Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። ውስን የCSS ድጋፍ ያለው የአሳሽ ስሪት እየተጠቀሙ ነው። ለተሻለ ተሞክሮ፣ የዘመነ አሳሽ እንዲጠቀሙ እንመክራለን (ወይም በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር ውስጥ የተኳኋኝነት ሁነታን እንዲያሰናክሉ)። በተጨማሪም፣ ቀጣይነት ያለው ድጋፍ ለማረጋገጥ፣ ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናሳያለን።
በቅርቡ፣ አርቲፊሻል የውሃ ናኖስትራክቸርስ (EWNS) በመጠቀም በናኖቴክኖሎጂ ላይ የተመሠረተ ኬሚካል የሌለው ፀረ-ተሕዋስያን መድረክ ተዘጋጅቷል። EWNS ከፍተኛ የገጽታ ክፍያ ያለው ሲሆን ከምግብ ወለድ በሽታ አምጪ ተህዋሲያንን ጨምሮ ከብዙ ረቂቅ ተሕዋስያን ጋር መስተጋብር መፍጠር እና ማገድ የሚችል ምላሽ ሰጪ የኦክስጅን ዝርያዎች (ROS) የበለፀጉ ናቸው። እዚህ ላይ በተዋሃዱበት ጊዜ ባህሪያቸው ሊስተካከል እና ፀረ-ባክቴሪያ አቅማቸውን የበለጠ ለማሳደግ ሊመቻች እንደሚችል ታይቷል። የ EWNS የላቦራቶሪ መድረክ የተቀየሰው የውህደት መለኪያዎችን በመቀየር የ EWNS ባህሪያትን ለማስተካከል ነው። የ EWNS ባህሪያት (ቻርጅ፣ መጠን እና የ ROS ይዘት) ባህሪ በዘመናዊ የትንታኔ ዘዴዎች ተከናውኗል። በተጨማሪም፣ እንደ Escherichia coli፣ Salmonella enterica፣ Listeria innocua፣ Mycobacterium para fortitum እና Saccharomyces cerevisiae ያሉ የምግብ ረቂቅ ተሕዋስያን የማይክሮባላዊ ኢንአክቲቪቲ አቅማቸውን ለመገምገም በኦርጋኒክ የወይን ቲማቲም ወለል ላይ ተክለዋል። እዚህ የቀረቡት ውጤቶች የ EWNS ባህሪያት በተዋሃዱበት ጊዜ በጥሩ ሁኔታ ሊስተካከሉ እንደሚችሉ ያሳያሉ፣ ይህም የኢንአክቲቪቲ ውጤታማነትን በከፍተኛ ሁኔታ እንዲጨምር አድርጓል። በተለይም የገጽታ ክፍያው በአራት እጥፍ ጨምሯል፣ የROS ይዘትም ጨምሯል። የማይክሮባላዊ ማስወገጃ መጠኑ በማይክሮባላዊ ጥገኛ ነበር፣ እና ለ45 ደቂቃዎች በ40,000 #/cm3 EWNS ኤሮሶል መጠን ከተጋለጠ በኋላ ከ1.0 እስከ 3.8 ሎግ ይደርሳል።
ረቂቅ ተሕዋስያን ወይም መርዛማዎቻቸውን በመዋጥ ምክንያት የሚከሰተው የምግብ ወለድ በሽታ ዋና መንስኤ የማይክሮባላዊ ብክለት ነው። በዩናይትድ ስቴትስ ብቻ በየዓመቱ ወደ 76 ሚሊዮን የሚጠጉ ሕመሞችን፣ 325,000 የሆስፒታል መተኛትን እና 5,000 ሞትን ያስከትላል። በተጨማሪም፣ የዩናይትድ ስቴትስ የግብርና መምሪያ (USDA) በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ ከተዘገቡት የምግብ ወለድ በሽታዎች ውስጥ 48 በመቶ የሚሆኑትን ትኩስ ምርቶችን የመጠቀም ፍጆታ መጨመር ተጠያቂ እንደሆነ ይገምታል። በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ በምግብ ወለድ በሽታ አምጪ ተሕዋስያን ምክንያት የሚደርሰው ሕመም እና ሞት በጣም ከፍተኛ ነው፣ በበሽታ ቁጥጥር እና መከላከያ ማዕከላት (ሲዲሲ) መሠረት በዓመት ከ15.6 ቢሊዮን የአሜሪካ ዶላር በላይ ነው።
በአሁኑ ጊዜ የምግብ ደህንነትን ለማረጋገጥ ኬሚካል4፣ ራዲየሽን5 እና ቴርማል6 ፀረ-ተሕዋስያን ጣልቃገብነቶች በዋናነት የሚተገበሩት ትኩስ ምርቶች በተሻጋሪ ብክለት እንዲጋለጡ በሚያስችል መልኩ በተከታታይ ከመተገበር ይልቅ በምርት ሰንሰለቱ ውስጥ በተወሰኑ ወሳኝ የቁጥጥር ነጥቦች (CCPs) (ብዙውን ጊዜ ከመከር በኋላ እና/ወይም በማሸጊያ ወቅት) ውስጥ ነው። ፀረ-ተሕዋስያን ጣልቃገብነቶች የምግብ ወለድ በሽታዎችን እና የምግብ መበላሸትን በተሻለ ሁኔታ ለመቆጣጠር እና ከእርሻ ወደ ጠረጴዛ ቀጣይነት ባለው መልኩ የመተገበር አቅም እንዲኖራቸው ያስፈልጋል። አነስተኛ ተጽዕኖ እና ወጪ።
በቅርቡ አርቲፊሻል የውሃ ናኖስትራክቸርስ (EWNS) በመጠቀም በገጽታዎች እና በአየር ላይ ባክቴሪያዎችን ለማገድ በናኖቴክኖሎጂ ላይ የተመሠረተ ኬሚካል የሌለው ፀረ-ተሕዋስያን መድረክ ተዘጋጅቷል። ለEVNS ውህደት ሁለት ትይዩ ሂደቶች ጥቅም ላይ ውለዋል፡ ኤሌክትሮስፕሬይ እና የውሃ አዮኒዜሽን (ምስል 1a)። EWNS ቀደም ሲል ልዩ የሆነ የአካላዊ እና ባዮሎጂካል ባህሪያት ስብስብ እንዳለው ታይቷል8,9,10። EWNS በአንድ መዋቅር በአማካይ 10 ኤሌክትሮኖች እና አማካይ የናኖሜትር መጠን 25 nm ነው (ምስል 1b,c)8,9,10። በተጨማሪም፣ የኤሌክትሮን ስፒን ሬዞናንስ (ESR) EWNS ከፍተኛ መጠን ያለው ምላሽ ሰጪ የኦክስጅን ዝርያዎችን (ROS)፣ በዋናነት ሃይድሮክሲል (OH•) እና ሱፐርኦክሳይድ (O2-) ራዲካልስ (ምስል 1c) 8 እንደያዘ አሳይቷል። EWNS ለረጅም ጊዜ በአየር ውስጥ ቆይቶ በአየር ላይ ከተንጠለጠሉ እና በገጽታዎች ላይ ካሉ ረቂቅ ተሕዋስያን ጋር ሊጋጭ ይችላል፣ ይህም የ ROS ክፍያቸውን ያደርሳል እና የማይክሮባላዊ እንቅስቃሴን ያስከትላል (ምስል 1d)። እነዚህ ቀደምት ጥናቶች EWNS ከሌሎች የህዝብ ጤና ጠቀሜታ ካላቸው ግራም-አሉታዊ እና ግራም-አወንታዊ ባክቴሪያዎች ጋር መስተጋብር መፍጠር እና ማግበር እንደሚችል አሳይተዋል፣ ከእነዚህም ውስጥ ማይኮባክቴሪያዎችን ጨምሮ፣ በአየር ላይ እና በአየር ውስጥ8,9። የመተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ እንዳመለከተው የእንቅስቃሴ መቋረጥ የተከሰተው በሴል ሽፋን መበላሸት ነው። በተጨማሪም፣ አጣዳፊ የመተንፈስ ጥናቶች እንደሚያሳዩት ከፍተኛ መጠን ያለው EWNS የሳንባ ጉዳት ወይም እብጠት አያመጣም8።
(ሀ) ኤሌክትሮስፕሬይ የሚከሰተው ፈሳሽ በያዘው ካፒላሪ እና በተቃራኒ ኤሌክትሮድ መካከል ከፍተኛ ቮልቴጅ ሲተገበር ነው። (ለ) ከፍተኛ ቮልቴጅ መተግበር ሁለት የተለያዩ ክስተቶችን ያስከትላል፡ (i) የውሃ ኤሌክትሮስፕሬይ እና (ii) በ EWNS ውስጥ የተዘጉ ምላሽ ሰጪ የኦክስጅን ዝርያዎች (አዮኖች) ማመንጨት። (ሐ) የ EWNS ልዩ መዋቅር። (መ) EWNS በናኖስኬል ባህሪያቸው ምክንያት በጣም ተንቀሳቃሽ ናቸው እና ከአየር ወለድ በሽታ አምጪ ተህዋሲያን ጋር መስተጋብር ሊፈጥሩ ይችላሉ።
የEWNS ፀረ-ተሕዋስያን መድረክ ትኩስ ምግብ ላይ የምግብ ወለድ ረቂቅ ተሕዋስያንን የማነቃቃት ችሎታው በቅርብ ጊዜ ታይቷል። እንዲሁም የEWNS ወለል ክፍያ ለታለመ አቅርቦት ከኤሌክትሪክ መስክ ጋር በማጣመር ጥቅም ላይ ሊውል እንደሚችል ታይቷል። ከሁሉም በላይ ደግሞ እንደ ኢ. ኮላይ እና ሊስቴሪያ ባሉ የተለያዩ የምግብ ረቂቅ ተሕዋስያን ላይ ኦርጋኒክ የቲማቲም እንቅስቃሴ በግምት 1.4 ሎግ ቅነሳ ተስፋ ሰጪ የመጀመሪያ ውጤት በግምት 50,000#/cm311 ክምችት ለEWNS ከተጋለጡ በኋላ በ90 ደቂቃዎች ውስጥ ታይቷል። በተጨማሪም፣ የመጀመሪያ ኦርጋኖሌፕቲክ የግምገማ ምርመራዎች ከቁጥጥር ቲማቲም ጋር ሲነፃፀሩ ምንም አይነት ኦርጋኖሌፕቲክ ውጤት አላሳዩም። ምንም እንኳን እነዚህ የመጀመሪያ የማነቃቂያ ውጤቶች በጣም ዝቅተኛ በሆነ የEWNS መጠን 50,000#/cc. ይመልከቱ፣ ከፍተኛ የማነቃቂያ አቅም የመያዝ እና የመበላሸት አደጋን የበለጠ ለመቀነስ የበለጠ ጠቃሚ እንደሚሆን ግልጽ ነው።
እዚህ፣ የ EWNS የማዋሃድ መለኪያዎችን በትክክል ለማስተካከል እና የፀረ-ባክቴሪያ አቅማቸውን ለማሳደግ የ EWNS የፊዚኮኬሚካላዊ ባህሪያትን ለማመቻቸት ምርምራችንን በ EWNS ትውልድ መድረክ ልማት ላይ እናተኩራለን። በተለይም፣ ማመቻቸት የገጽታ ክፍያቸውን (ታለመውን አቅርቦት ለማሻሻል) እና የ ROS ይዘትን (የማንቀሳቀስ ቅልጥፍናን ለማሻሻል) ላይ ያተኮረ ነው። ዘመናዊ የትንታኔ ዘዴዎችን በመጠቀም እና እንደ E. coli፣ S. enterica፣ L. innocua፣ S. cerevisiae እና M. ፓራፎርቱቱም ያሉ የተለመዱ የምግብ ረቂቅ ተሕዋስያንን በመጠቀም የተሻሻሉ የፊዚኮ-ኬሚካላዊ ባህሪያትን (መጠን፣ ክፍያ እና የ ROS ይዘት) መለየት።
ኢቪኤንኤስ (EVNS) በአንድ ጊዜ ከፍተኛ ንፅህና ያለው ውሃ (18 MΩ ሴሜ–1) በመጠቀም እና አዮኒዜሽን በማድረግ የተቀናበረ ነው። የኤሌክትሪክ አቶሚዘር 12 በተለምዶ ፈሳሽ እና ሰው ሰራሽ ፖሊመር እና የሴራሚክ ቅንጣቶችን 13 እና ቁጥጥር የሚደረግባቸው መጠን ያላቸውን 14 ቃጫዎችን ለማተም ያገለግላል።
በቀደሙት ህትመቶች 8፣ 9፣ 10፣ 11 ላይ እንደተገለጸው፣ በተለመደው ሙከራ፣ በብረት ካፕላሪ እና መሬት ላይ በተሰራ ቆጣሪ ኤሌክትሮድ መካከል ከፍተኛ ቮልቴጅ ይተገበራል። በዚህ ሂደት ውስጥ ሁለት የተለያዩ ክስተቶች ይከሰታሉ፡ 1) ኤሌክትሮስፕሬይ እና 2) የውሃ አዮኒዜሽን። በሁለቱ ኤሌክትሮዶች መካከል ጠንካራ የኤሌክትሪክ መስክ በተጨመቀው ውሃ ወለል ላይ አሉታዊ ክፍያዎች እንዲከማቹ ያደርጋል፣ ይህም የቴይለር ኮኖች እንዲፈጠሩ ያደርጋል። በዚህም ምክንያት፣ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው የውሃ ጠብታዎች ይፈጠራሉ፣ ይህም እንደ ሬይሊ ቲዎሪ 16 መሠረት ወደ ትናንሽ ቅንጣቶች መበታተናቸውን ይቀጥላሉ። በተመሳሳይ ጊዜ፣ ጠንካራ የኤሌክትሪክ መስክ አንዳንድ የውሃ ሞለኪውሎች ኤሌክትሮኖችን (ionization) እንዲከፍቱ እና እንዲላቀቁ ያደርጋል፣ በዚህም ምክንያት ከፍተኛ መጠን ያለው ምላሽ ሰጪ የኦክስጅን ዝርያዎችን (ROS) ያመነጫል 17። በተመሳሳይ ጊዜ የመነጩ የROS18 ፓኬቶች በEWNS ውስጥ ተሸፍነዋል (ምስል 1c)።
በምስል 2a ላይ በዚህ ጥናት ውስጥ በ EWNS ውህደት ውስጥ የተዘጋጀውን እና ጥቅም ላይ የዋለውን የ EWNS ማመንጫ ስርዓት ያሳያል። በተዘጋ ጠርሙስ ውስጥ የተከማቸ የተጣራ ውሃ በቴፍሎን ቱቦ (2 ሚሜ ውስጣዊ ዲያሜትር) በኩል ወደ 30G አይዝጌ ብረት መርፌ (የብረት ካፕላሪ) ይመገባል። በምስል 2ለ ላይ እንደሚታየው የውሃ ፍሰቱ የሚቆጣጠረው በጠርሙሱ ውስጥ ባለው የአየር ግፊት ነው። መርፌው ከቆጣሪው ኤሌክትሮድ በተወሰነ ርቀት በእጅ ሊስተካከል ከሚችል የቴፍሎን ኮንሶል ጋር ተያይዟል። ቆጣሪው ኤሌክትሮድ ለመነሻ የሚሆን ቀዳዳ ያለው የተወለወለ የአሉሚኒየም ዲስክ ነው። ከቆጣሪው ኤሌክትሮድ በታች ከአሉሚኒየም ናሙና ፈንጣጣ ጋር በናሙና ወደብ በኩል የተገናኘ ነው (ምስል 2ለ)። ሁሉም የናሙና ክፍሎች የንጥረ ነገር ናሙናን ሊያበላሽ የሚችል የኃይል ክምችትን ለማስወገድ በኤሌክትሪክ የተመሰረቱ ናቸው።
(ሀ) የተመረተ የውሃ ናኖስትራክቸር ማመንጫ ስርዓት (EWNS)። (ለ) በጣም አስፈላጊ የሆኑትን መለኪያዎች የሚያሳይ የናሙና እና የኤሌክትሮስፕሬይ ክፍል መስቀለኛ ክፍል። (ሐ) የባክቴሪያ እንቅስቃሴ ማቆም የሙከራ ማዋቀር።
ከላይ የተገለጸው የEWNS ትውልድ ስርዓት የEWNS ባህሪያትን በጥሩ ሁኔታ ለማስተካከል ቁልፍ የአሠራር መለኪያዎችን የመቀየር ችሎታ አለው። የተተገበረውን ቮልቴጅ (V)፣ በመርፌው እና በቆጣሪው ኤሌክትሮድ (L) መካከል ያለውን ርቀት እና በካፒላሪ በኩል ያለውን የውሃ ፍሰት (φ) ያስተካክሉ። ምልክቶቹ [V (kV)፣ L (cm)] የተለያዩ ውህዶችን ለማመልከት ያገለግላሉ። የተወሰነ ስብስብ [V፣ L] የተረጋጋ የቴይለር ኮን ለማግኘት የውሃ ፍሰቱን ያስተካክሉ። ለዚህ ጥናት ዓላማ፣ የቆጣሪው ኤሌክትሮድ (D) ቀዳዳ በ0.5 ኢንች (1.29 ሴ.ሜ) ተቀምጧል።
ውስን በሆነው የጂኦሜትሪ እና አለመመጣጠን ምክንያት የኤሌክትሪክ መስክ ጥንካሬ ከመጀመሪያዎቹ መርሆዎች ሊሰላ አይችልም። በምትኩ፣ የQuickField™ ሶፍትዌር (Svendborg፣ ዴንማርክ)19 የኤሌክትሪክ መስክን ለማስላት ጥቅም ላይ ውሏል። የኤሌክትሪክ መስክ ወጥ አይደለም፣ ስለዚህ በካፒላሪ ጫፍ ላይ ያለው የኤሌክትሪክ መስክ እሴት ለተለያዩ ውቅሮች እንደ ማጣቀሻ እሴት ጥቅም ላይ ውሏል።
በጥናቱ ወቅት፣ በመርፌው እና በቆጣሪው ኤሌክትሮድ መካከል ያሉ በርካታ የቮልቴጅ እና የርቀት ጥምረቶች በቴይለር ኮን ምስረታ፣ በቴይለር ኮን መረጋጋት፣ በ EWNS የምርት መረጋጋት እና በመራባት አቅም ረገድ ተገምግመዋል። የተለያዩ ጥምረቶች በተጨማሪ ሰንጠረዥ S1 ውስጥ ይታያሉ።
የEWNS ትውልድ ስርዓት ውጤት በቀጥታ ከስካኒንግ ሞቢሊቲ ፓትሪክል መለኪያ (SMPS፣ ሞዴል 3936፣ TSI፣ Shoreview፣ Minnesota) ጋር የተገናኘ ሲሆን በቀደመው ህትመታችን9 ላይ እንደተገለጸው የኤሮሶል ፍሰቶችን ለመለካት ከፋራዴይ ኤሮሶል ኤሌክትሮሜትር (TSI፣ ሞዴል 3068B፣ Shoreview፣ USA) ጋር ጥቅም ላይ ውሏል። ሁለቱም SMPS እና ኤሮሶል ኤሌክትሮሜትር በ0.5 ሊትር/ደቂቃ የፍሰት መጠን (ጠቅላላ የናሙና ፍሰት 1 ሊትር/ደቂቃ) ተወስደዋል። የቅንጣት ክምችቶች እና ኤሮሶል ፍሰቶች ለ120 ሰከንድ ተለክተዋል። መለኪያውን 30 ጊዜ ይድገሙት። ጠቅላላ የኤሮሶል ክፍያ የሚሰላው ከአሁኑ መለኪያዎች ሲሆን አማካይ የEWNS ክፍያ የሚገመተው ከተመረቱት የEWNS ቅንጣቶች ጠቅላላ ብዛት ነው። የEWNS አማካይ ዋጋ እኩልታ (1) በመጠቀም ሊሰላ ይችላል፡
IEl የሚለካው ጅረት ሲሆን፣ NSMPS በSMPS የሚለካው የቁጥር ክምችት ሲሆን፣ φEl ደግሞ ወደ ኤሌክትሮሜትር የሚሄደው የፍሰት መጠን ነው።
አንጻራዊ እርጥበት (RH) የገጽታ ክፍያን ስለሚጎዳ፣ በሙከራው ወቅት የሙቀት መጠኑ እና (RH) በቅደም ተከተል በ21°ሴ እና 45% ሳይለወጡ ቆይተዋል።
የአቶሚክ ኃይል ማይክሮስኮፒ (AFM)፣ Asylum MFP-3D (Asylum Research፣ Santa Barbara፣ CA) እና AC260T ፕሮጄክት (Olympus፣ Tokyo፣ Japan) የEWNSን መጠን እና የህይወት ዘመን ለመለካት ጥቅም ላይ ውለዋል። የAFM ቅኝት ፍጥነት 1 Hz ሲሆን የፍተሻው ቦታ 5 µm×5 µm ሲሆን 256 የፍተሻ መስመሮች አሉት። ሁሉም ምስሎች በአስቸጋሪ ሁኔታ ሶፍትዌር (100 nm ክልል እና 100 pm ገደብ ያለው ጭንብል) በመጠቀም ለመጀመሪያ ጊዜ የምስል አሰላለፍ ተደርገዋል።
የናሙና ፈንጣጣውን ያስወግዱ እና የሚካውን ወለል ከቆጣሪው ኤሌክትሮድ በ2.0 ሴ.ሜ ርቀት ላይ በአማካይ ለ120 ሰከንድ ርቀት ላይ ያስቀምጡት፤ ይህም ቅንጣቶች እንዳይዋሃዱ እና በማይካው ገጽ ላይ መደበኛ ያልሆኑ ጠብታዎች እንዳይፈጠሩ ይከላከላል። EWNS በቀጥታ በአዲስ በተቆረጡ የማይካ ቦታዎች (ቴድ ፔላ፣ ሬዲንግ፣ ካሊፎርኒያ) ላይ ተተግብሯል። ከተረጨ በኋላ ወዲያውኑ የሚካው ገጽ በAFM በመጠቀም ታይቷል። አዲስ የተቆረጠው ያልተሻሻለው ሚካ የገጽታ ግንኙነት አንግል ወደ 0° ቅርብ ነው፣ ስለዚህ EWNS በዶሜድ ቅርፅ በሚካው ገጽ ላይ ይሰራጫል20። የተንሰራፋው ጠብታዎች ዲያሜትር (a) እና ቁመት (h) በቀጥታ ከAFM ቶፖግራፊ ተለክተው ቀደም ሲል የተረጋገጠውን ዘዴያችንን በመጠቀም የዶሜድ ስርጭት መጠን EWNS ለማስላት ጥቅም ላይ ውለዋል። አብሮ የተሰራው EVNS ተመሳሳይ መጠን እንዳለው ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ ተመጣጣኝ ዲያሜትር ከእኩልታ (2) ሊሰላ ይችላል፡
ቀደም ሲል በተዘጋጀው ዘዴያችን መሠረት፣ በEWNS ውስጥ የአጭር ጊዜ ራዲካል መካከለኛ አካላት መኖራቸውን ለመለየት የኤሌክትሮን ስፒን ሬዞናንስ (ESR) ስፒን ወጥመድ ጥቅም ላይ ውሏል። ኤሮሶሎች 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.፣ Portland፣ Oregon) በያዘ መፍትሄ ውስጥ አልፈዋል። ሁሉም የEPR መለኪያዎች የተከናወኑት በብሩከር EMX ስፔክትሮሜትር (Bruker Instruments Inc. Billerica፣ MA፣ USA) እና ጠፍጣፋ ሴል አደራደሮች በመጠቀም ነው። የAcquisit ሶፍትዌር (Bruker Instruments Inc. Billerica፣ MA፣ USA) መረጃውን ለመሰብሰብ እና ለመተንተን ጥቅም ላይ ውሏል። የROS ባህሪው የተከናወነው ለተወሰኑ የአሠራር ሁኔታዎች [-6.5 kV፣ 4.0 ሴ.ሜ] ብቻ ነው። የEWNS ክምችት የተለካው በኢምፓክተሩ ውስጥ የEWNS መጥፋትን ከግምት ውስጥ በማስገባት በSMPS በመጠቀም ነው።
የኦዞን መጠን ቁጥጥር የተደረገው በ205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 በመጠቀም ነው።
ለሁሉም የEWNS ባህሪያት፣ የመለኪያ እሴቱ የመለኪያዎቹ አማካኝ ሲሆን የመለኪያ ስህተቱም መደበኛ መዛባት ነው። የተመቻቸ የEWNS ባህሪ እሴትን ከመሠረታዊ EWNS ጋር ከሚዛመደው እሴት ጋር ለማነፃፀር የቲ-ሙከራ ሙከራ ተከናውኗል።
ምስል 2c ቀደም ሲል የተዘጋጀ እና ተለይቶ የተቀመጠ የኤሌክትሮስታቲክ ዝናብ ማለፊያ ስርዓት (EPES) ያሳያል፣ ይህም EWNS11ን ወደ ወለሎች ለማነጣጠር ሊያገለግል ይችላል። EPES የEWNS ክፍያን ከጠንካራ የኤሌክትሪክ መስክ ጋር በማጣመር በቀጥታ ወደ ኢላማው ወለል "ለማመልከት" ይጠቀማል። የEPES ስርዓት ዝርዝሮች በቅርቡ በፒሪዮታኪስ እና ሌሎች 11 በታተመ ህትመት ቀርበዋል። ስለዚህ፣ EPES በ15.24 ሴ.ሜ መካከል ሁለት ትይዩ አይዝጌ ብረት (304 አይዝጌ ብረት፣ በመስታወት የተወለወለ) የብረት ሳህኖችን የያዙ ባለ 3D የታተመ የ PVC ክፍልን ያካትታል። ሰሌዳዎቹ ከውጭ ከፍተኛ ቮልቴጅ ምንጭ (በርትራን 205B-10R፣ Spellman፣ Hauppauge፣ NY) ጋር የተገናኙ ነበሩ፣ የታችኛው ሰሌዳ ሁልጊዜ አዎንታዊ ነበር እና የላይኛው ሰሌዳ ሁልጊዜ መሬት ላይ (ተንሳፋፊ) ነበር። የክፍሉ ግድግዳዎች በአሉሚኒየም ፎይል የተሸፈኑ ሲሆን ይህም የንጥረ ነገር መጥፋትን ለመከላከል በኤሌክትሪክ መሬት ላይ ነው። ክፍሉ የታሸገ የፊት ጭነት በር አለው፣ ይህም የሙከራ ቦታዎች በፕላስቲክ መደርደሪያዎች ላይ እንዲቀመጡ የሚያስችል ሲሆን ከፍተኛ የቮልቴጅ ጣልቃ ገብነትን ለማስወገድ ከታችኛው የብረት ሳህን ላይ ያነሳቸዋል።
የEWNS በEPES ውስጥ የማስቀመጥ ቅልጥፍና የተሰላው ቀደም ሲል በተዘጋጀው ተጨማሪ ምስል S111 ላይ በተዘረዘረው ፕሮቶኮል መሠረት ነው።
እንደ መቆጣጠሪያ ክፍል፣ በሲሊንደሪክ ክፍሉ ውስጥ ያለው ሁለተኛው ፍሰት በተከታታይ ከEPES ሲስተም ጋር EWNSን ለማስወገድ መካከለኛ HEPA ማጣሪያን በመጠቀም ይገናኛል። በምስል 2c ላይ እንደሚታየው፣ EWNS ኤሮሶል በተከታታይ በተገናኙ ሁለት ክፍሎች ውስጥ ተጭኗል። በመቆጣጠሪያ ክፍሉ እና በEPES መካከል ያለው ማጣሪያ ተመሳሳይ የሙቀት መጠን (T)፣ አንጻራዊ እርጥበት (RH) እና የኦዞን መጠንን ያስከትላል።
እንደ ኤሼሪቺያ ኮላይ (ATCC #27325)፣ የሰገራ አመላካች፣ ሳልሞኔላ ኢንቴሪካ (ATCC #53647)፣ የምግብ ወለድ በሽታ አምጪ፣ ሊስቴሪያ ኢንኖኩዋ (ATCC #33090)፣ ለበሽታ አምጪ ሊስቴሪያ ሞኖሳይቶጅንስ አማራጭ፣ ሳክቻሮሚሴስ ሴሬቪሲያ (ATCC #4098) እና ማይኮባክቲሪየም ፓራፎርቱቲየስ (ATCC #19686) እንደ ይበልጥ ተከላካይ ሕያው ባክቴሪያ ያሉ ትኩስ ምርቶችን እንደሚበክሉ ተገኝተዋል። ከATCC (ማናሳስ፣ ቨርጂኒያ)።
በአካባቢዎ ገበያ ውስጥ የኦርጋኒክ የወይን ቲማቲም ሳጥኖችን በዘፈቀደ ይግዙ እና እስኪጠቀሙበት ድረስ በ4°ሴ (እስከ 3 ቀናት) ያቀዘቅዙ። አንድ መጠን ያላቸውን ቲማቲሞችን ይምረጡ፣ ዲያሜትር 1/2 ኢንች ያህል።
የመታቀፉን፣ የመከተብን፣ የመጋለጥን እና የቅኝ ግዛት ቆጠራን የሚመለከቱ ፕሮቶኮሎች በቀደሙት ህትመቶቻችን ውስጥ በዝርዝር ተዘርዝረው ተጨማሪ መረጃ 11 ላይ በዝርዝር ተብራርተዋል። የEWNS አፈፃፀም የተከተቡ ቲማቲሞችን ለ45 ደቂቃዎች በ40,000 #/cm3 በማጋለጥ ተገምግሟል። በአጭሩ፣ በጊዜ t = 0 ደቂቃ፣ በሕይወት የተረፉትን ረቂቅ ተሕዋስያን ለመገምገም ሶስት ቲማቲሞች ጥቅም ላይ ውለዋል። ሶስት ቲማቲሞች በEPES ውስጥ ተቀምጠው በ40,000 #/cc (EWNS የተጋለጡ ቲማቲሞች) ለEWNS ተጋልጠዋል እና ሌሎች ሶስት ደግሞ በመቆጣጠሪያ ክፍል (የቁጥጥር ቲማቲሞች) ውስጥ ተቀምጠዋል። ከቲማቲም ቡድኖች ውስጥ አንዳቸውም ተጨማሪ ሂደት አልተደረገባቸውም። በEWNS የተጋለጡ ቲማቲሞች እና መቆጣጠሪያዎች የEWNSን ውጤት ለመገምገም ከ45 ደቂቃዎች በኋላ ተወግደዋል።
እያንዳንዱ ሙከራ የተካሄደው በሦስት እጥፍ ነው። የውሂብ ትንተና የተከናወነው በተጨማሪ መረጃ ውስጥ በተገለጸው ፕሮቶኮል መሠረት ነው።
ኢ. ኮላይ፣ ኢንቴሮባክተር እና ኤል. ኢኖኩዋ ለ EWNS (45 ደቂቃ፣ EWNS ኤሮሶል ክምችት 40,000 #/cm3) የተጋለጡ የባክቴሪያ ናሙናዎች እና ያልተጋለጡት የማነቃቂያ ዘዴዎችን ለመገምገም ተለጥፈዋል። ዝናብ በክፍል ሙቀት ውስጥ ለ2 ሰዓታት በ0.1 M ሶዲየም ካኮዳይሌት መፍትሄ (pH 7.4) ውስጥ 2.5% ግሉታራሌዴይድ፣ 1.25% ፓራፎርማልዴይድ እና 0.03% ፒክሪክ አሲድ ፊክሲኬቲቭ ተስተካክሏል። ከታጠቡ በኋላ፣ ለ2 ሰዓታት በ1% ኦስሚየም ቴትሮክሳይድ (OsO4)/1.5% ፖታሲየም ፌሮሲያኒድ (KFeCN6) ተስተካክለዋል፣ ለ3 ጊዜ በውሃ ታጥበው ለ1 ሰዓት በ1% ዩራኒል አሲቴት ውስጥ ታጥበዋል፣ ከዚያም ሁለት ጊዜ በውሃ ታጥበዋል። በመቀጠልም 50%፣ 70%፣ 90%፣ 100% አልኮሆል ለ10 ደቂቃዎች ድርቀት። ናሙናዎቹ ከዚያም ለ1 ሰዓት በፕሮፒሊን ኦክሳይድ ውስጥ ተቀምጠው በ1፡1 የፕሮፒሊን ኦክሳይድ እና TAAP Epon (ማሪቫክ ካናዳ ኢንክ. ሴንት ሎረንት፣ ካሊፎርኒያ) ድብልቅ ተጨምረዋል። ​​ናሙናዎቹ በTAAB Epon ውስጥ ተክተው ለ48 ሰዓታት በ60°ሴ ፖሊመር ተደርገዋል። የተፈወሰው ግራኑላር ሙጫ በTEM JEOL 1200EX (JEOL፣ ቶኪዮ፣ ጃፓን) በመጠቀም ተቆርጦ በምስል ታይቷል፣ ይህም በAMT 2k CCD ካሜራ (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA) የተገጠመለት የተለመደ የትራንስሚሽን ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ነው።
ሁሉም ሙከራዎች የተከናወኑት በሦስት እጥፍ ነው። ለእያንዳንዱ የጊዜ ነጥብ፣ የባክቴሪያ ማጠቢያዎች በሦስት እጥፍ ተሸፍነዋል፣ በዚህም ምክንያት በአንድ ነጥብ በአጠቃላይ ዘጠኝ የውሂብ ነጥቦች ተገኝተዋል፣ ከእነዚህም ውስጥ አማካይ ለዚያ የተወሰነ ኦርጋኒክ የባክቴሪያ ክምችት ሆኖ አገልግሏል። መደበኛ መዛባት እንደ የመለኪያ ስህተት ጥቅም ላይ ውሏል። ሁሉም ነጥቦች ይቆጠራሉ።
የባክቴሪያ ክምችት መቀነስ ከ t = 0 ደቂቃ ጋር ሲነጻጸር ሎጋሪዝም የሚከተለውን ቀመር በመጠቀም ተሰልቷል፡
C0 በቁጥጥር ናሙናው ውስጥ በ0 ሰዓት (ማለትም ወለሉ ከደረቀ በኋላ ግን በክፍሉ ውስጥ ከመቀመጡ በፊት) ውስጥ የባክቴሪያ ክምችት ሲሆን Cn ደግሞ በ n ደቂቃዎች ከተጋለጡ በኋላ በገጽ ላይ የባክቴሪያ ክምችት ነው።
በ45 ደቂቃ ተጋላጭነት ጊዜ ውስጥ የባክቴሪያን ተፈጥሯዊ መበላሸት ለማካካስ፣ የሎግ-ሪዜሽን ከቁጥጥር ጋር ሲነጻጸር እንደሚከተለው ተሰልቷል፡
ሲን በመቆጣጠሪያ ናሙና ውስጥ የባክቴሪያ ክምችት ሲሆን በጊዜ n እና ሲን-ኮንትሮል በጊዜ n የቁጥጥር ባክቴሪያዎች ክምችት ነው። መረጃው ከቁጥጥር ጋር ሲነጻጸር እንደ ሎግ ቅነሳ ቀርቧል (ምንም የ EWNS ተጋላጭነት የለም)።
በጥናቱ ወቅት፣ በመርፌው እና በቆጣሪው ኤሌክትሮድ መካከል በርካታ የቮልቴጅ እና የርቀት ጥምረቶች በቴይለር ኮን ምስረታ፣ በቴይለር ኮን መረጋጋት፣ በEWNS የምርት መረጋጋት እና በድጋሜ መባዛት ረገድ ተገምግመዋል። የተለያዩ ጥምረቶች በተጨማሪ ሠንጠረዥ S1 ውስጥ ይታያሉ። የተረጋጋ እና ሊባዙ የሚችሉ ባህሪያትን (ቴይለር ኮን፣ EWNS ምርት እና በጊዜ ሂደት መረጋጋት) የሚያሳይ ሙሉ ጥናት ሁለት ጉዳዮች ተመርጠዋል። በምስል 3 ላይ ለሁለት ጉዳዮች የ ROS ቻርጅ፣ መጠን እና ይዘት ውጤቶችን ያሳያል። ውጤቶቹም በሰንጠረዥ 1 ውስጥ ተጠቃለዋል። ለማጣቀሻ፣ ምስል 3 እና ሠንጠረዥ 1 ቀደም ሲል የተዋሃዱ ያልተመቻቹ EWNS8፣ 9፣ 10፣ 11 (መሰረታዊ-EWNS) ባህሪያትን ያካትታሉ። ባለ ሁለት ጭራ ቲ-ሙከራን የሚጠቀሙ የስታቲስቲክስ ጠቀሜታ ስሌቶች በተጨማሪ ሠንጠረዥ S2 ውስጥ እንደገና ታትመዋል። በተጨማሪም፣ ተጨማሪ መረጃዎች በቆጣሪው ኤሌክትሮድ ናሙና ቀዳዳ ዲያሜትር (D) እና በመሬት ኤሌክትሮድ እና በመርፌው ጫፍ (L) መካከል ባለው ርቀት ላይ ጥናቶችን ያካትታሉ (ተጨማሪ ምስሎች S2 እና S3)።
(a–c) የAFM መጠን ስርጭት። (d – f) የገጽታ ክፍያ ባህሪ። (g) የROS እና ESR ባህሪ።
ከላይ በተጠቀሱት ሁኔታዎች ሁሉ፣ የተለኩት የአዮኒዜሽን ሞገዶች ከ2-6 µA ክልል ውስጥ እንደነበሩ እና ቮልቴጆቹ ከ -3.8 እስከ -6.5 ኪ.ቮ ክልል ውስጥ እንደነበሩ ልብ ማለት አስፈላጊ ነው፣ ይህም ለዚህ ነጠላ-ተርሚናል EWNS ከ 50 ሜጋ ዋት በታች የሆነ የኃይል ፍጆታ አስገኝቷል። ምንም እንኳን EWNS በከፍተኛ ግፊት ስር የተዋሃደ ቢሆንም፣ የኦዞን መጠን በጣም ዝቅተኛ ነበር፣ ከ 60 ppb ፈጽሞ አይበልጥም።
ተጨማሪ ምስል S4 ለ[-6.5 kV፣ 4.0 ሴሜ] እና [-3.8 kV፣ 0.5 ሴሜ] ሁኔታዎች የተመሰሉትን የኤሌክትሪክ መስኮች በቅደም ተከተል ያሳያል። በሁኔታዎች [-6.5 kV፣ 4.0 ሴሜ] እና [-3.8 kV፣ 0.5 ሴሜ] መሠረት ያሉት መስኮች በቅደም ተከተል 2 × 105 V/m እና 4.7 × 105 V/m ናቸው። ይህ የሚጠበቅ ነው፣ ምክንያቱም በሁለተኛው ጉዳይ ላይ የቮልቴጅ እና የርቀት ጥምርታ በጣም ከፍ ያለ ነው።
በምስል 3a,b ላይ የEWNS ዲያሜትር በAFM8 የተለካ ያሳያል። ለ[-6.5 kV፣ 4.0 ሴሜ] እና [-3.8 kV፣ 0.5 ሴሜ] ሁኔታዎች አማካይ የEWNS ዲያሜትሮች በቅደም ተከተል 27 nm እና 19 nm ተሰልተዋል። ለጉዳዮቹ [-6.5 kV፣ 4.0 ሴሜ] እና [-3.8 kV፣ 0.5 ሴሜ] የስርጭት ጂኦሜትሪክ መደበኛ ልዩነቶች በቅደም ተከተል 1.41 እና 1.45 ሲሆኑ ጠባብ የመጠን ስርጭትን ያመለክታሉ። ሁለቱም አማካይ የመጠን እና የጂኦሜትሪክ መደበኛ መዛባት ከመሠረታዊ-EWNS በጣም ቅርብ ናቸው፣ በቅደም ተከተል 25 nm እና 1.41 ናቸው። በምስል 3c ላይ በተመሳሳይ ሁኔታ በተመሳሳይ ዘዴ የሚለካውን የመነሻ EWNS መጠን ስርጭት ያሳያል።
በምስል 3d፣e ላይ የክፍያ ባህሪ ውጤቶችን ያሳያል። መረጃው በአንድ ጊዜ 30 የማጎሪያ (#/cm3) እና የአሁኑ (I) መለኪያዎች አማካይ መለኪያዎች ናቸው። ትንታኔው እንደሚያሳየው በEWNS ላይ ያለው አማካይ ክፍያ በቅደም ተከተል 22 ± 6 e- እና 44 ± 6 e- ነው። ከመሠረታዊ-EWNS (10 ± 2 e-) ጋር ሲነጻጸር፣ የገጽታ ክፍያቸው በእጅጉ ከፍ ያለ ነው፣ ከ[-6.5 kV፣ 4.0 ሴ.ሜ] ሁኔታ በእጥፍ እና ከ[-3 .8 kV፣ 0.5 ሴ.ሜ] አራት እጥፍ ነው። 3f መሰረታዊ EWNS የክፍያ ውሂብን ያሳያል።
ከEWNS የቁጥር ማጎሪያ ካርታዎች (ተጨማሪ ምስሎች S5 እና S6)፣ [-6.5 kV፣ 4.0 ሴሜ] ትዕይንት ከ [-3.8 kV፣ 0.5 ሴሜ] ትዕይንት በእጅጉ የሚበልጥ የቅንጣቶች ብዛት እንዳለው ማየት ይቻላል። እንዲሁም የEWNS የቁጥር ማጎሪያ እስከ 4 ሰዓታት ድረስ ክትትል እንደተደረገበት ልብ ሊባል ይገባል (ተጨማሪ ምስሎች S5 እና S6)፣ የEWNS ትውልድ መረጋጋት በሁለቱም ጉዳዮች ተመሳሳይ የንጥረ ነገር ብዛት ማጎሪያ ደረጃዎችን አሳይቷል።
ምስል 3ግ ለተመቻቸ EWNS በ[-6.5 kV፣ 4.0 ሴ.ሜ] የEPR ስፔክትረም ከቁጥጥር በኋላ (ዳራ) መቀነስ ያሳያል። የROS ስፔክትረም ቀደም ሲል በታተመ ወረቀት ላይ ከEWNS መነሻ ጋርም ይነጻጸራል። ከተሰላው የEWNS ቁጥር ጋር የሚመሳሰል የSpin trap 7.5 × 104 EWNS/s ሲሆን ይህም ቀደም ሲል ከታተመው Baseline-EWNS8 ጋር ተመሳሳይ ነው። የEPR ስፔክትራ ሁለት የROS ዓይነቶች መኖራቸውን በግልጽ አመልክቷል፣ O2- የበላይ ሲሆን OH• ደግሞ በትንሽ መጠን ይገኛል። በተጨማሪም፣ የከፍተኛ ጥንካሬዎች ቀጥተኛ ንጽጽር የተመቻቸ EWNS ከመነሻ EWNS ጋር ሲነጻጸር በጣም ከፍ ያለ የROS ይዘት እንዳለው አሳይቷል።
በምስል 4 ላይ የEWNS በEPES ውስጥ የማስቀመጥ ቅልጥፍናን ያሳያል። መረጃው በሰንጠረዥ I ውስጥ ተጠቃልሎ ከዋናው EWNS መረጃ ጋር ተነጻጽሯል። ለሁለቱም የEUNS ጉዳዮች፣ የማስቀመጥ 3.0 kV ዝቅተኛ ቮልቴጅ ቢኖርም እንኳ ወደ 100% ተጠግቷል። በተለምዶ፣ የገጽታ ክፍያ ለውጥ ምንም ይሁን ምን 3.0 kV 100% የማስቀመጥ ቅልጥፍናን ለማሳካት በቂ ነው። በተመሳሳይ ሁኔታዎች፣ የቤዝላይን-EWNS የማስቀመጥ ቅልጥፍና ዝቅተኛ ክፍያ ምክንያት 56% ብቻ ነበር (በEWNS አማካይ 10 ኤሌክትሮኖች)።
ምስል 5 እና ሠንጠረዥ 2 በቲማቲም ወለል ላይ የተከተቡ ረቂቅ ተሕዋስያን እንቅስቃሴን የማቆም ደረጃን በ40,000 #/cm3 EWNS ለ45 ደቂቃዎች በተመቻቸ ሁኔታ [-6.5 kV፣ 4.0 ሴ.ሜ] ውስጥ ከ45 ደቂቃዎች በኋላ ያጋጠማቸውን ችግር ያጠቃልላሉ። የተከተቡት ኢ. ኮላይ እና ኤል. ኢኖኩዋ ለ45 ደቂቃዎች ከተጋለጡ በኋላ የ3.8 ሎግ ጉልህ የሆነ ቅናሽ አሳይተዋል። በተመሳሳይ ሁኔታ፣ ኤስ. ኢንቴሪካ የ2.2 ሎግ ዝቅተኛ የሎግ ቅናሽ አሳይቷል፣ ኤስ. ሴሬቪሲያ እና ኤም. ፓራፎርቱቱም ደግሞ የ1.0 ሎግ ቅናሽ አሳይተዋል።
የኤሌክትሮን ማይክሮግራፍ (ምስል 6) በኢ. ኮላይ፣ ሳልሞኔላ ኢንቴሪካ እና ኤል. ኢኖኩዋ ሴሎች ውስጥ በ EWNS ምክንያት የሚከሰቱ አካላዊ ለውጦችን የሚያሳይ ሲሆን ይህም ወደ እንቅስቃሴ መቆም ያመራል። የቁጥጥር ባክቴሪያዎች ያልተበላሹ የሴል ሽፋኖችን አሳይተዋል፣ የተጋለጡ ባክቴሪያዎች ደግሞ ውጫዊ ሽፋኖችን አበላሽተዋል።
የቁጥጥር እና የተጋለጡ ባክቴሪያዎች የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ምስል የሽፋን ጉዳትን አሳይቷል።
በተመቻቸ EWNS ፊዚኮኬሚካላዊ ባህሪያት ላይ ያለው መረጃ በጋራ እንደሚያሳየው የEWNS ባህሪያት (የገጽታ ክፍያ እና የROS ይዘት) ቀደም ሲል ከታተመው የEWNS መነሻ መረጃ8,9,10,11 ጋር ሲነጻጸር በእጅጉ ተሻሽለዋል። በሌላ በኩል መጠናቸው በናኖሜትር ክልል ውስጥ ቆይቷል፣ ይህም ቀደም ሲል ከታተሙ ውጤቶች ጋር በጣም ተመሳሳይ ነው፣ ይህም ለረጅም ጊዜ በአየር ላይ እንዲቆዩ ያስችላቸዋል። የታየው ፖሊዲስፐርሲቲ በገጽታ ክፍያ ላይ በሚደረጉ ለውጦች ሊብራራ ይችላል፣ ይህም የሬይሊ ውጤት መጠን፣ የዘፈቀደነት እና የEWNS እምቅ ውህደትን ይወስናል። ሆኖም፣ በኒልሰን እና ሌሎች 22 እንደተብራራው፣ ከፍተኛ የገጽታ ክፍያ የውሃ ጠብታውን የገጽታ ኃይል/ውጥረት ውጤታማ በሆነ መንገድ በመጨመር ትነት ይቀንሳል። ይህ ንድፈ ሐሳብ በቀድሞው ህትመታችን 8 ላይ ለማይክሮ ጠብታዎች22 እና EWNS በሙከራ ተረጋግጧል። የትርፍ ሰዓት መጥፋት መጠንን ሊነካ እና ለተስተዋለው የመጠን ስርጭት አስተዋጽኦ ሊያደርግ ይችላል።
በተጨማሪም፣ በአንድ መዋቅር ያለው ክፍያ ከ22-44 e- አካባቢ ሲሆን፣ እንደ ሁኔታው ​​ይለያያል፣ ይህም ከመሠረታዊ EWNS ጋር ሲነጻጸር በእጅጉ ከፍ ያለ ነው፣ ይህም በአንድ መዋቅር አማካይ 10 ± 2 ኤሌክትሮኖች አሉት። ሆኖም፣ ይህ የ EWNS አማካይ ክፍያ መሆኑን ልብ ሊባል ይገባል። ሴቶ እና ሌሎችም። ክፍያው ወጥ ያልሆነ እና የሎግ-መደበኛ ስርጭትን የሚከተል መሆኑን ታይቷል21። ከቀደመው ስራችን ጋር ሲነጻጸር፣ የገጽታ ክፍያውን በእጥፍ ማሳደግ በEPES ስርዓት ውስጥ ያለውን የማስቀመጫ ቅልጥፍና ወደ 100% 11 ያህል ይጨምራል።