Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. Məhdud CSS dəstəyi olan brauzer versiyasından istifadə edirsiniz. Ən yaxşı təcrübə üçün yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyinizi (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq Rejimini deaktiv etməyinizi) tövsiyə edirik. Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı stillər və JavaScript olmadan göstəririk.
Bu yaxınlarda süni su nanostrukturlarından (EWNS) istifadə edərək nanotexnologiyaya əsaslanan kimyəvi maddələrsiz antimikrob platforma hazırlanmışdır. EWNS-lər yüksək səth yükünə malikdir və qida yolu ilə ötürülən patogenlər də daxil olmaqla bir sıra mikroorqanizmlərlə qarşılıqlı təsir göstərə və onları deaktiv edə bilən reaktiv oksigen növləri (ROS) ilə zəngindir. Burada göstərildiyi kimi, sintez zamanı onların xüsusiyyətləri antibakterial potensialını daha da artırmaq üçün dəqiq tənzimlənə və optimallaşdırıla bilər. EWNS laboratoriya platforması sintez parametrlərini dəyişdirərək EWNS-in xüsusiyyətlərini dəqiq tənzimləmək üçün hazırlanmışdır. EWNS xüsusiyyətlərinin (yük, ölçü və ROS tərkibi) xarakteristikası müasir analitik metodlardan istifadə etməklə aparılmışdır. Bundan əlavə, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortium və Saccharomyces cerevisiae kimi qida mikroorqanizmləri üzvi üzüm pomidorlarının səthinə onların mikrob inaktivasiya potensialını qiymətləndirmək üçün inokulyasiya edilmişdir. Burada təqdim olunan nəticələr göstərir ki, EWNS-in xüsusiyyətləri sintez zamanı dəqiq tənzimlənə bilər və bu da inaktivasiya səmərəliliyində eksponensial artıma səbəb olur. Xüsusilə, səth yükü dörd dəfə artdı və ROS tərkibi artdı. Mikrobların təmizlənmə sürəti mikroblardan asılı idi və 40.000 #/sm3 EWNS aerozol dozasına 45 dəqiqə məruz qaldıqdan sonra 1,0 ilə 3,8 loq arasında dəyişdi.
Mikrob çirklənməsi patogenlərin və ya onların toksinlərinin qəbulundan qaynaqlanan qida mənşəli xəstəliklərin əsas səbəbidir. Qida mənşəli xəstəliklər təkcə ABŞ-da hər il təxminən 76 milyon xəstəliyə, 325.000 xəstəxanaya yerləşdirilməyə və 5000 ölümə səbəb olur1. Bundan əlavə, ABŞ Kənd Təsərrüfatı Nazirliyi (USDA) təxmin edir ki, təzə məhsulların istehlakının artması ABŞ-da bildirilən bütün qida mənşəli xəstəliklərin 48 faizinə səbəb olur2. ABŞ-da qida mənşəli patogenlərdən qaynaqlanan xəstəlik və ölümün dəyəri çox yüksəkdir və Xəstəliklərə Nəzarət və Profilaktika Mərkəzləri (CDC) tərəfindən ildə 15,6 milyard ABŞ dollarından çox qiymətləndirilir3.
Hazırda qida təhlükəsizliyini təmin etmək üçün kimyəvi4, radiasiya5 və termal6 antimikrob müdaxilələri əsasən istehsal zəncirindəki məhdud kritik nəzarət nöqtələrində (KNN) (adətən məhsul yığımından sonra və/və ya qablaşdırma zamanı) tətbiq olunur ki, təzə məhsullar çarpaz çirklənməyə məruz qalsın7. Qida yolu ilə keçən xəstəlikləri və qida korlanmasının qarşısını almaq üçün antimikrob müdaxilələrinə ehtiyac var və fermadan süfrəyə davamlılıqda tətbiq olunma potensialına malikdir. Daha az təsir və xərc.
Süni su nanostrukturlarından (EWNS) istifadə edərək səthlərdə və havada bakteriyaları deaktivləşdirmək üçün nanotexnologiya əsaslı kimyəvi maddələrdən azad antimikrob platforma bu yaxınlarda hazırlanmışdır. EVNS-in sintezi üçün iki paralel proses istifadə edilmişdir: elektrosprey və su ionlaşması (Şəkil 1a). EWNS-in əvvəllər unikal fiziki və bioloji xüsusiyyətlərə malik olduğu göstərilmişdir8,9,10. EWNS-in hər strukturda orta hesabla 10 elektronu və orta nanometr ölçüsü 25 nm-dir (Şəkil 1b,c)8,9,10. Bundan əlavə, elektron spin rezonansı (ESR) göstərdi ki, EWNS-də əsasən hidroksil (OH•) və superoksid (O2-) radikallarından ibarət çoxlu miqdarda reaktiv oksigen növləri (ROS) var (Şəkil 1c)8. EWNS uzun müddət havada qaldı və havada asılı vəziyyətdə olan və səthlərdə mövcud olan mikroblarla toqquşaraq ROS yükünü təmin edə və mikrobların inaktivləşməsinə səbəb ola bilər (Şəkil 1d). Bu əvvəlki tədqiqatlar həmçinin göstərmişdir ki, EWNS səthlərdə və havada mikobakteriyalar da daxil olmaqla, ictimai səhiyyə baxımından əhəmiyyətli müxtəlif qram-mənfi və qram-müsbət bakteriyalarla qarşılıqlı təsir göstərə və onları deaktiv edə bilər8,9. Transmissiya elektron mikroskopiyası göstərmişdir ki, deaktivasiya hüceyrə membranının pozulmasından qaynaqlanır. Bundan əlavə, kəskin inhalyasiya tədqiqatları göstərmişdir ki, EWNS-in yüksək dozaları ağciyər zədələnməsinə və ya iltihaba səbəb olmur8.
(a) Elektrosprey maye ehtiva edən kapilyar və əks elektrod arasında yüksək gərginlik tətbiq edildikdə baş verir. (b) Yüksək gərginliyin tətbiqi iki fərqli hadisəyə səbəb olur: (i) suyun elektrospreyi və (ii) EWNS-də tutulan reaktiv oksigen növlərinin (ionlarının) əmələ gəlməsi. (c) EWNS-in unikal quruluşu. (d) EWNS nanosprey təbiətinə görə yüksək dərəcədə hərəkətlidir və hava yolu ilə yayılan patogenlərlə qarşılıqlı təsir göstərə bilər.
EWNS antimikrob platformasının təzə qida səthindəki qida yolu ilə keçən mikroorqanizmləri deaktiv etmək qabiliyyəti də bu yaxınlarda nümayiş etdirilib. Həmçinin göstərilib ki, EWNS səth yükü hədəf çatdırılma üçün elektrik sahəsi ilə birlikdə istifadə edilə bilər. Daha da əhəmiyyətlisi, təxminən 50.000#/cm311 konsentrasiyasında EWNS-ə məruz qaldıqdan sonra 90 dəqiqə ərzində E. coli və Listeria kimi müxtəlif qida mikroorqanizmlərinə qarşı üzvi pomidor aktivliyində təxminən 1,4 loq azalma kimi ümidverici ilkin nəticə müşahidə edilib. Bundan əlavə, ilkin orqanoleptik qiymətləndirmə testləri nəzarət pomidoru ilə müqayisədə heç bir orqanoleptik təsir göstərməyib. Baxmayaraq ki, bu ilkin inaktivasiya nəticələri çox aşağı 50.000#/cm3 EWNS dozalarında belə qida təhlükəsizliyi vəd edir. Baxın, daha yüksək inaktivasiya potensialının infeksiya və korlanma riskini daha da azaltmaq üçün daha faydalı olacağı aydındır.
Burada tədqiqatımızı sintez parametrlərini dəqiq tənzimləmək və antibakterial potensialını artırmaq üçün EWNS-in fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərini optimallaşdırmaq üçün EWNS generasiya platformasının hazırlanmasına yönəldəcəyik. Xüsusilə, optimallaşdırma onların səth yükünün (hədəflənmiş çatdırılmanı yaxşılaşdırmaq üçün) və ROS tərkibinin (inaktivasiya səmərəliliyini artırmaq üçün) artırılmasına yönəlmişdir. Müasir analitik metodlardan istifadə etməklə və E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae və M. parafortuitum kimi ümumi qida mikroorqanizmlərindən istifadə etməklə optimallaşdırılmış fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərin (ölçüsü, yükü və ROS tərkibi) xarakteristikası.
EVNS yüksək təmizlikli suyun (18 MΩ sm–1) eyni vaxtda elektropüskürtmə və ionlaşması ilə sintez edilmişdir. Elektrik atomizatoru 12 adətən mayeləri və sintetik polimer və keramika hissəciklərini 13 və nəzarət edilən ölçülü lifləri 14 atomlaşdırmaq üçün istifadə olunur.
Əvvəlki nəşrlərin 8, 9, 10, 11-ci səhifələrində ətraflı təsvir edildiyi kimi, tipik bir təcrübədə metal kapilyar və torpaqlanmış əks elektrod arasında yüksək gərginlik tətbiq olunur. Bu proses zamanı iki fərqli hadisə baş verir: 1) elektrosprey və 2) suyun ionlaşması. İki elektrod arasında güclü elektrik sahəsi kondensasiya olunmuş suyun səthində mənfi yüklərin toplanmasına səbəb olur və nəticədə Teylor konuslarının əmələ gəlməsinə səbəb olur. Nəticədə, Reyli nəzəriyyəsinə görə, daha kiçik hissəciklərə parçalanmağa davam edən yüksək yüklü su damcıları əmələ gəlir16. Eyni zamanda, güclü elektrik sahəsi bəzi su molekullarının parçalanmasına və elektronları qoparmasına (ionlaşma) səbəb olur və bununla da çox miqdarda reaktiv oksigen növləri (ROS)17 əmələ gətirir. Eyni zamanda yaradılan ROS18 paketləri EWNS-də kapsullaşdırılıb (Şəkil 1c).
Şəkil 2a-da bu tədqiqatda EWNS sintezində hazırlanmış və istifadə edilən EWNS generasiya sistemi göstərilir. Qapalı şüşədə saxlanılan təmizlənmiş su Teflon boru (daxili diametri 2 mm) vasitəsilə 30G paslanmayan polad iynəyə (metal kapilyar) verilir. Şəkil 2b-də göstərildiyi kimi, su axını şüşənin içindəki hava təzyiqi ilə idarə olunur. İynə əks elektroddan müəyyən bir məsafədə əl ilə tənzimlənə bilən Teflon konsola bərkidilir. Əks elektrod, nümunə götürmək üçün ortasında dəliyi olan cilalanmış alüminium diskdir. Əks elektrodun altında nümunə götürmə portu vasitəsilə eksperimental qurğunun qalan hissəsinə qoşulmuş alüminium nümunə götürmə hunisi yerləşir (Şəkil 2b). Bütün nümunə götürən komponentlər hissəcik nümunə götürmə prosesini pisləşdirə biləcək yük yığılmasının qarşısını almaq üçün elektriklə torpaqlanır.
(a) Mühəndisləşdirilmiş Su Nanostrukturu Yaratma Sistemi (EWNS). (b) Ən vacib parametrləri göstərən nümunə götürən və elektrosprey qurğusunun en kəsiyi. (c) Bakteriyaların inaktivləşdirilməsi üçün eksperimental qurğu.
Yuxarıda təsvir edilən EWNS generasiya sistemi, EWNS xüsusiyyətlərinin dəqiq tənzimlənməsini asanlaşdırmaq üçün əsas iş parametrlərini dəyişdirməyə qadirdir. EWNS xüsusiyyətlərini dəqiq tənzimləmək üçün tətbiq olunan gərginliyi (V), iynə ilə əks elektrod arasındakı məsafəni (L) və kapilyardan keçən su axınını (φ) tənzimləyin. Müxtəlif kombinasiyaları göstərmək üçün [V (kV), L (sm)] simvollarından istifadə olunur. Müəyyən bir dəstin [V, L] sabit Teylor konusunu əldə etmək üçün su axınını tənzimləyin. Bu tədqiqatın məqsədləri üçün əks elektrodun (D) diafraqması 0,5 düym (1,29 sm) olaraq təyin edilmişdir.
Məhdud həndəsə və asimmetriya səbəbindən elektrik sahəsinin gücü ilkin prinsiplərdən hesablana bilməz. Bunun əvəzinə, elektrik sahəsini hesablamaq üçün QuickField™ proqram təminatından (Svendborg, Danimarka)19 istifadə edilmişdir. Elektrik sahəsi vahid deyil, buna görə də kapilyarın ucundakı elektrik sahəsinin dəyəri müxtəlif konfiqurasiyalar üçün istinad dəyəri kimi istifadə edilmişdir.
Tədqiqat zamanı iynə ilə əks elektrod arasındakı gərginlik və məsafənin bir neçə kombinasiyası Teylor konusunun əmələ gəlməsi, Teylor konusunun stabilliyi, EWNS istehsal stabilliyi və təkrarlanma qabiliyyəti baxımından qiymətləndirilmişdir. Müxtəlif kombinasiyalar Əlavə Cədvəl S1-də göstərilmişdir.
EWNS generasiya sisteminin çıxışı hissəcik sayının konsentrasiyasını ölçmək üçün birbaşa Skaner Mobillik Hissəcik Ölçən cihazına (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) qoşulmuş və əvvəlki nəşrimizdə təsvir edildiyi kimi aerozol axınlarını ölçmək üçün Faraday aerozol elektrometri (TSI, model 3068B, Shoreview, ABŞ) ilə birlikdə istifadə edilmişdir9. Həm SMPS, həm də aerozol elektrometri 0,5 L/dəq axın sürəti ilə nümunə götürülmüşdür (ümumi nümunə axını 1 L/dəq). Hissəcik konsentrasiyaları və aerozol axınları 120 saniyə ərzində ölçülmüşdür. Ölçməni 30 dəfə təkrarlayın. Ümumi aerozol yükü cari ölçmələrdən hesablanır və orta EWNS yükü nümunə götürülən EWNS hissəciklərinin ümumi sayından hesablanır. EWNS-in orta dəyəri (1) tənliyindən istifadə etməklə hesablana bilər:
burada IEl ölçülmüş cərəyan, NSMPS SMPS ilə ölçülmüş ədədi konsentrasiya və φEl ​​isə elektrometrə axın sürətidir.
Nisbi rütubət (NR) səth yükünə təsir etdiyindən, təcrübə zamanı temperatur və (NR) müvafiq olaraq 21°C və 45% səviyyəsində sabit saxlanılmışdır.
EWNS-in ölçüsünü və ömrünü ölçmək üçün atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) və AC260T zondu (Olympus, Tokio, Yaponiya) istifadə edilmişdir. AFM skanlama tezliyi 1 Hz, skanlama sahəsi isə 256 skanlama xətti ilə 5 µm×5 µm-dir. Bütün şəkillər Asylum proqram təminatından (100 nm diapazonlu və 100 pm eşikli maska) istifadə edərək birinci dərəcəli təsvir uyğunlaşdırılmasına məruz qalmışdır.
Nümunə götürmə hunisi çıxarın və hissəciklərin birləşməsi və mika səthində nizamsız damcıların əmələ gəlməsinin qarşısını almaq üçün mika səthini əks elektroddan 2,0 sm məsafədə orta hesabla 120 saniyə yerləşdirin. EWNS birbaşa təzə kəsilmiş mika səthlərinə tətbiq edildi (Ted Pella, Redding, CA). Püskürtmədən dərhal sonra mika səthi AFM istifadə edilərək vizuallaşdırıldı. Təzə kəsilmiş dəyişdirilməmiş mika səthinin təmas bucağı 0°-yə yaxındır, buna görə də EWNS mika səthi üzərində günbəz şəklində yayılır20. Yayılan damcıların diametri (a) və hündürlüyü (h) birbaşa AFM topoqrafiyasından ölçüldü və əvvəllər təsdiqlənmiş metodumuzdan istifadə edərək günbəzli diffuziya həcmi EWNS-i hesablamaq üçün istifadə edildi8. Gəmidə olan EVNS-in eyni həcmə malik olduğunu fərz etsək, ekvivalent diametri (2) tənliyindən hesablamaq olar:
Əvvəllər hazırlanmış metodumuza uyğun olaraq, EWNS-də qısamüddətli radikal aralıq maddələrin mövcudluğunu aşkar etmək üçün elektron spin rezonans (ESR) spin tələsindən istifadə edilmişdir. Aerozollar 235 mM DEPMPO (5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirrolin-N-oksid) (Oxis International Inc., Portland, Oregon) tərkibli məhluldan keçirilmişdir. Bütün EPR ölçmələri Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) və düz hüceyrə massivləri istifadə edilərək aparılmışdır. Məlumatların toplanması və təhlili üçün Acquisit proqram təminatı (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) istifadə edilmişdir. ROS xarakteristikası yalnız bir sıra iş şəraiti üçün [-6.5 kV, 4.0 sm] aparılmışdır. EWNS konsentrasiyaları zərbə mexanizmində EWNS itkisi nəzərə alındıqdan sonra SMPS istifadə edilərək ölçülmüşdür.
Ozon səviyyələri 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 istifadə edilərək izlənildi.
Bütün EWNS xüsusiyyətləri üçün ölçmə dəyəri ölçmələrin orta qiyməti, ölçmə xətası isə standart sapmadır. Optimallaşdırılmış EWNS atributunun dəyərini əsas EWNS-in müvafiq dəyəri ilə müqayisə etmək üçün t-testi aparılmışdır.
Şəkil 2c, EWNS11-i səthlərə yönəltmək üçün istifadə edilə bilən əvvəllər hazırlanmış və xarakterizə edilmiş Elektrostatik Çöküntü Keçid Sistemini (EPES) göstərir. EPES, hədəfin səthinə birbaşa "işarə etmək" üçün güclü elektrik sahəsi ilə birlikdə EWNS yükündən istifadə edir. EPES sisteminin təfərrüatları Pyrgiotakis və digərləri tərəfindən son nəşrdə təqdim olunur.11. Beləliklə, EPES, ortasında 15,24 sm aralı iki paralel paslanmayan polad (304 paslanmayan polad, güzgü ilə cilalanmış) metal lövhələr olan konik ucları olan 3D çaplı PVC kameradan ibarətdir. Lövhələr xarici yüksək gərginlikli mənbəyə (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) qoşulmuşdur, alt lövhə həmişə müsbət, üst lövhə isə həmişə torpaqlanmış (üzən) idi. Kamera divarları hissəcik itkisinin qarşısını almaq üçün elektriklə torpaqlanmış alüminium folqa ilə örtülmüşdür. Kamerada sınaq səthlərinin plastik rəflərə yerləşdirilməsinə imkan verən möhürlənmiş ön yükləmə qapısı var, yüksək gərginlikli müdaxilənin qarşısını almaq üçün onları alt metal lövhədən qaldırır.
EPES-də EWNS-in çökmə səmərəliliyi, Əlavə Şəkil S111-də ətraflı şəkildə təsvir edilmiş əvvəllər hazırlanmış protokola əsasən hesablanmışdır.
İdarəetmə kamerası olaraq, silindrik kameradan keçən ikinci axın, EWNS-i təmizləmək üçün ara HEPA filtrindən istifadə edərək EPES sistemi ilə ardıcıl olaraq birləşdirilir. Şəkil 2c-də göstərildiyi kimi, EWNS aerozolu ardıcıl olaraq birləşdirilmiş iki kameradan vurulub. İdarəetmə otağı ilə EPES arasındakı filtr qalan EWNS-i təmizləyir və nəticədə temperatur (T), nisbi rütubət (RH) və ozon səviyyələri eyni olur.
Nəcis indikatoru olan Escherichia coli (ATCC #27325), qida yolu ilə keçən patogen olan Salmonella enterica (ATCC #53647), patogen Listeria monocytogenes-ə alternativ olan Listeria innocua (ATCC #33090), korlanma mayasına alternativ olan Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) və daha davamlı canlı bakteriya olan Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) kimi vacib qida yolu ilə keçən mikroorqanizmlərin təzə məhsulları çirkləndirdiyi aşkar edilmişdir. ATCC-dən (Manassas, Virciniya) alınmışdır.
Yerli bazardan təsadüfi olaraq üzvi üzüm pomidorları qutuları alın və istifadəyə qədər (3 günə qədər) 4°C-də soyuducuda saxlayın. Təcrübə üçün təxminən 1/2 düym diametrində bir ölçülü pomidor seçin.
İnkubasiya, peyvənd, məruz qalma və koloniya sayma protokolları əvvəlki nəşrlərimizdə ətraflı təsvir edilmiş və Əlavə Məlumatlar 11-də ətraflı izah edilmişdir. EWNS performansı, peyvənd edilmiş pomidorları 40.000 #/cm3-ə 45 dəqiqə məruz qoymaqla qiymətləndirilmişdir. Qısacası, t = 0 dəqiqəlik vaxtda, sağ qalan mikroorqanizmləri qiymətləndirmək üçün üç pomidor istifadə edilmişdir. Üç pomidor EPES-ə yerləşdirildi və 40.000 #/cm3-də EWNS-ə məruz qaldı (EWNS məruz qalan pomidorlar) və digər üç pomidor nəzarət kamerasına yerləşdirildi (nəzarət pomidorları). Pomidor qruplarından heç biri əlavə emala məruz qalmadı. EWNS-in təsirini qiymətləndirmək üçün EWNS-ə məruz qalan pomidorlar və nəzarət qrupları 45 dəqiqədən sonra çıxarıldı.
Hər təcrübə üç nüsxədə aparılmışdır. Məlumatların təhlili Əlavə Məlumatlarda təsvir edilən protokola uyğun olaraq aparılmışdır.
E. coli, Enterobacter və L. innocua bakteriya nümunələri EWNS-ə məruz qalmış (45 dəq, EWNS aerozol konsentrasiyası 40.000 #/sm3) və məruz qalmamış halda inaktivasiya mexanizmlərini qiymətləndirmək üçün dənəvərləşdirilmişdir. Çöküntü otaq temperaturunda 0,1 M natrium kakodilat məhlulunda (pH 7,4) 2 saat ərzində 2,5% qlutaraldehid, 1,25% paraformaldehid və 0,03% pikrik turşusu fiksatoru ilə fiksasiya edilmişdir. Yuyunduqdan sonra onlar 2 saat ərzində 1% osmium tetroksid (OsO4)/1,5% kalium ferrosianid (KFeCN6) ilə fiksasiya edilmiş, 3 dəfə su ilə yuyulmuş və 1% uranil asetatda 1 saat inkubasiya edilmiş, sonra iki dəfə su ilə yuyulmuşdur. Sonradan hər biri 10 dəqiqə ərzində 50%, 70%, 90%, 100% spirtlə susuzlaşdırılmışdır. Nümunələr daha sonra 1 saat propilen oksidinə yerləşdirildi və 1:1 nisbətində propilen oksidi və TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) qarışığı ilə hopduruldu. Nümunələr TAAB Epon-a yerləşdirildi və 60°C-də 48 saat polimerləşdirildi. Bərkimiş dənəvər qətran kəsildi və AMT 2k CCD kamerası (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, ABŞ) ilə təchiz olunmuş ənənəvi ötürücü elektron mikroskopu olan JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Yaponiya) istifadə edərək TEM vasitəsilə vizuallaşdırıldı.
Bütün təcrübələr üçqat nüsxədə aparılmışdır. Hər zaman nöqtəsi üçün bakterial yuma üçqat nüsxədə aparılmışdır və nəticədə hər nöqtədə ümumilikdə doqquz məlumat nöqtəsi əldə edilmişdir ki, bunların da ortalaması həmin orqanizm üçün bakteriya konsentrasiyası kimi istifadə edilmişdir. Standart sapma ölçmə xətası kimi istifadə edilmişdir. Bütün xallar sayılır.
Bakteriyaların konsentrasiyasının t = 0 dəq ilə müqayisədə azalmasının loqarifmi aşağıdakı düsturla hesablanmışdır:
burada C0, 0 vaxtında (yəni səth quruduqdan sonra, lakin kameraya yerləşdirilməzdən əvvəl) nəzarət nümunəsindəki bakteriyaların konsentrasiyasıdır və Cn, n dəqiqəlik məruz qalmadan sonra səthdəki bakteriyaların konsentrasiyasıdır.
45 dəqiqəlik məruz qalma dövründə bakteriyaların təbii parçalanmasını nəzərə almaq üçün Log-Reduksiya da 45 dəqiqəlik nəzarət qrupu ilə müqayisədə aşağıdakı kimi hesablanmışdır:
Burada Cn, n vaxtında nəzarət nümunəsindəki bakteriyaların konsentrasiyası, Cn-Nəzarət isə n vaxtında nəzarət nümunəsindəki bakteriyaların konsentrasiyasıdır. Məlumatlar nəzarət nümunəsi ilə müqayisədə logarifmik azalma kimi təqdim olunur (EWNS təsiri yoxdur).
Tədqiqat zamanı iynə ilə əks elektrod arasındakı gərginlik və məsafənin bir neçə kombinasiyası Teylor konusunun əmələ gəlməsi, Teylor konusunun stabilliyi, EWNS istehsal stabilliyi və təkrarlana bilmə baxımından qiymətləndirilmişdir. Müxtəlif kombinasiyalar Əlavə Cədvəl S1-də göstərilmişdir. Sabit və təkrarlana bilən xüsusiyyətləri (Teylor konusu, EWNS istehsalı və zamanla stabillik) göstərən tam bir tədqiqat üçün iki hal seçilmişdir. Şəkil 3-də iki hal üçün ROS-un yükü, ölçüsü və tərkibi üzrə nəticələr göstərilir. Nəticələr həmçinin Cədvəl 1-də ümumiləşdirilmişdir. İstinad üçün Şəkil 3 və Cədvəl 1 əvvəllər sintez edilmiş optimallaşdırılmamış EWNS8, 9, 10, 11-in (əsas xətt-EWNS) xüsusiyyətlərini əhatə edir. İki quyruqlu t-testdən istifadə edərək statistik əhəmiyyət hesablamaları Əlavə Cədvəl S2-də yenidən dərc edilmişdir. Bundan əlavə, əlavə məlumatlara əks elektrod nümunə götürmə dəliyinin diametrinin (D) və torpaq elektrodu ilə iynənin ucu arasındakı məsafənin (L) təsiri ilə bağlı tədqiqatlar daxildir (Əlavə Şəkillər S2 və S3).
(a–c) AFM ölçü paylanması. (d – f) Səth yükünün xarakteristikası. (g) ROS və ESR-in xarakteristikası.
Həmçinin qeyd etmək vacibdir ki, yuxarıda göstərilən bütün şərtlər üçün ölçülmüş ionlaşma cərəyanları 2-6 µA diapazonunda, gərginliklər isə -3,8 ilə -6,5 kV arasında idi və bu da bu tək terminallı EWNS generasiya modulu üçün 50 mVt-dan az enerji istehlakına səbəb oldu. EWNS yüksək təzyiq altında sintez olunsa da, ozon səviyyələri çox aşağı idi və heç vaxt 60 ppb-dən çox olmamışdı.
Əlavə Şəkil S4 müvafiq olaraq [-6.5 kV, 4.0 sm] və [-3.8 kV, 0.5 sm] ssenariləri üçün simulyasiya edilmiş elektrik sahələrini göstərir. [-6.5 kV, 4.0 sm] və [-3.8 kV, 0.5 sm] ssenarilərinə uyğun sahələr müvafiq olaraq 2 × 105 V/m və 4.7 × 105 V/m olaraq hesablanır. Bu, gözləniləndir, çünki ikinci halda gərginliyin məsafəyə nisbəti daha yüksəkdir.
Şəkil 3a,b-də AFM8 ilə ölçülən EWNS diametri göstərilir. [-6.5 kV, 4.0 sm] və [-3.8 kV, 0.5 sm] ssenariləri üçün orta EWNS diametrləri müvafiq olaraq 27 nm və 19 nm olaraq hesablanmışdır. [-6.5 kV, 4.0 sm] və [-3.8 kV, 0.5 sm] halları üçün paylanmaların həndəsi standart sapmaları müvafiq olaraq 1.41 və 1.45-dir ki, bu da dar ölçülü paylanmanı göstərir. Həm orta ölçü, həm də həndəsi standart sapma müvafiq olaraq 25 nm və 1.41 olmaqla, baza EWNS-ə çox yaxındır. Şəkil 3c-də eyni şərtlər altında eyni metodla ölçülən baza EWNS-in ölçü paylanması göstərilir.
Şəkil 3d,e-də yük xarakteristikasının nəticələri göstərilir. Məlumatlar konsentrasiyanın (#/sm3) və cərəyanın (I) eyni vaxtda 30 ölçməsinin orta ölçmələridir. Təhlil göstərir ki, EWNS-də orta yük müvafiq olaraq [-6.5 kV, 4.0 sm] və [-3.8 kV, 0.5 sm] üçün 22 ± 6 e- və 44 ± 6 e- təşkil edir. Baza-EWNS (10 ± 2 e-) ilə müqayisədə onların səth yükü əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir, [-6.5 kV, 4.0 sm] ssenarisindən iki dəfə və [-3.8 kV, 0.5 sm] ssenarisindən dörd dəfə çoxdur. 3f əsas EWNS ödəniş məlumatlarını göstərir.
EWNS ədəd konsentrasiyası xəritələrindən (Əlavə Şəkillər S5 və S6) görünür ki, [-6.5 kV, 4.0 sm] səhnəsində [-3.8 kV, 0.5 sm] səhnəsindən xeyli çox hissəcik sayı var. Həmçinin qeyd etmək lazımdır ki, EWNS ədəd konsentrasiyaları 4 saata qədər izlənilib (Əlavə Şəkillər S5 və S6), burada EWNS generasiya stabilliyi hər iki halda eyni səviyyədə hissəcik sayı konsentrasiyaları göstərib.
Şəkil 3g, [-6.5 kV, 4.0 sm]-də optimallaşdırılmış EWNS üçün nəzarət (fon) çıxılmasından sonra EPR spektrini göstərir. ROS spektri həmçinin əvvəllər dərc olunmuş məqalədə EWNS baza xətti ilə müqayisə edilir. Spin tələsi ilə reaksiya verən EWNS-lərin hesablanmış sayı 7.5 × 104 EWNS/s-dir ki, bu da əvvəllər dərc olunmuş Baseline-EWNS8-ə bənzəyir. EPR spektrləri iki növ ROS-un mövcudluğunu açıq şəkildə göstərirdi ki, burada O2- üstünlük təşkil edirdi, OH• isə daha az miqdarda mövcud idi. Bundan əlavə, pik intensivliklərinin birbaşa müqayisəsi göstərdi ki, optimallaşdırılmış EWNS-lərin baza EWNS-lərlə müqayisədə ROS tərkibi xeyli yüksək idi.
Şəkil 4-də EPES-də EWNS-in çökmə səmərəliliyi göstərilir. Məlumatlar həmçinin Cədvəl I-də ümumiləşdirilir və orijinal EWNS məlumatları ilə müqayisə edilir. Hər iki EUNS halında, çökmə hətta 3.0 kV aşağı gərginlikdə belə 100%-ə yaxın idi. Tipik olaraq, səth yükünün dəyişməsindən asılı olmayaraq 100% çökməyə nail olmaq üçün 3.0 kV kifayətdir. Eyni şərtlər altında, aşağı yük səbəbindən (hər EWNS-də orta hesabla 10 elektron) Baza-EWNS-in çökmə səmərəliliyi yalnız 56% idi.
Şəkil 5 və Cədvəl 2, optimal ssenaridə [-6.5 kV, 4.0 sm] 45 dəqiqə ərzində təxminən 40.000 #/sm3 EWNS-ə məruz qaldıqdan sonra pomidorların səthinə vurulan mikroorqanizmlərin inaktivasiya dərəcəsini ümumiləşdirir. Vurulan E. coli və L. innocua, 45 dəqiqəlik məruz qalmadan sonra 3.8 log azalma göstərdi. Eyni şərtlər altında, S. enterica daha aşağı log azalma göstərdi - 2.2 log, S. cerevisiae və M. parafortuitum isə 1.0 log azalma göstərdi.
E. coli, Salmonella enterica və L. innocua hüceyrələrində EWNS tərəfindən induksiya edilən fiziki dəyişiklikləri təsvir edən elektron mikroqraflar (Şəkil 6). Nəzarət bakteriyaları hüceyrə membranlarının bütöv olduğunu, məruz qalan bakteriyaların isə xarici membranların zədələndiyini göstərdi.
Nəzarət və məruz qalan bakteriyaların elektron mikroskopik görüntüləməsi membran zədələnməsini aşkar etdi.
Optimallaşdırılmış EWNS-in fiziki-kimyəvi xüsusiyyətləri haqqında məlumatlar ümumilikdə göstərir ki, EWNS xüsusiyyətləri (səth yükü və ROS tərkibi) əvvəllər dərc edilmiş EWNS baza məlumatları ilə müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşıb8,9,10,11. Digər tərəfdən, onların ölçüsü nanometr diapazonunda qalıb ki, bu da əvvəllər dərc edilmiş nəticələrə çox oxşardır və bu da onların uzun müddət havada qalmasına imkan verir. Müşahidə olunan polidisperslik səth yükündəki dəyişikliklərlə izah edilə bilər ki, bu da Reyli effektinin böyüklüyünü, təsadüfiliyini və EWNS-in potensial birləşməsini müəyyən edir. Lakin, Nielsen və digərləri tərəfindən ətraflı şəkildə izah edildiyi kimi22, yüksək səth yükü su damlasının səth enerjisini/gərginliyini effektiv şəkildə artıraraq buxarlanmanı azaldır. Bu nəzəriyyə əvvəlki nəşrimizdə8 mikrodamcılar22 və EWNS üçün eksperimental olaraq təsdiqlənib. Əlavə iş vaxtının itkisi də ölçüyə təsir edə və müşahidə olunan ölçü paylanmasına töhfə verə bilər.
Bundan əlavə, hər struktur üzrə yük şəraitdən asılı olaraq təxminən 22–44 e- təşkil edir ki, bu da hər struktur üzrə orta yükü 10 ± 2 elektron olan əsas EWNS-lə müqayisədə xeyli yüksəkdir. Lakin qeyd etmək lazımdır ki, bu, EWNS-in orta yüküdür. Seto və digərləri. Göstərilib ki, yük vahid deyil və loqarifmik normal paylanmaya uyğundur21. Əvvəlki işimizlə müqayisədə səth yükünün ikiqat artırılması EPES sistemində çökmə səmərəliliyini demək olar ki, 100%-ə qədər ikiqat artırır11.