּאָטענציאַל. די רעזולטאַטן וואָס ווערן דאָ פּרעזענטירט ווײַזן אַז די אייגנשאַפֿטן פֿון EWNS קענען פֿײַן-טונד ווערן בעת ​​סינטעז, וואָס רעזולטירט אין אַן עקספּאָנענציעלער פֿאַרגרעסערונג אין ינאַקטיוואַציע עפֿעקטיווקייט. באַזונדער, די ייבערפלאַך אָפּצאָל איז געוואַקסן מיט אַ פאַקטאָר פון פיר, און דער ROS אינהאַלט איז געוואַקסן. די מיקראָביאַל באַזייַטיקונג קורס איז געווען מיקראָביאַללי אָפענגיק און ריינדזשד פון 1.0 צו 3.8 לאָג נאָך 45 מינוט פון ויסשטעלן צו אַן אַעראָסאָל דאָזע פון ​​40,000 #/cm3 EWNS.
מיקראָביאַלע קאָנטאַמינאַציע איז די הויפּט סיבה פון עסן-געבוירענע קראַנקייטן געפֿירט דורך די ינדזשעסטשאַן פון פּאַטאַדזשענס אָדער זייערע טאָקסין. עסן-געבוירענע קראַנקייטן זענען פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר וועגן 76 מיליאָן קראַנקייטן, 325,000 האָספּיטאַליזאַציעס, און 5,000 טויטפעלער יעדעס יאָר אין די פאַראייניקטע שטאַטן אַליין1. אין דערצו, די פאַראייניקטע שטאַטן דעפּאַרטמענט פון אַגריקולטור (USDA) שאַצט אַז געוואקסענע קאַנסאַמשאַן פון פרישע פּראָדוקטן איז פאַראַנטוואָרטלעך פֿאַר 48 פּראָצענט פון אַלע עסן-געבוירענע קראַנקייטן געמאלדן אין די פאַראייניקטע שטאַטן2. די קאָסטן פון קראַנקייט און טויט פון עסן-געבוירענע פּאַטאַדזשענס אין די פאַראייניקטע שטאַטן איז זייער הויך, שאַצט דורך די סענטערס פֿאַר קראַנקייט קאָנטראָל און פּרעווענשאַן (CDC) אויף מער ווי US$15.6 ביליאָן פּער יאָר3.
איצט, כעמישע4, ראַדיאַציע5 און טערמישע6 אַנטימיקראָביאַל ינטערווענטשאַנז צו ענשור עסנוואַרג זיכערקייַט זענען דער הויפּט ימפּלאַמענטאַד ביי לימיטיד קריטיש קאָנטראָל פונקטן (CCPs) אין די פּראָדוקציע קייט (געוויינטלעך נאָך שניט און / אָדער בעשאַס פּאַקקאַגינג) אלא ווי קאַנטיניואַסלי ימפּלאַמענטאַד אין אַזאַ אַ וועג אַז פריש פּראָדוקטן זענען אונטערטעניק צו קרייַז-קאַנטאַמאַניישאַן 7. אַנטימיקראָביאַל ינטערווענטשאַנז זענען דארף צו בעסער קאָנטראָלירן עסנוואַרג-געבוירן קראַנקייט און עסנוואַרג ספּוילינג און האָבן די פּאָטענציעל צו זיין געווענדט אַריבער די פאַרם-צו-טיש קאָנטינעום. ווייניקער פּראַל און קאָסטן.
א נאַנאָטעכנאָלאָגיע-באַזירטע כעמישע-פֿרייע אַנטימיקראָביאַל פּלאַטפאָרמע איז לעצטנס דעוועלאָפּעד געוואָרן צו ינאַקטיווירן באַקטעריעס אויף ייבערפלאַכן און אין דער לופֿט מיט קינסטלעכע וואַסער נאַנאָסטרוקטורן (EWNS). פֿאַר דער סינטעז פֿון EVNS, זענען צוויי פּאַראַלעלע פּראָצעסן געניצט געוואָרן: עלעקטראָספּריי און וואַסער יאָניזאַציע (פיגור 1אַ). EWNS האָבן פֿריִער געוויזן געוואָרן צו האָבן אַ יינציקע סעט פֿון פֿיזישע און ביאָלאָגישע אייגנשאַפֿטן8,9,10. EWNS האָט אַ דורכשניט פֿון 10 עלעקטראָנען פּער סטרוקטור און אַ דורכשניטלעכע נאַנאָמעטער גרייס פֿון 25 נם (פיגור 1ב,ג)8,9,10. דערצו, עלעקטראָן ספּין רעזאָנאַנס (ESR) האָט געוויזן אַז EWNS אַנטהאַלטן אַ גרויסע מאָס פֿון רעאַקטיווע זויערשטאָף מינים (ROS), הויפּטזעכלעך הידראָקסיל (OH•) און סופּעראָקסייד (O2-) ראַדיקאַלן (פיגור 1ג)8. EWNS איז געבליבן אין דער לופֿט פֿאַר אַ לאַנגע צייט און קען קאָלידירן מיט מיקראָבן וואָס זענען סוספּענדירט אין דער לופֿט און פאָרשטעלן אויף ייבערפלאַכן, איבערגעבן זייער ROS פּיילאָוד און פֿאַראורזאַכן מיקראָביאַל ינאַקטיוואַציע (פיגור 1ד). די פריערדיגע שטודיעס האבן אויך געוויזן אז EWNS קען אינטעראַקטירן מיט און אינאַקטיווירן פארשידענע גראַם-נעגאַטיווע און גראַם-פּאָזיטיווע באַקטעריעס פון וויכטיקייט פֿאַר דער עפנטלעכער געזונט, אַרייַנגערעכנט מיקאָבאַקטעריע, אויף ייבערפלאַכן און אין דער לופט8,9. טראַנסמיסיע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּיע האט געוויזן אז די אינאַקטיוואַציע איז געווען געפֿירט דורך דיסראַפּשאַן פון דער צעל מעמבראַנע. דערצו, שטודיעס מיט אַקוטע ינאַליישאַן האבן געוויזן אז הויכע דאָזעס פון EWNS פאַרשאַפן נישט קיין לונגען שאָדן אָדער אָנצינדונג8.
(א) עלעקטראָשפּריץ פּאַסירט ווען אַ הויך וואָולטאַזש ווערט אַפּליצירט צווישן אַ קאַפּילאַר וואָס האַלט פליסיקייט און אַ קעגן-עלעקטראָד. (ב) די אַפּליצירונג פון הויך וואָולטאַזש רעזולטירט אין צוויי פֿאַרשידענע דערשיינונגען: (i) עלעקטראָשפּריץ פון וואַסער און (ii) דזשענעריישאַן פון רעאַקטיווע זויערשטאָף מינים (יאָנען) טראַפּט אין די EWNS. (ג) די יינציקע סטרוקטור פון EWNS. (ד) EWNS זענען העכסט מאָביל רעכט צו זייער נאַנאָסקאַלע נאַטור און קענען ינטעראַקט מיט לופט פּאַטאַדזשענס.
די מעגלעכקייט פון דער EWNS אַנטימיקראָביאַל פּלאַטפאָרמע צו ינאַקטיווירן עסן-געבוירענע מיקראָאָרגאַניזמען אויף דער ייבערפלאַך פון פריש עסן איז אויך לעצטנס דעמאַנסטרירט געוואָרן. עס איז אויך געוויזן געוואָרן אַז די EWNS ייבערפלאַך אָפּצאָל קען גענוצט ווערן אין קאָמבינאַציע מיט אַן עלעקטריש פעלד פֿאַר געצילטע עקספּרעס. נאָך וויכטיקער, אַ פּראַמישינג ערשט רעזולטאַט פון בעערעך 1.4 לאָג רעדוקציע אין אָרגאַנישער טאָמאַטאָ טעטיקייט קעגן פֿאַרשידענע עסן מיקראָאָרגאַניזמען אַזאַ ווי E. קאָלי און ליסטעראַ איז באמערקט געוואָרן אין 90 מינוט פון ויסשטעלן צו EWNS ביי אַ קאַנסאַנטריישאַן פון בעערעך 50,000#/cm311. אין דערצו, פּרעלימינאַרי אָרגאַנאָלעפּטישע עוואַלואַטיאָן טעסץ האָבן געוויזן קיין אָרגאַנאָלעפּטישע ווירקונג קאַמפּערד צו די קאָנטראָל טאָמאַטאָ. כאָטש די ערשט ינאַקטיוויישאַן רעזולטאַטן צוזאָגן עסן זיכערקייַט אפילו ביי זייער נידעריקע EWNS דאָסעס פון 50,000#/cc. זע, איז עס קלאָר אַז אַ העכער ינאַקטיוויישאַן פּאָטענציעל וואָלט זיין מער נוציק צו ווייטער רעדוצירן די ריזיקירן פון ינפעקציע און קאַליע.
דאָ וועלן מיר פאָקוסירן אונדזער פאָרשונג אויף דער אַנטוויקלונג פון אַן EWNS דזשענעריישאַן פּלאַטפאָרמע צו פיין-טונען די סינטעז פּאַראַמעטערס און אָפּטימיזירן די פיזיקאָ-כעמישע אייגנשאַפטן פון EWNS צו פֿאַרבעסערן זייער אַנטיבאַקטיריעל פּאָטענציאַל. ספּעציעל, האָט די אָפּטימיזאַציע זיך קאָנצענטרירט אויף פאַרגרעסערן זייער ייבערפלאַך אָפּצאָל (צו פֿאַרבעסערן די צילגעריכטע עקספּרעס) און ROS אינהאַלט (צו פֿאַרבעסערן די עפֿעקטיווקייט פון ינאַקטיוואַציע). כאַראַקטעריזאַציע פון ​​אָפּטימיזירטע פיזיקאָ-כעמישע אייגנשאַפטן (גרייס, אָפּצאָל און ROS אינהאַלט) ניצנדיק מאָדערנע אַנאַליטישע מעטאָדן און ניצנדיק געוויינטלעכע עסן מיקראָאָרגאַניזמען ווי E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae און M. parafortuitum.
EVNS איז סינטעזירט געוואָרן דורך גלייכצייטיגע עלעקטראָשפּריצונג און יאָניזאַציע פון ​​הויך-ריינקייט וואַסער (18 MΩ cm–1). דער עלעקטרישער אַטאָמיזער 12 ווערט טיפּיש געניצט צו אַטאָמיזירן פליסיקייטן און סינטעטישע פּאָלימער און קעראַמישע פּאַרטיקלען 13 און פיבערס 14 פון קאָנטראָלירטער גרייס.
ווי דעטאלירט אין פריערדיגע פובליקאציעס 8, 9, 10, 11, אין א טיפישן עקספערימענט, ווערט א הויכע וואלטאזש אנגעווענדעט צווישן א מעטאל קאפילאר און א געערדטן קאנטער-עלעקטראד. בעת דעם פראצעס פאסירן צוויי פארשידענע דערשיינונגען: 1) עלעקטראשפריי און 2) יאניזאציע פון ​​וואסער. א שטארק עלעקטריש פעלד צווישן די צוויי עלעקטראדן פאראורזאכט אז נעגאטיווע לאדונגען זאלן זיך אויפבויען אויף דער ייבערפלאך פון דעם קאנדענסירטן וואסער, וואס רעזולטירט אין דער פארמאציע פון ​​טיילער קאנוסן. אלס רעזולטאט ווערן געשאפן הויך-געלאדענע וואסער טראפלעך, וואס פארזעצן זיך צו צעברעכן אין קלענערע טיילכלעך, לויט דער רייליי טעאריע16. אין דער זעלבער צייט, פאראורזאכט א שטארק עלעקטריש פעלד אז עטליכע פון ​​די וואסער מאלעקולן זאלן זיך צושפאלטן און אפשניידן עלעקטראנען (יאניזאציע), דערמיט שאפן א גרויסע צאל רעאקטיווע זויערשטאף סארטן (ROS)17. גלייכצייטיג גענערירטע ROS18 פאקעטן זענען איינגעפאקט געווארן אין EWNS (פיגור 1c).
אויף פיגור 2א ווייזט מען די EWNS דזשענעריישאַן סיסטעם וואָס איז דעוועלאָפּעד און געניצט געוואָרן אין דער EWNS סינטעז אין דעם שטודיע. גערייניקט וואַסער וואָס איז געווען געהיט אין אַ פארמאכטער ​​פלאַש איז געוואָרן געפיטערט דורך אַ טעפלאָן רער (2 מ"מ אינעווייניקסטער דיאַמעטער) צו אַ 30G ומבאַפלעקט שטאָל נאָדל (מעטאַל קאַפּילאַר). ווי געוויזן אין פיגור 2ב, ווערט דער וואַסער שטראָם קאָנטראָלירט דורך דעם לופט דרוק אינעווייניק פון דער פלאַש. די נאָדל איז אַטאַטשט צו אַ טעפלאָן קאַנסאָול וואָס קען מאַנועל אַדזשאַסטיד ווערן צו אַ געוויסע דיסטאַנץ פון דעם קאַונטער עלעקטראָד. דער קאַונטער עלעקטראָד איז אַ פּאַלישט אַלומינום דיסק מיט אַ לאָך אין דער מיטן פֿאַר סאַמפּלינג. אונטער דעם קאַונטער עלעקטראָד איז אַן אַלומינום סאַמפּלינג טריכטער, וואָס איז פארבונדן צו די רעשט פון די עקספּערימענטאַלע סעטאַפּ דורך אַ סאַמפּלינג פּאָרט (פיגור 2ב). אַלע סאַמפּלער קאָמפּאָנענטן זענען עלעקטריש געערדט צו ויסמיידן אָפּצאָל בילד-אַפּ וואָס קען דעגראַדירן פּאַרטיקל סאַמפּלינג.
(א) אינזשענירטע וואַסער נאַנאָסטרוקטור דזשענעריישאַן סיסטעם (EWNS). (ב) קוועַר-שניט פון סאַמפּלער און עלעקטראָספּריי אַפּאַראַט וואָס ווייַזט די וויכטיקסטע פּאַראַמעטערס. (ג) עקספּערימענטאַלע סעטאַפּ פֿאַר באַקטעריע ינאַקטיוואַציע.
די EWNS דזשענעריישאַן סיסטעם באַשריבן אויבן איז טויגעוודיק צו ענדערן שליסל אָפּערייטינג פּאַראַמעטערס צו פאַסילאַטייט פייַן טונינג פון די EWNS פּראָפּערטיעס. אַדזשאַסט די אַפּלייד וואָולטידזש (V), די דיסטאַנסע צווישן די נאָדל און די קאָונטער עלעקטראָד (L), און די וואַסער לויפן (φ) דורך די קאַפּילאַר צו פייַן טונינג די EWNS קעראַקטעריסטיקס. די סימבאָלס [V (kV), L (cm)] ווערן געניצט צו באַצייכענען פאַרשידענע קאָמבינאַציעס. אַדזשאַסט די וואַסער לויפן צו באַקומען אַ סטאַביל טיילער קאָן פון אַ זיכער סכום [V, L]. פֿאַר די צוועקן פון דעם לערנען, די אַפּערטור פון די קאָונטער עלעקטראָד (D) איז געווען געשטעלט אויף 0.5 אינטשעס (1.29 cm).
צוליב דער באגרענעצטער געאמעטריע און אסימעטריע, קען מען נישט אויסרעכענען די עלעקטרישע פעלד שטארקייט פון ערשטע פרינציפן. אנשטאט, איז די QuickField™ ווייכווארג (Svendborg, דענעמארק)19 גענוצט געווארן צו אויסרעכענען דאס עלעקטרישע פעלד. דאס עלעקטרישע פעלד איז נישט אייניג, ממילא איז דער ווערט פון דעם עלעקטרישן פעלד ביים שפיץ פון דער קאפילאר גענוצט געווארן אלס א רעפערענץ ווערט פאר פארשידענע קאנפיגוראציעס.
בעת דער שטודיע, זענען עטלעכע קאָמבינאַציעס פון וואָולטאַזש און דיסטאַנץ צווישן דער נאָדל און דעם קאָונטער-עלעקטראָד עוואַלויִרט געוואָרן אין טערמינען פון טיילער קאָן פאָרמאַציע, טיילער קאָן סטאַביליטעט, EWNS פּראָדוקציע סטאַביליטעט, און רעפּראָדוצירבאַרקייט. פֿאַרשידענע קאָמבינאַציעס ווערן געוויזן אין דער צוגאב טאַבעלע S1.
דער אויסגאַנג פֿון דער EWNS דזשענעריישאַן סיסטעם איז געווען גלייך פֿאַרבונדן צו אַ סקאַנינג מאָביליטי פּאַרטיקל סייזער (SMPS, מאָדעל 3936, TSI, שאָרוויו, מינעסאָטאַ) צו מעסטן די קאָנצענטראַציע פֿון פּאַרטיקל און איז גענוצט געוואָרן מיט אַ פֿאַראַדיי אַעראָסאָל עלעקטראָמעטער (TSI, מאָדעל 3068B, שאָרוויו, USA). MN) צו מעסטן אַעראָסאָל פֿלוסן, ווי באַשריבן אין אונדזער פֿריִערדיקער פּובליקאַציע9. ביידע דער SMPS און דער אַעראָסאָל עלעקטראָמעטער האָבן געמאָסטן מיט אַ פֿלוס ראַטע פֿון 0.5 ל/מינוט (גאַנץ מוסטער פֿלוס 1 ל/מינוט). פּאַרטיקל קאָנצענטראַציעס און אַעראָסאָל פֿלוסן זענען געמאָסטן געוואָרן פֿאַר 120 סעקונדעס. איבערחזרן די מעסטונג 30 מאָל. די גאַנצע אַעראָסאָל אָפּצאָל ווערט באַרעכנט פֿון קראַנט מעסטונגען, און די דורכשניטלעכע EWNS אָפּצאָל ווערט געשאַצט פֿון דער גאַנצער צאָל פֿון EWNS פּאַרטיקלען וואָס זענען געמאָסטן געוואָרן. די דורכשניטלעכע קאָסטן פֿון EWNS קען ווערן באַרעכנט מיט גלייכונג (1):
וואו IEl איז דער געמאסטענער שטראָם, NSMPS איז די נומערישע קאנצענטראציע געמאסטן מיט די SMPS, און φEl איז די שטראָם ראטע צום עלעקטראָמעטער.
ווייל רעלאטיווע הומידיטי (RH) ווירקט אויף דער ייבערפלאך-לאדונג, זענען די טעמפעראטור און (RH) געהאלטן געווארן קאנסטאנט ביי 21°C און 45%, בהתאמה, בעת דעם עקספערימענט.
אטאמישע קראפט מיקראסקאפיע (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, סאנטא בארבארא, קאליפארניע) און AC260T פראבע (Olympus, טאקיא, יאפאן) זענען גענוצט געווארן צו מעסטן די גרייס און לעבנס-צייט פון די EWNS. די AFM סקען ראטע איז 1 הערץ און די סקען שטח איז 5 µm×5 µm מיט 256 סקען ליניעס. אלע בילדער זענען אונטערגעווארפן געווארן צו ערשטע-ארדענונג בילד אויסריכטונג ניצנדיק Asylum ווייכווארג (מאסקע מיט א קייט פון 100 נ"מ און א שוועל פון 100 פּם).
אַראָפּנעמען דעם מוסטער טריכטער און שטעלן די מישאַק ייבערפלאַך אין אַ דיסטאַנץ פון 2.0 סענטימעטער פון די קאָונטער עלעקטראָד פֿאַר אַ דורכשניטלעך צייט פון 120 סעקונדעס צו ויסמיידן קאָואַלעסאַנס פון פּאַרטיקאַלז און פאָרמירונג פון ירעגולערע טראָפּלעך אויף די מישאַק ייבערפלאַך. EWNS איז געווען געווענדט גלייך צו פריש געשניטענע מישאַק ייבערפלאַך (טעד פּעלאַ, רעדדינג, קאַליפאָרניע). גלייך נאָך ספּאַטערינג, די מישאַק ייבערפלאַך איז געווען וויזשוואַלייזד ניצן AFM. דער ייבערפלאַך קאָנטאַקט ווינקל פון פריש געשניטענע אַנמאָדיפיצירטע מישאַק איז נאָענט צו 0°, אַזוי EWNS פּראַפּאַגייץ איבער די מישאַק ייבערפלאַך אין אַ דאָמד פאָרעם20. דער דיאַמעטער (a) און הייך (h) פון די דיפיוזינג טראָפּלעך זענען געמאסטן גלייך פון די AFM טאָפּאָגראַפֿיע און געניצט צו רעכענען די דאָמד דיפיוזשאַן באַנד EWNS ניצן אונדזער פריער וואַלידירט מעטאָד8. אַננעמענדיג אַז די אָנבאָרד EVNS האט די זעלבע באַנד, די עקוויוואַלענט דיאַמעטער קענען זיין קאַלקיאַלייטיד פון גלייכונג (2):
לויט אונדזער פריער אנטוויקלטער מעטאָדע, איז גענוצט געוואָרן אַן עלעקטראָן ספּין רעזאָנאַנס (ESR) ספּין טראַפּ צו דעטעקטירן די אנוועזנהייט פון קורץ-לעבעדיקע ראַדיקאַלע צווישן-פּראָדוקטן אין EWNS. אַעראָסאָלן זענען דורכגעפירט געוואָרן דורך אַ לייזונג וואָס האָט ענטהאַלטן 235 mM DEPMPO (5-(דיעטאָקסיפאָספאָריל)-5-מעטיל-1-פּיראָלין-N-אָקסייד) (אָקסיס אינטערנאַציאָנאַל אינק., פּאָרטלאַנד, אָרעגאָן). אַלע EPR מעסטונגען זענען דורכגעפירט געוואָרן מיט אַ ברוקער EMX ספּעקטראָמעטער (ברוקער אינסטרומענטן אינק. בילעריקאַ, מאַסאַטשוסעטס, USA) און פלאַך צעל אַררעיס. די אַקוויסיט ווייכווארג (ברוקער אינסטרומענטן אינק. בילעריקאַ, מאַסאַטשוסעטס, USA) איז גענוצט געוואָרן צו זאַמלען און אַנאַליזירן די דאַטן. די ROS כאַראַקטעריזאַציע איז דורכגעפירט געוואָרן בלויז פֿאַר אַ סכום אָפּערירן באַדינגונגען [-6.5 kV, 4.0 cm]. EWNS קאָנצענטראַציעס זענען געמאָסטן געוואָרן מיט SMPS נאָך נעמען אין באַטראַכט דעם פארלוסט פון EWNS אין דעם אימפּאַקטאָר.
אָזאָן לעוועלס זענען מאָניטאָרירט געוואָרן מיט אַ 205 דואַל ביאַם אָזאָן מאָניטאָר™ (2B טעכנאָלאָגיעס, באָולדער, קאָלאָראַדאָ)8,9,10.
פֿאַר אַלע EWNS אייגנשאַפֿטן, איז דער מעסטונג ווערט דער דורכשניט פֿון די מעסטונגען, און דער מעסטונג טעות איז די סטאַנדאַרט דיוויאַציע. אַ ט-טעסט איז דורכגעפֿירט געוואָרן צו פֿאַרגלײַכן דעם ווערט פֿון דעם אָפּטימיזירטן EWNS אַטריביוט מיטן קאָרעספּאָנדירנדיקן ווערט פֿון דער באַזע EWNS.
פיגור 2c ווייזט א פריער אנטוויקלט און כאראקטעריזירט עלעקטראסטאטישע פרעציפיטאציע דורכגאנג סיסטעם (EPES) וואס קען גענוצט ווערן צו צילן EWNS11 צו ייבערפלאכן. EPES ניצט אן EWNS לאדונג אין קאמבינאציע מיט א שטארקן עלעקטרישן פעלד צו "ווייזן" גלייך אויף דער ציל'ס ייבערפלאך. דעטאלן פון דעם EPES סיסטעם ווערן פרעזענטירט אין א פרישער פובליקאציע דורך פירגיאטאקיס און אנדערע. אזוי, EPES באשטייט פון א 3D געדרוקטע PVC קאמער מיט קאנישע ענדס וואס אנטהאלט צוויי פאראלעלע נישט-ראסטיקע שטאל (304 נישט-ראסטיקע שטאל, שפיגל פאלירט) מעטאל פלאטעס אין דער מיט 15.24 ס"מ אפגעטיילט. די ברעטער זענען פארבונדן צו אן עקסטערנער הויך וואלטאזש מקור (בערטראן 205B-10R, ספעלמאן, האופאוגע, ניו יארק), די אונטערשטע ברעט איז שטענדיג געווען פאזיטיוו און די אויבערשטע ברעט איז שטענדיג געווען גראונדעד (פלאוטינג). די קאמער ווענט זענען באדעקט מיט אלומיניום פויל, וואס איז עלעקטריש גראונדעד צו פארמיידן פארטיקל פארלוסט. די קאמער האט א פארזיגלטע פראנט לאודינג טיר וואס ערלויבט טעסט ייבערפלאכן צו ווערן געשטעלט אויף פלאסטיק געשטעל, הייבענדיג זיי אראפ פון דער אונטערשטער מעטאל טעלער צו פארמיידן הויך וואלטאזש אריינמישונג.
די דעפּאָזיציע עפעקטיווקייט פון EWNS אין EPES איז געווען קאַלקיאַלייטיד לויט אַ פריער דעוועלאָפּעד פּראָטאָקאָל דעטאַלירט אין סאַפּלעמענטאַרי פיגור S111.
אלס א קאנטראל קאמער, איז דער צווייטער שטראם דורך דער צילינדרישער קאמער פארבונדן אין סעריע מיטן EPES סיסטעם ניצנדיק אן אינטערמיטעלן HEPA פילטער צו באזייטיגן EWNS. ווי געוויזן אין פיגור 2c, איז דער EWNS אייראזאל געווארן געפאמפט דורך צוויי קאמערן פארבונדן אין סעריע. דער פילטער צווישן דעם קאנטראל צימער און EPES באזייטיגט יעדן פארבליבענע EWNS, רעזולטירנדיק אין דער זעלבער טעמפעראטור (T), רעלאטיווע הומידיטי (RH) און אזאן לעוועלס.
וויכטיקע עסן-געבוירענע מיקראָאָרגאַניזמען זענען געפונען געוואָרן צו קאַנטאַמאַנירן פרישע פּראָדוקטן ווי Escherichia coli (ATCC #27325), אַ פעקאַלער אינדיקאַטאָר, Salmonella enterica (ATCC #53647), אַ עסן-געבוירענער פּאַטאָגענע, Listeria innocua (ATCC #33090), אַן אַלטערנאַטיוו צו דער פּאַטאָגענער Listeria monocytogenes, Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) ווי אַן אַלטערנאַטיוו צו פאַרדאָרבן הייוון, און Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ווי אַ מער קעגנשטעליקע לעבעדיקע באַקטעריע זענען געקויפט געוואָרן פון ATCC (מאַנאַסאַס, ווירדזשיניע).
קויפט צופעליק שאכטלעך מיט ארגאנישע וויינטרויבן-טאמאטן פון אייער לאקאלן מארקעט און לייגט זיי אין פרידזשידער ביי 4°C ביזן נוצן (ביז 3 טעג). קלייבט אויס טאמאטן צו עקספערימענטירן מיט איין גרייס, בערך 1/2 אינטש אין דיאמעטער.
די פּראָטאָקאָלן פֿאַר אינקובאַציע, ינאָקולאַציע, עקספּאָוזשער און קאָלאָניע ציילן זענען דעטאַלירט געוואָרן אין אונדזערע פריערדיקע פּובליקאַציעס און דעטאַלירט דערקלערט אין סאַפּלעמענטאַרי דאַטאַ 11. EWNS פאָרשטעלונג איז עוואַלויִרט געוואָרן דורך אויסשטעלן ינאָקולירטע פּאָמידאָרן צו 40,000 #/cc פֿאַר 45 מינוט. בקיצור, ביי צייט t = 0 מינוט, זענען דריי פּאָמידאָרן געניצט געוואָרן צו עוואַלויִרן די איבערלעבנדיקע מיקראָאָרגאַניזמען. דריי פּאָמידאָרן זענען געשטעלט געוואָרן אין EPES און אויסגעשטעלט צו EWNS ביי 40,000 #/cc (EWNS אויסגעשטעלטע פּאָמידאָרן) און דריי אַנדערע זענען געשטעלט געוואָרן אין דער קאָנטראָל קאַמער (קאָנטראָל פּאָמידאָרן). קיין איינע פון ​​די פּאָמידאָר גרופּעס איז נישט אונטערטעניק געוואָרן צו נאָך פּראַסעסינג. EWNS-אויסגעשטעלטע פּאָמידאָרן און קאָנטראָלן זענען אַוועקגענומען געוואָרן נאָך 45 מינוט צו עוואַלויִרן די ווירקונג פון EWNS.
יעדער עקספּערימענט איז דורכגעפירט געוואָרן אין דרייפאַכיק. דאַטן אַנאַליז איז דורכגעפירט געוואָרן לויטן פּראָטאָקאָל באַשריבן אין סאַפּלעמענטאַרי דאַטן.
E. coli, Enterobacter, און L. innocua באַקטיריעלע מוסטערן אויסגעשטעלט צו EWNS (45 מינוט, EWNS אַעראָסאָל קאָנצענטראַציע 40,000 #/cm3) און נישט אויסגעשטעלט, זענען געוואָרן פּעלעטירט צו אָפּשאַצן די ינאַקטיוואַציע מעקאַניזמען. דער אָפּזאַץ איז געוואָרן פיקסירט פֿאַר 2 שעה ביי צימער טעמפּעראַטור אין 0.1 M נאַטריום קאַקאָדילאַטע לייזונג (pH 7.4) מיט אַ פיקסאַטיוו פון 2.5% גלוטאַראַלדעהייד, 1.25% פּאַראַפאָרמאַלדעהייד און 0.03% פּיקריק זויער. נאָך וואַשן, זענען זיי פיקסירט געוואָרן מיט 1% אָסמיום טעטראָקסייד (OsO4)/1.5% פּאָטאַסיום פעראָסיאַניד (KFeCN6) פֿאַר 2 שעה, געוואַשן 3 מאָל מיט וואַסער און אינקובירט אין 1% וראַניל אַסעטאַט פֿאַר 1 שעה, דערנאָך געוואַשן צוויי מאָל מיט וואַסער. דערנאָך דעכידראַטאַציע 10 מינוט יעדער פון 50%, 70%, 90%, 100% אַלקאָהאָל. די מוסטערן זענען דעמאָלט געלייגט געוואָרן אין פּראָפּילען אָקסייד פֿאַר 1 שעה און אימפּרעגנירט מיט אַ 1:1 געמיש פון פּראָפּילען אָקסייד און TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). די מוסטערן זענען איינגעבעטן געוואָרן אין TAAB Epon און פּאָלימעריזירט ביי 60°C פֿאַר 48 שעה. די אויסגעהאַרטעטע גראַנולאַרע רעזין איז געשניטן און וויזואַליזירט געוואָרן דורך TEM ניצנדיק אַ JEOL 1200EX (JEOL, טאָקיאָ, יאַפּאַן), אַ קאַנווענשאַנעלער טראַנסמיסיע עלעקטראָן מיקראָסקאָפּ אויסגעשטאַט מיט אַן AMT 2k CCD קאַמעראַ (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA).
אלע עקספערימענטן זענען דורכגעפירט געווארן אין דרייפאכיג. פאר יעדן צייטפונקט, זענען באַקטיריעלע וואַשן אויסגעפּלאַטן געווארן אין דרייפאכיג, וואָס האט רעזולטירט אין א סך הכל פון ניין דאַטן פונקטן פּער פונקט, דער דורכשניט פון וועלכע איז גענוצט געווארן ווי די באַקטיריעלע קאָנצענטראַציע פאר יענעם באַזונדערן אָרגאַניזם. די סטאַנדאַרט דעוויאַציע איז גענוצט געווארן ווי דער מעסטונג טעות. אלע פונקטן ציילן זיך.
דער לאגאריטם פון דער פארקלענערונג אין דער קאנצענטראציע פון ​​באַקטיריעס קאַמפּערד צו t = 0 מינוט איז געווען קאַלקיאַלייטיד מיט די פאלגענדע פאָרמולע:
וואו C0 איז די קאנצענטראציע פון ​​באַקטיריעס אין דעם קאָנטראָל מוסטער אין צייט 0 (ד"ה נאכדעם וואס די ייבערפלאַך איז אויסגעטריקנט אבער איידער זי איז געשטעלט געווארן אין דער קאַמער) און Cn איז די קאנצענטראציע פון ​​באַקטיריעס אויף דער ייבערפלאַך נאך n מינוט פון אויסשטעל.
כדי צו רעכענען מיט די נאַטירלעכע דעגראַדאַציע פון ​​באַקטעריע בעת די 45 מינוט ויסשטעל צייט, איז לאָג-רעדוקציע אויך קאַלקולירט געוואָרן קאַמפּערד צו קאָנטראָל ביי 45 מינוט ווי פאלגנד:
וואו Cn איז די קאנצענטראציע פון ​​באַקטיריע אין דער קאָנטראָל מוסטער אין צייט n און Cn-קאָנטראָל איז די קאנצענטראציע פון ​​קאָנטראָל באַקטיריע אין צייט n. דאַטן ווערן פּרעזענטירט ווי אַ לאָג רעדוקציע קאַמפּערד צו קאָנטראָל (קיין EWNS ויסשטעל).
בעת דער שטודיע, זענען עטלעכע קאָמבינאַציעס פון וואָולטאַזש און דיסטאַנץ צווישן דער נאָדל און דעם קאָונטער עלעקטראָד עוואַלויִרט געוואָרן אין טערמינען פון טיילער קאָן פאָרמאַציע, טיילער קאָן סטאַביליטעט, EWNS פּראָדוקציע סטאַביליטעט, און רעפּראָדוצירבאַרקייט. פֿאַרשידענע קאָמבינאַציעס ווערן געוויזן אין דער סאַפּלעמענטאַרי טאַבעלע S1. צוויי פאַלן זענען אויסגעקליבן געוואָרן פֿאַר אַ גאַנצער שטודיע וואָס ווייַזט סטאַבילע און רעפּראָדוצירבאַרע אייגנשאַפטן (טיילער קאָן, EWNS פּראָדוקציע, און סטאַביליטעט איבער צייט). אויף פיג. 3 ווייַזט די רעזולטאַטן אויף דער אָפּצאָל, גרייס און אינהאַלט פון ROS פֿאַר צוויי פאַלן. די רעזולטאַטן זענען אויך סאַמערייזד אין טאַבעלע 1. פֿאַר רעפֿערענץ, פיגור 3 און טאַבעלע 1 אַרייַננעמען די אייגנשאַפטן פון די פריער סינטעזירטע ניט-אָפּטימיזירטע EWNS8, 9, 10, 11 (באַזע-EWNS). סטאַטיסטישע באַדייַטיקייט קאַלקולאַציעס ניצן אַ צוויי-טיילד ט-טעסט זענען ווידער פאַרעפֿנטלעכט אין דער סאַפּלעמענטאַרי טאַבעלע S2. אין דערצו, נאָך דאַטן אַרייַננעמען שטודיעס אויף דער ווירקונג פון די קאָונטער עלעקטראָד סאַמפּלינג לאָך דיאַמעטער (D) און די דיסטאַנץ צווישן די ערד עלעקטראָד און די שפּיץ פון די נאָדל (L) (סאַפּלעמענטאַרי פיגורן S2 און S3).
(א–ג) AFM גרייס פארטיילונג. (ד–ו) אויבערפלאַך אָפּצאָל קעראַקטעריסטיק. (ז) כאַראַקטעריזאַציע פון ​​ROS און ESR.
עס איז אויך וויכטיג צו באַמערקן אַז פֿאַר אַלע די אויבן דערמאָנטע באַדינגונגען, די געמאָסטענע יאָניזאַציע שטראָמען זענען געווען אין די קייט פון 2-6 µA, און די וואָולטאַזשעס זענען געווען אין די קייט פון -3.8 צו -6.5 kV, ריזאַלטינג אין אַ מאַכט קאַנסאַמשאַן פֿאַר דעם איין-טערמינאַל EWNS פון ווייניקער ווי 50 mW. . דזשענעריישאַן מאָדול. כאָטש EWNS איז סינטעזירט אונטער הויך דרוק, אָזאָן לעוועלס זענען געווען זייער נידעריק, קיינמאָל יקסידינג 60 ppb.
צוגאב פיגור S4 ווייזט די סימולירטע עלעקטרישע פעלדער פאר די [-6.5 kV, 4.0 cm] און [-3.8 kV, 0.5 cm] סצענארן, בהתאמה. די פעלדער לויט די סצענארן [-6.5 kV, 4.0 cm] און [-3.8 kV, 0.5 cm] ווערן אויסגערעכנט אלס 2 × 105 V/m און 4.7 × 105 V/m, בהתאמה. דאס איז צו ערווארטן, ווייל די פראפארציע פון ​​וואלטאזש צו דיסטאנץ איז פיל העכער אין צווייטן פאל.
אויף פיג. 3א,ב ווייזט מען דעם EWNS דיאַמעטער געמאָסטן מיטן AFM8. די דורכשניטלעכע EWNS דיאַמעטערס פֿאַר די [-6.5 קילאָוואָל, 4.0 סענטימעטער] און [-3.8 קילאָוואָל, 0.5 סענטימעטער] סצענאַרן זענען קאַלקולירט געוואָרן ווי 27 נאַנאָמעטער און 19 נאַנאָמעטער, ריספּעקטיוולי. די געאָמעטרישע סטאַנדאַרט דעוויִאַציעס פון די פאַרשפּרייטונגען פֿאַר די פאַלן [-6.5 קילאָוואָל, 4.0 סענטימעטער] און [-3.8 קילאָוואָל, 0.5 סענטימעטער] זענען 1.41 און 1.45, ריספּעקטיוולי, וואָס ווײַזט אויף אַ שמאָלע גרייס פאַרשפּרייטונג. ביידע די דורכשניטלעכע גרייס און געאָמעטרישע סטאַנדאַרט דעוויִאַציע זענען זייער נאָענט צו באַסעליין-EWNS, זײַענדיק 25 נאַנאָמעטער און 1.41, ריספּעקטיוולי. אויף פיג. 3ג ווייזט מען די גרייס פאַרשפּרייטונג פון די באַסעליין EWNS געמאָסטן מיטן זעלבן מעטאָד אונטער די זעלבע באַדינגונגען.
אויף פיג. 3ד,ע ווייזט די רעזולטאטן פון לאדונג כאראקטעריזאציע. די דאטן זענען דורכשניטלעכע מעסטונגען פון 30 גלייכצייטיגע מעסטונגען פון קאנצענטראציע (#/cm3) און שטראָם (I). די אנאליז ווייזט אז די דורכשניטלעכע לאדונג אויף די EWNS איז 22 ± 6 e- און 44 ± 6 e- פאר [-6.5 kV, 4.0 cm] און [-3.8 kV, 0.5 cm], בהתאמה. אין פארגלייך מיט באזע-EWNS (10 ± 2 e-), איז זייער אויבערפלאך לאדונג באדייטנד העכער, צוויי מאל אזויפיל ווי אין דעם [-6.5 kV, 4.0 cm] סצענאר און פיר מאל אזויפיל ווי אין דעם [-3 .8 kV, 0.5 cm]. 3f ווייזט גרונטלעכע EWNS צאָלונג דאטן.
פֿון די EWNS נומער קאָנצענטראַציע מאַפּעס (צוגאב פֿיגורן S5 און S6), קען מען זען אַז די [-6.5 kV, 4.0 cm] סצענע האָט אַ באַדייטנד העכערע צאָל פּאַרטיקלען ווי די [-3.8 kV, 0.5 cm] סצענע. עס זאָל אויך באַמערקט ווערן אַז EWNS נומער קאָנצענטראַציעס זענען מאָניטאָרירט געוואָרן פֿאַר ביז 4 שעה (צוגאב פֿיגורן S5 און S6), וואו די EWNS דזשענעריישאַן סטאַביליטעט האָט געוויזן די זעלבע לעוועלס פֿון פּאַרטיקל נומער קאָנצענטראַציעס אין ביידע פֿאַלן.
פיגור 3g ווייזט דעם EPR ספּעקטרום נאָך קאָנטראָל (הינטערגרונט) סובטראַקציע פֿאַר אָפּטימיזירטע EWNS ביי [-6.5 kV, 4.0 cm]. דער ROS ספּעקטרום איז אויך קאַמפּערד צו די EWNS באַזעלינע אין אַ פריער פאַרעפֿנטלעכט אַרטיקל. די קאַלקיאַלייטיד נומער פון EWNS רעאַגירן מיט די ספּין טראַפּ איז 7.5 × 104 EWNS/s, וואָס איז ענלעך צו די פריער פאַרעפֿנטלעכט באַזעלינע-EWNS8. די EPR ספּעקטראַ האָבן קלאר אנגעוויזן די בייַזייַן פון צוויי טייפּס פון ROS, וווּ O2- האט פּרעדאָמינירט, בשעת OH• איז געווען פאָרשטעלן אין אַ קלענערער סומע. אין אַדישאַן, אַ דירעקט פאַרגלייַך פון די שפּיץ אינטענסיטיעס האט געוויזן אַז די אָפּטימיזירטע EWNS האט אַ באַטייטיק העכער ROS אינהאַלט קאַמפּערד צו די באַזעלינע EWNS.
אויף פיג. 4 ווערט געוויזן די דעפּאָזיציע עפעקטיווקייט פון EWNS אין EPES. די דאַטן זענען אויך צוזאַמענגעפאַסט אין טאַבעלע I און פאַרגליכן מיט די אָריגינעלע EWNS דאַטן. פֿאַר ביידע EUNS פאַלן, איז די דעפּאָזיציע געווען נאָענט צו 100% אפילו ביי אַ נידעריקן וואָולטאַזש פון 3.0 kV. טיפּישערווייַז איז 3.0 kV גענוג צו דערגרייכן 100% דעפּאָזיציע, נישט קוקנדיק אויף דער ענדערונג אין דער ייבערפלאַך אָפּצאָל. אונטער די זעלבע באַדינגונגען, איז די דעפּאָזיציע עפעקטיווקייט פון די Baseline-EWNS געווען בלויז 56% צוליב דער נידעריקער אָפּצאָל (דורכשניטלעך 10 עלעקטראָנען פּער EWNS).
פיגור 5 און טאבעלע 2 סומאריזירן דעם גראד פון אינאקטיוואציע פון ​​מיקראארגאניזמען וואס זענען אינאקולירט געווארן אויף דער ייבערפלאך פון טאמאטן נאך אויסשטעלונג צו בערך 40,000 #/cm3 EWNS פאר 45 מינוט אונטער דעם אפטימאלן סצענאר [-6.5 kV, 4.0 cm]. אינאקולירטע E. coli און L. innocua האבן געוויזן א באדייטנדע רעדוקציע פון ​​3.8 log נאך 45 מינוט פון אויסשטעלונג. אונטער די זעלבע באדינגונגען, האט S. enterica געוויזן א נידעריגערע log רעדוקציע פון ​​2.2 logs, בשעת S. cerevisiae און M. parafortuitum האבן געוויזן א 1.0 log רעדוקציע.
עלעקטראָן מיקראָגראַפֿן (פֿיגור 6) וואָס ווײַזן די פֿיזישע ענדערונגען וואָס EWNS האָט געפֿירט צו אין E. coli, Salmonella enterica, און L. innocua צעלן, וואָס פֿירן צו אינאַקטיוואַציע. קאָנטראָל באַקטעריעס האָבן געוויזן גאַנצע צעל מעמבראַנעס, בשעת אויסגעשטעלטע באַקטעריעס האָבן געהאַט געשעדיגטע אויסערלעכע מעמבראַנעס.
עלעקטראָן מיקראָסקאָפּישע בילדגעבונג פון קאָנטראָל און אויסגעשטעלטע באַקטעריעס האָט אַנטפּלעקט מעמבראַן שאָדן.
די דאטן וועגן די פיזיקאכעמישע אייגנשאפטן פון די אפטימיזירטע EWNS ווייזן צוזאמען אז די EWNS אייגנשאפטן (איבערפלאך לאדונג און ROS אינהאלט) זענען באדייטנד פארבעסערט געווארן קאמפערד צו די פריער פארעפנטלעכטע EWNS באזע דאטן8,9,10,11. פון דער אנדערער זייט, איז זייער גרייס געבליבן אין די נאנאמעטער ראיאן, וואס איז זייער ענליך צו פריער פארעפנטלעכטע רעזולטאטן, דערלויבנדיג זיי צו בלייבן אין דער לופט פאר א לאנגע צייט. די באאבאכטעטע פאלידיספערסיטי קען דערקלערט ווערן דורך ענדערונגען אין די איבערפלאך לאדונג, וואס באשטימען די מאס פון די רייליי עפעקט, ראנדאם, און מעגליכע צוזאמענשמעלצונג פון EWNS. אבער, ווי דעטאלירט דורך נילסען עט אל.22, הויכע איבערפלאך לאדונג פארקלענערט פארדאמפונג דורך עפעקטיוו פארגרעסערן די איבערפלאך ענערגיע/שפאנונג פון די וואסער טראפן. די טעאריע איז עקספערימענטאל באשטעטיקט געווארן פאר מיקרא-טראפלעטן22 און EWNS אין אונזער פריערדיגע פובליקאציע8. דער פארלוסט פון איבערצייט קען אויך אפעקטירן גרייס און ביישטייערן צו די באאבאכטעטע גרייס פארשפרייטונג.
דערצו, די לאדונג פער סטרוקטור איז בערך 22–44 e-, לויט די אומשטענדן, וואס איז באדייטנד העכער קאמפערד צו די באזישע EWNS, וואס האט א דורכשניטליכע לאדונג פון 10 ± 2 עלעקטראנען פער סטרוקטור. אבער, עס איז וויכטיג צו באמערקן אז דאס איז די דורכשניטליכע לאדונג פון EWNS. סעטא און אנדערע. עס איז געוויזן געווארן אז די לאדונג איז נישט אייניג און גייט נאך א לאג-נארמאל פארטיילונג21. קאמפערד צו אונזער פריערדיגע ארבעט, פארדאפלען די אייבערפלאך לאדונג פארדאפלט די דעפאזיציע עפעקטיווקייט אין די EPES סיסטעם צו כמעט 100%11.