Diolch am ymweld â Nature.com.Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn gwneud y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Carwsél yn dangos tair sleid ar yr un pryd.Defnyddiwch y botymau Blaenorol a Nesaf i symud trwy dri sleid ar y tro, neu defnyddiwch y botymau llithrydd ar y diwedd i symud trwy dri sleid ar y tro.
Yn ddiweddar, datblygwyd llwyfan gwrthficrobaidd di-cemeg yn seiliedig ar nanotechnoleg gan ddefnyddio nanostrwythurau dŵr artiffisial (EWNS).Mae gan EWNS wefr arwyneb uchel ac maent yn dirlawn â rhywogaethau ocsigen adweithiol (ROS) a all ryngweithio â nifer o ficro-organebau ac anactifadu, gan gynnwys pathogenau a gludir gan fwyd.Yma dangosir y gellir mireinio eu priodweddau yn ystod synthesis a'u hoptimeiddio i wella eu potensial gwrthfacterol ymhellach.Dyluniwyd llwyfan labordy EWNS i fireinio priodweddau EWNS trwy newid y paramedrau synthesis.Nodweddu eiddo EWNS (tâl, maint a chynnwys ROS) gan ddefnyddio dulliau dadansoddi modern.Yn ogystal, cawsant eu gwerthuso am eu potensial i anactifadu microbaidd yn erbyn micro-organebau a gludir gan fwyd fel Escherichia coli, Salmonela enterica, Listeria diniwed, Mycobacterium paraaccidentum a Saccharomyces cerevisiae.Mae'r canlyniadau a gyflwynir yma yn dangos y gellir mireinio priodweddau EWNS yn ystod synthesis, gan arwain at gynnydd esbonyddol mewn effeithlonrwydd anactifadu.Yn benodol, cynyddodd y tâl arwyneb gan ffactor o bedwar a chynyddodd y rhywogaethau ocsigen adweithiol.Roedd y gyfradd tynnu microbaidd yn ddibynnol ar ficrobau ac yn amrywio o 1.0 i 3.8 log ar ôl dod i gysylltiad â dos aerosol o 40,000 #/cc EWNS am 45 munud.
Halogiad microbaidd yw prif achos salwch a gludir gan fwyd a achosir gan lyncu pathogenau neu eu tocsinau.Yn yr Unol Daleithiau yn unig, mae salwch a gludir gan fwyd yn achosi tua 76 miliwn o salwch, 325,000 o dderbyniadau i'r ysbyty, a 5,000 o farwolaethau bob blwyddyn1.Yn ogystal, mae Adran Amaethyddiaeth yr Unol Daleithiau (USDA) yn amcangyfrif bod bwyta mwy o gynnyrch ffres yn gyfrifol am 48% o'r holl salwch a gludir gan fwyd a adroddir yn yr Unol Daleithiau2.Mae cost clefydau a marwolaethau a achosir gan bathogenau a gludir gan fwyd yn yr Unol Daleithiau yn uchel iawn, a amcangyfrifir gan y Canolfannau ar gyfer Rheoli ac Atal Clefydau (CDC) yn fwy na US$15.6 biliwn y flwyddyn3.
Ar hyn o bryd, mae ymyriadau gwrthficrobaidd cemegol4, ymbelydredd5 a thermol6 i sicrhau diogelwch bwyd yn cael eu cynnal yn bennaf mewn mannau rheoli critigol cyfyngedig (CCPs) ar hyd y gadwyn gynhyrchu (fel arfer ar ôl cynaeafu a/neu yn ystod pecynnu) yn hytrach nag yn barhaus.felly, maent yn dueddol o groeshalogi.7. Er mwyn rheoli salwch a gludir gan fwyd a difa bwyd yn well, mae angen ymyriadau gwrthficrobaidd y gellir eu cymhwyso ar draws y continwwm fferm-i-bwrdd tra'n lleihau effaith a chostau amgylcheddol.
Yn ddiweddar, datblygwyd llwyfan gwrthficrobaidd heb gemegau, yn seiliedig ar nanotechnoleg, a all anactifadu bacteria arwyneb ac yn yr awyr gan ddefnyddio nanostrwythurau dŵr artiffisial (EWNS).Cafodd EWNS ei syntheseiddio gan ddefnyddio dwy broses gyfochrog, chwistrelliad electro ac ïoneiddiad dŵr (Ffig. 1a).Mae astudiaethau blaenorol wedi dangos bod gan EWNS set unigryw o briodweddau ffisegol a biolegol8,9,10.Mae gan EWNS gyfartaledd o 10 electron fesul adeiledd a maint nanoraddfa gyfartalog o 25 nm (Ffig. 1b,c)8,9,10.Yn ogystal, dangosodd cyseiniant sbin electronau (ESR) fod EWNS yn cynnwys llawer iawn o rywogaethau ocsigen adweithiol (ROS), yn bennaf radicalau hydrocsyl (OH•) a superoxide (O2-) (Ffig. 1c)8.Mae EVNS yn yr awyr am amser hir a gall wrthdaro â micro-organebau sydd wedi'u hongian yn yr awyr ac yn bresennol ar yr wyneb, gan gyflawni eu llwyth tâl ROS ac achosi anactifadu micro-organebau (Ffig. 1d).Dangosodd yr astudiaethau cynnar hyn hefyd y gall EWNS ryngweithio ac anactifadu amrywiol facteria gram-negyddol a gram-bositif, gan gynnwys mycobacteria, ar arwynebau ac yn yr awyr.Dangosodd microsgopeg electron trawsyrru fod y anactifadu wedi'i achosi gan amhariad ar y gellbilen.Yn ogystal, mae astudiaethau mewnanadlu acíwt wedi dangos nad yw dosau uchel o EWNS yn achosi niwed i'r ysgyfaint na llid 8 .
(a) Mae electrochwistrellu yn digwydd pan fydd foltedd uchel yn cael ei gymhwyso rhwng tiwb capilari sy'n cynnwys hylif ac electrod cownter.(b) Mae cymhwyso gwasgedd uchel yn arwain at ddau ffenomena gwahanol: (i) chwistrellu dŵr yn electro a (ii) ffurfio rhywogaethau (ïonau) ocsigen adweithiol sydd wedi'u dal yn yr EWNS.(c) Strwythur unigryw EWNS.(d) Oherwydd eu natur nanoraddfa, mae EWNS yn symudol iawn a gallant ryngweithio â phathogenau yn yr awyr.
Mae gallu platfform gwrthficrobaidd EWNS i anactifadu micro-organebau a gludir gan fwyd ar wyneb bwyd ffres hefyd wedi'i ddangos yn ddiweddar.Dangoswyd hefyd y gellir defnyddio gwefr arwyneb EWNS ar y cyd â maes trydan i gyflawni dosbarthiad wedi'i dargedu.Ar ben hynny, roedd canlyniadau rhagarweiniol ar gyfer tomatos organig ar ôl datguddiad 90 munud mewn EWNS o tua 50,000 #/cm3 yn galonogol, gyda micro-organebau amrywiol a gludir gan fwyd megis E. coli a Listeria 11 wedi'u harsylwi.Yn ogystal, ni ddangosodd profion organoleptig rhagarweiniol unrhyw effeithiau synhwyraidd o gymharu â rheolaeth tomatos.Er bod y canlyniadau anactifadu cychwynnol hyn yn galonogol ar gyfer cymwysiadau diogelwch bwyd hyd yn oed ar ddosau EWNS isel iawn o 50,000 #/cc.gweler, mae'n amlwg y byddai potensial anactifadu uwch yn fwy buddiol i leihau ymhellach y risg o haint a difetha.
Yma, byddwn yn canolbwyntio ein hymchwil ar ddatblygu llwyfan cynhyrchu EWNS i alluogi mireinio paramedrau synthesis ac optimeiddio priodweddau ffisiocemegol EWNS i wella eu potensial gwrthfacterol.Yn benodol, mae optimeiddio wedi canolbwyntio ar gynyddu eu tâl arwyneb (i wella darpariaeth wedi'i dargedu) a chynnwys ROS (i wella effeithlonrwydd anactifadu).Nodweddu priodweddau ffisegol-cemegol optimaidd (maint, gwefr a chynnwys ROS) gan ddefnyddio dulliau dadansoddol modern a defnyddio micro-organebau bwyd cyffredin fel E. .
Cafodd EVNS ei syntheseiddio trwy electrochwistrellu ar yr un pryd ac ïoneiddiad dŵr purdeb uchel (18 MΩ cm-1).Defnyddir y nebulizer trydan 12 yn nodweddiadol ar gyfer atomization hylifau a synthesis gronynnau polymer a seramig 13 a ffibrau 14 o faint rheoledig.
Fel y nodwyd mewn cyhoeddiadau blaenorol 8, 9, 10, 11, mewn arbrawf nodweddiadol, cymhwyswyd foltedd uchel rhwng capilari metel ac electrod cownter daear.Yn ystod y broses hon, mae dwy ffenomen wahanol yn digwydd: i) chwistrelliad electro a ii) ïoneiddiad dŵr.Mae maes trydan cryf rhwng y ddau electrod yn achosi gwefrau negyddol i gronni ar wyneb y dŵr cyddwys, gan arwain at ffurfio conau Taylor.O ganlyniad, mae diferion dŵr â gwefr uchel yn cael eu ffurfio, sy’n parhau i dorri’n ronynnau llai, fel yn y ddamcaniaeth Rayleigh16.Ar yr un pryd, mae meysydd trydan cryf yn achosi i rai moleciwlau dŵr hollti a thynnu electronau (ionize), sy'n arwain at ffurfio llawer iawn o rywogaethau ocsigen adweithiol (ROS)17.Cafodd ROS18 a gynhyrchwyd ar yr un pryd ei grynhoi yn EWNS (Ffig. 1c).
Ar ffig.Mae 2a yn dangos y system gynhyrchu EWNS a ddatblygwyd ac a ddefnyddiwyd yn y synthesis EWNS yn yr astudiaeth hon.Roedd dŵr wedi'i buro a storiwyd mewn potel gaeedig yn cael ei fwydo trwy diwb Teflon (diamedr mewnol 2 mm) i nodwydd dur gwrthstaen 30G (capilari metel).Mae llif y dŵr yn cael ei reoli gan y pwysedd aer y tu mewn i'r botel, fel y dangosir yn Ffigur 2b.Mae'r nodwydd wedi'i gosod ar gonsol Teflon a gellir ei haddasu â llaw i bellter penodol o'r electrod cownter.Mae'r electrod cownter yn ddisg alwminiwm caboledig gyda thwll yn y canol ar gyfer samplu.O dan yr electrod cownter mae twndis samplu alwminiwm, sydd wedi'i gysylltu â gweddill y gosodiad arbrofol trwy borth samplu (Ffig. 2b).Er mwyn osgoi cronni gwefr a allai amharu ar weithrediad samplwr, mae holl gydrannau'r samplwr wedi'u seilio'n drydanol.
(a) System Cynhyrchu Nanostrwythuron Dŵr Peirianyddol (EWNS).(b) Trawstoriad o'r samplwr a'r chwistrelliad electro, gan ddangos y paramedrau pwysicaf.(c) Gosodiad arbrofol ar gyfer bacteria anweithredol.
Mae'r system gynhyrchu EWNS a ddisgrifir uchod yn gallu newid paramedrau gweithredu allweddol i hwyluso mân-diwnio eiddo EWNS.Addaswch y foltedd cymhwysol (V), y pellter rhwng y nodwydd a'r electrod cownter (L), a'r llif dŵr (φ) trwy'r capilari i fireinio nodweddion EWNS.Symbol a ddefnyddir i gynrychioli gwahanol gyfuniadau: [V (kV), L (cm)].Addaswch y llif dŵr i gael côn Taylor sefydlog o set benodol [V, L].At ddibenion yr astudiaeth hon, cadwyd diamedr agorfa'r cownter electrod (D) ar 0.5 modfedd (1.29 cm).
Oherwydd y geometreg a'r anghymesuredd cyfyngedig, ni ellir cyfrifo cryfder y maes trydan o'r egwyddorion cyntaf.Yn lle hynny, defnyddiwyd meddalwedd QuickField™ (Svendborg, Denmarc)19 i gyfrifo'r maes trydan.Nid yw'r maes trydan yn unffurf, felly defnyddiwyd gwerth y maes trydan ar flaen y capilari fel gwerth cyfeirio ar gyfer gwahanol gyfluniadau.
Yn ystod yr astudiaeth, gwerthuswyd sawl cyfuniad o foltedd a phellter rhwng y nodwydd a'r electrod cownter o ran ffurfiant côn Taylor, sefydlogrwydd côn Taylor, sefydlogrwydd cynhyrchu EWNS, ac atgynhyrchedd.Dangosir cyfuniadau amrywiol yn Nhabl Atodol S1.
Roedd allbwn system gynhyrchu EWNS wedi'i gysylltu'n uniongyrchol â Dadansoddwr Maint Gronynnau Symudedd Sganio (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) ar gyfer mesur crynodiad nifer gronynnau, yn ogystal ag Electromedr Erosol Faraday (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) ar gyfer cerrynt aerosol wedi'i fesur fel y disgrifiwyd yn ein cyhoeddiad blaenorol.Samplwyd yr SMPS a'r electromedr aerosol ar gyfradd llif o 0.5 L/munud (cyfanswm llif y sampl 1 L/mun).Mesurwyd crynodiad nifer y gronynnau a'r llif aerosol am 120 eiliad.Mae'r mesuriad yn cael ei ailadrodd 30 gwaith.Yn seiliedig ar fesuriadau cyfredol, cyfrifir cyfanswm y tâl aerosol ac amcangyfrifir y tâl EWNS cyfartalog ar gyfer cyfanswm penodol o ronynnau EWNS dethol.Gellir cyfrifo cost gyfartalog EWNS gan ddefnyddio Hafaliad (1):
lle IEl yw'r cerrynt mesuredig, NSMPS yw'r crynodiad digidol a fesurir gyda'r SMPS, a φEl yw'r gyfradd llif fesul electromedr.
Oherwydd bod lleithder cymharol (RH) yn effeithio ar dâl arwyneb, cadwyd tymheredd a (RH) yn gyson yn ystod yr arbrawf ar 21 ° C a 45%, yn y drefn honno.
Defnyddiwyd microsgopeg grym atomig (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) a stiliwr AC260T (Olympus, Tokyo, Japan) i fesur maint ac oes yr EWNS.Amledd sganio AFM oedd 1 Hz, yr ardal sganio oedd 5 μm × 5 μm, a 256 o linellau sganio.Roedd pob delwedd yn destun aliniad delwedd gorchymyn 1af gan ddefnyddio meddalwedd Asylum (ystod masgiau 100 nm, trothwy 100 pm).
Tynnwyd y twndis prawf a gosodwyd yr wyneb mica bellter o 2.0 cm oddi wrth yr electrod cownter am amser cyfartalog o 120 s er mwyn osgoi crynhoad gronynnau a ffurfio defnynnau afreolaidd ar yr wyneb mica.Chwistrellwyd EWNS yn uniongyrchol ar wyneb mica wedi'i dorri'n ffres (Ted Pella, Redding, CA).Delwedd o'r wyneb mica yn syth ar ôl sputtering AFM.Mae ongl gyswllt wyneb mica heb ei addasu wedi'i dorri'n ffres yn agos at 0 °, felly mae EVNS yn cael ei ddosbarthu ar yr wyneb mica ar ffurf cromen.Mesurwyd diamedr (a) ac uchder (h) y defnynnau gwasgaredig yn uniongyrchol o dopograffeg AFM a'u defnyddio i gyfrifo cyfaint trylediad cromennog EWNS gan ddefnyddio ein dull a ddilyswyd yn flaenorol.Gan dybio bod gan yr EWNS ar y bwrdd yr un cyfaint, gellir cyfrifo'r diamedr cyfatebol gan ddefnyddio Hafaliad (2):
Yn seiliedig ar ein dull a ddatblygwyd yn flaenorol, defnyddiwyd trap sbin cyseiniant electronau (ESR) i ganfod presenoldeb canolradd radicalau byrhoedlog yn EWNS.Cafodd erosolau eu byrlymu trwy sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) yn cynnwys hydoddiant 235 mM o DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Perfformiwyd yr holl fesuriadau ESR gan ddefnyddio sbectromedr Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, UDA) a chell panel gwastad.Defnyddiwyd meddalwedd Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, UDA) i gasglu a dadansoddi'r data.Dim ond ar gyfer set o amodau gweithredu y penderfynwyd ar nodweddion y ROS [-6.5 kV, 4.0 cm].Mesurwyd crynodiadau EWNS gan ddefnyddio'r SMPS ar ôl cyfrifo am golledion EWNS yn yr effeithydd.
Cafodd lefelau osôn eu monitro gan ddefnyddio Monitor Osôn Deuol Beam™ 205 (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Ar gyfer holl eiddo EWNS, defnyddir y gwerth cymedrig fel y gwerth mesur, a defnyddir y gwyriad safonol fel y gwall mesur.Perfformiwyd profion T i gymharu gwerthoedd y priodoleddau EWNS optimized â gwerthoedd cyfatebol yr EWNS sylfaenol.
Mae Ffigur 2c yn dangos system “tynnu” dyddodiad electrostatig (EPES) a ddatblygwyd ac a nodweddwyd yn flaenorol y gellir ei defnyddio ar gyfer cyflwyno EWNS wedi'i dargedu ar yr wyneb.Mae EPES yn defnyddio taliadau EVNS y gellir eu “tywys” yn uniongyrchol i wyneb y targed o dan ddylanwad maes trydan cryf.Cyflwynir manylion y system EPES mewn cyhoeddiad diweddar gan Pyrgiotakis et al.11 .Felly, mae EPES yn cynnwys siambr PVC argraffedig 3D gyda phennau taprog ac mae'n cynnwys dau blât metel dur gwrthstaen cyfochrog (304 o ddur di-staen, wedi'i orchuddio â drych) yn y canol 15.24 cm ar wahân.Roedd y byrddau wedi'u cysylltu â ffynhonnell foltedd uchel allanol (Betran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), roedd y plât gwaelod bob amser yn gysylltiedig â foltedd positif, ac roedd y plât uchaf bob amser yn gysylltiedig â daear (tir arnofio).Mae waliau'r siambr wedi'u gorchuddio â ffoil alwminiwm, sydd wedi'i seilio'n drydanol i atal colli gronynnau.Mae gan y siambr ddrws llwytho blaen wedi'i selio sy'n caniatáu i arwynebau prawf gael eu gosod ar standiau plastig sy'n eu codi uwchben y plât metel gwaelod er mwyn osgoi ymyrraeth foltedd uchel.
Cyfrifwyd effeithlonrwydd dyddodi EWNS mewn EPES yn unol â phrotocol a ddatblygwyd yn flaenorol y manylwyd arno yn Ffigur Atodol S111.
Fel siambr reoli, cysylltwyd ail siambr llif silindrog mewn cyfres â'r system EPES, lle defnyddiwyd hidlydd HEPA canolradd i gael gwared ar EWNS.Fel y dangosir yn Ffigur 2c, cafodd aerosol EWNS ei bwmpio trwy ddwy siambr adeiledig.Mae'r hidlydd rhwng yr ystafell reoli ac EPES yn dileu unrhyw EWNS sy'n weddill gan arwain at yr un tymheredd (T), lleithder cymharol (RH) a lefelau osôn.
Canfuwyd bod micro-organebau pwysig a gludir gan fwyd yn halogi bwydydd ffres fel E. coli (ATCC #27325), dangosydd fecal, Salmonela enterica (ATCC #53647), pathogen a gludir gan fwyd, Listeria diniwed (ATCC #33090), dirprwy ar gyfer Listeria monocytogenes pathogenig, sy'n deillio o ATCC (Manassasasomy, VACC) yn lle Saceastia (VAC4), amnewidyn cere yeastia. , a bacteriwm anweithredol mwy gwrthsefyll, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Prynwch focsys o domatos grawnwin organig ar hap o'ch marchnad leol a'u rhoi yn yr oergell ar 4°C nes eu defnyddio (hyd at 3 diwrnod).Roedd y tomatos arbrofol i gyd yr un maint, tua 1/2 modfedd mewn diamedr.
Mae'r protocolau diwylliant, brechu, datguddiad, a chyfrif cytrefi wedi'u manylu yn ein cyhoeddiad blaenorol ac wedi'u manylu yn y Data Atodol.Gwerthuswyd effeithiolrwydd EWNS trwy amlygu tomatos wedi'u brechu i 40,000 #/cm3 am 45 munud.Yn gryno, defnyddiwyd tri tomato i werthuso'r micro-organebau sydd wedi goroesi ar amser t = 0 min.Rhoddwyd tri thomato yn EPES a'u hamlygu i EWNS ar 40,000 #/cc (tomatos agored EWNS) a gosodwyd y tri arall yn y siambr reoli (tomatos rheoli).Ni chynhaliwyd prosesu tomatos ychwanegol yn y ddau grŵp.Tynnwyd tomatos agored EWNS a thomatos rheoli ar ôl 45 munud i werthuso effaith EWNS.
Cynhaliwyd pob arbrawf yn driphlyg.Perfformiwyd dadansoddiad data yn unol â'r protocol a ddisgrifir yn Data Atodol.
Aseswyd mecanweithiau anactifadu trwy waddodi samplau EWNS agored (45 munud gyda chrynodiad aerosol 40,000 #/cm3 EWNS) a samplau heb eu harbelydru o facteria diniwed E. coli, Salmonela enterica a Lactobacillus.Gosodwyd y gronynnau mewn 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde a 0.03% asid picric mewn byffer cacodylate sodiwm 0.1 M (pH 7.4) am 2 awr ar dymheredd ystafell.Ar ôl golchi, ôl-atgyweiria â 1% osmiwm tetroxide (OsO4) / 1.5% potasiwm ferrocyanide (KFeCN6) am 2 awr, golchi 3 gwaith mewn dŵr a deor mewn 1% wranyl asetad am 1 awr, yna golchi ddwywaith mewn dŵr, yna dadhydradu mewn am 10 munud mewn 50%, 9%, alcohol, 10% mewn 50%, 9%.Yna gosodwyd y samplau mewn propylen ocsid am 1 awr a'u trwytho â chymysgedd 1:1 o propylen ocsid a TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Cafodd y samplau eu hymgorffori yn TAAB Epon a'u polymeru ar 60 ° C am 48 awr.Cafodd y resin gronynnog wedi'i halltu ei dorri a'i ddelweddu gan TEM gan ddefnyddio microsgop electron trawsyrru confensiynol JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japan) gyda chamera CCD AMT 2k (Technegau Microsgopeg Uwch, Corp., Woburn, Massachusetts, UDA).
Cynhaliwyd yr holl arbrofion yn driphlyg.Ar gyfer pob pwynt amser, cafodd golchiadau bacteriol eu hadu'n driphlyg, gan arwain at gyfanswm o naw pwynt data fesul pwynt, a defnyddiwyd y cyfartaledd fel crynodiad bacteriol ar gyfer y micro-organeb penodol hwnnw.Defnyddiwyd y gwyriad safonol fel y gwall mesur.Mae pob pwynt yn cyfrif.
Cyfrifwyd logarithm y gostyngiad yn y crynodiad o facteria o'i gymharu â t = 0 munud gan ddefnyddio'r fformiwla ganlynol:
lle C0 yw'r crynodiad o facteria yn y sampl rheoli ar amser 0 (hy ar ôl i'r wyneb sychu ond cyn ei roi yn y siambr) a Cn yw'r crynodiad o facteria ar yr wyneb ar ôl n munud o amlygiad.
I gyfrif am ddiraddiad naturiol bacteria yn ystod yr amlygiad 45 munud, cyfrifwyd y gostyngiad log o'i gymharu â'r rheolaeth ar ôl 45 munud hefyd fel a ganlyn:
lle Cn yw'r crynodiad o facteria yn y sampl rheoli ar amser n a Cn-Control yw'r crynodiad o facteria rheoli ar amser n.Cyflwynir data fel gostyngiad log o gymharu â rheolaeth (dim datguddiad EWNS).
Yn ystod yr astudiaeth, gwerthuswyd sawl cyfuniad o foltedd a phellter rhwng y nodwydd a'r electrod cownter o ran ffurfiant côn Taylor, sefydlogrwydd côn Taylor, sefydlogrwydd cynhyrchu EWNS, ac atgynhyrchedd.Dangosir cyfuniadau amrywiol yn Nhabl Atodol S1.Dewiswyd dau achos yn dangos priodweddau sefydlog ac atgynhyrchadwy (côn Taylor, cenhedlaeth EWNS, a sefydlogrwydd dros amser) ar gyfer astudiaeth gynhwysfawr.Ar ffig.Mae Ffigur 3 yn dangos y canlyniadau ar gyfer tâl, maint a chynnwys ROS yn y ddau achos.Dangosir y canlyniadau hefyd yn Nhabl 1. Er gwybodaeth, mae Ffigur 3 a Thabl 1 yn cynnwys priodweddau'r EWNS8, 9, 10, 11 (gwaelodlin-EWNS) nad oedd wedi'i syntheseiddio'n flaenorol.Mae cyfrifiadau arwyddocâd ystadegol gan ddefnyddio prawf-t dwy gynffon yn cael eu hailgyhoeddi yn Nhabl Atodol S2.Yn ogystal, mae data ychwanegol yn cynnwys astudiaethau o effaith diamedr twll samplu gwrth-electrod (D) a'r pellter rhwng electrod daear a blaen (L) (Ffigurau Atodol S2 a S3).
(ac) Dosbarthiad maint wedi'i fesur gan AFM.(df) Nodwedd gwefr arwyneb.(g) Nodweddion ROS yr EPR.
Mae hefyd yn bwysig nodi, ar gyfer pob un o'r amodau uchod, bod y cerrynt ïoneiddiad wedi'i fesur rhwng 2 a 6 μA a foltedd rhwng -3.8 a -6.5 kV, gan arwain at ddefnydd pŵer o lai na 50 mW ar gyfer y modiwl cyswllt cenhedlaeth EWNS sengl hwn.Er bod EWNS wedi'i syntheseiddio o dan bwysau uchel, roedd lefelau osôn yn isel iawn, byth yn uwch na 60 ppb.
Mae Ffigur Atodol S4 yn dangos y meysydd trydan efelychiedig ar gyfer y senarios [-6.5 kV, 4.0 cm] a [-3.8 kV, 0.5 cm], yn y drefn honno.Ar gyfer y senarios [-6.5 kV, 4.0 cm] a [-3.8 kV, 0.5 cm], y cyfrifiadau maes yw 2 × 105 V/m a 4.7 × 105 V/m, yn y drefn honno.Disgwylir hyn, oherwydd yn yr ail achos mae'r gymhareb foltedd-pellter yn llawer uwch.
Ar ffig.Mae 3a,b yn dangos y diamedr EWNS wedi'i fesur gyda'r AFM8.Y diamedrau EWNS cyfartalog a gyfrifwyd oedd 27 nm a 19 nm ar gyfer y cynlluniau [-6.5 kV, 4.0 cm] a [-3.8 kV, 0.5 cm], yn y drefn honno.Ar gyfer y senarios [-6.5 kV, 4.0 cm] a [-3.8 kV, 0.5 cm], gwyriadau safonol geometrig y dosraniadau yw 1.41 a 1.45, yn y drefn honno, gan nodi dosbarthiad maint cul.Mae'r maint cymedrig a'r gwyriad safonol geometrig yn agos iawn at y llinell sylfaen EWNS, sef 25 nm a 1.41, yn y drefn honno.Ar ffig.Mae 3c yn dangos dosbarthiad maint y EWNS sylfaen wedi'i fesur gan ddefnyddio'r un dull o dan yr un amodau.
Ar ffig.3d, e yn dangos canlyniadau nodweddu tâl.Mae data yn fesuriadau cyfartalog o 30 mesuriad cydamserol o grynodiad (#/cm3) a cherrynt (I).Mae'r dadansoddiad yn dangos mai'r tâl cyfartalog ar yr EWNS yw 22 ± 6 e- a 44 ± 6 e- ar gyfer [-6.5 kV, 4.0 cm] a [-3.8 kV, 0.5 cm], yn y drefn honno.Mae ganddynt daliadau arwyneb sylweddol uwch o gymharu â llinell sylfaen EWNS (10 ± 2 e-), dwywaith yn fwy na'r senario [-6.5 kV, 4.0 cm] a phedair gwaith yn fwy na'r [-3 .8 kV, 0.5 cm].Mae Ffigur 3f yn dangos y tâl.data ar gyfer Llinell Sylfaen-EWNS.
O fapiau crynodiad y rhif EWNS (Ffigurau Atodol S5 ac S6), gellir gweld bod gan y senario [-6.5 kV, 4.0 cm] lawer mwy o ronynnau na'r senario [-3.8 kV, 0.5 cm].Mae'n werth nodi hefyd bod crynodiad rhif EWNS wedi'i fonitro hyd at 4 awr (Ffigurau Atodol S5 ac S6), lle dangosodd sefydlogrwydd cenhedlaeth EWNS yr un lefelau o grynodiad rhif gronynnau yn y ddau achos.
Ar ffig.Mae 3g yn dangos y sbectrwm EPR ar ôl tynnu'r rheolydd EWNS wedi'i optimeiddio (cefndir) ar [-6.5 kV, 4.0 cm].Cymharwyd y sbectra ROS hefyd â senario Gwaelodlin-EWNS mewn gwaith a gyhoeddwyd yn flaenorol.Cyfrifwyd bod nifer yr EWNS yn adweithio â thrapiau troelli yn 7.5 × 104 EWNS/s, sy'n debyg i'r Llinell Sylfaen-EWNS8 a gyhoeddwyd yn flaenorol.Roedd y sbectra EPR yn dangos yn glir bresenoldeb dau fath o ROS, gydag O2- sef y rhywogaeth amlycaf ac OH• yn llai niferus.Yn ogystal, dangosodd cymhariaeth uniongyrchol o'r dwyster brig fod gan yr EWNS wedi'i optimeiddio gynnwys ROS sylweddol uwch o gymharu â'r EWNS sylfaenol.
Ar ffig.4 yn dangos effeithlonrwydd dyddodiad EWNS mewn EPES.Mae'r data hefyd wedi'u crynhoi yn Nhabl I a'u cymharu â'r data EWNS gwreiddiol.Ar gyfer y ddau achos o EUNS, mae'r dyddodiad yn agos at 100% hyd yn oed ar foltedd isel o 3.0 kV.Yn nodweddiadol, mae 3.0 kV yn ddigon ar gyfer dyddodiad 100%, waeth beth fo'r newid tâl arwyneb.O dan yr un amodau, dim ond 56% oedd effeithlonrwydd dyddodi Gwaelodlin-EWNS oherwydd eu gwefr is (10 electron ar gyfartaledd fesul EWNS).
Ar ffig.5 ac yn y tabl.2 yn crynhoi gwerth anactifadu micro-organebau sydd wedi'u brechu ar wyneb tomatos ar ôl dod i gysylltiad â thua 40,000 #/cm3 EWNS am 45 munud ar y modd gorau posibl [-6.5 kV, 4.0 cm].Dangosodd brechiad E. coli a Lactobacillus diniwed ostyngiad sylweddol o 3.8 boncyff yn ystod y datguddiad 45 munud.O dan yr un amodau, roedd gan S. enterica ostyngiad o 2.2-log, tra bod gan S. cerevisiae ac M. parafortutum ostyngiad o 1.0-log.
Mae'r micrograffau electron (Ffigur 6) yn darlunio'r newidiadau ffisegol a achosir gan EWNS ar gelloedd diniwed Escherichia coli, Streptococcus, a Lactobacillus sy'n arwain at eu hanactifadu.Roedd gan y bacteria rheoli bilenni cell cyfan, tra bod y bacteria agored wedi niweidio pilenni allanol.
Datgelodd delweddu microsgopig electronig o reolaeth a bacteria agored ddifrod i'r bilen.
Mae'r data ar briodweddau ffisiocemegol yr EWNS wedi'i optimeiddio gyda'i gilydd yn dangos bod priodweddau (tâl wyneb a chynnwys ROS) yr EWNS wedi gwella'n sylweddol o gymharu â data gwaelodlin EWNS a gyhoeddwyd yn flaenorol8,9,10,11.Ar y llaw arall, roedd eu maint yn aros yn yr ystod nanomedr, yn debyg iawn i'r canlyniadau a adroddwyd yn flaenorol, gan ganiatáu iddynt aros yn yr awyr am gyfnodau hir o amser.Gellir esbonio'r aml-chwarededd a arsylwyd gan newidiadau gwefr arwyneb sy'n pennu maint EWNS, hap effaith Rayleigh, a chyfuniad posibl.Fodd bynnag, fel y manylir gan Nielsen et al.22, mae tâl arwyneb uchel yn lleihau anweddiad trwy gynyddu egni wyneb / tensiwn y diferyn dŵr yn effeithiol.Yn ein cyhoeddiad blaenorol8 cadarnhawyd y ddamcaniaeth hon yn arbrofol ar gyfer microdroplets 22 ac EWNS.Gall colli tâl yn ystod goramser hefyd effeithio ar y maint a chyfrannu at y dosbarthiad maint a arsylwyd.