Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik. CSS euskarri mugatua duen arakatzailearen bertsio bat erabiltzen ari zara. Esperientzia onena lortzeko, arakatzaile eguneratu bat erabiltzea gomendatzen dizugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea). Gainera, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScriptik gabe erakusten dugu.
Duela gutxi, nanoteknologian oinarritutako produktu kimikorik gabeko plataforma antimikrobiano bat garatu da, ur nanoegitura artifizialak (EWNS) erabiltzen dituena. EWNS-ek gainazaleko karga handia dute eta oxigeno erreaktibo espezieetan (ROS) aberatsak dira, eta hauek hainbat mikroorganismorekin elkarreragin eta inaktibatu ditzakete, elikagaien bidezko patogenoak barne. Hemen erakusten da sintesian zehar dituzten propietateak doitu eta optimizatu daitezkeela haien potentzial antibakterianoa areagotzeko. EWNS laborategiko plataforma EWNS-en propietateak doitzeko diseinatu zen sintesi parametroak aldatuz. EWNS-en propietateen karakterizazioa (karga, tamaina eta ROS edukia) metodo analitiko modernoak erabiliz egin zen. Horrez gain, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum eta Saccharomyces cerevisiae bezalako elikagaietako mikroorganismoak tomate mahats ekologikoen gainazalean txertatu ziren haien inaktibazio potentziala ebaluatzeko. Hemen aurkeztutako emaitzek erakusten dute EWNS-en propietateak doi daitezkeela sintesian zehar, eta horrek inaktibazio eraginkortasuna esponentzialki handitzen duela. Bereziki, gainazaleko karga lau aldiz handitu zen, eta ROS edukia ere bai. Mikrobioen kentze-tasa mikrobioen araberakoa zen eta 1,0 eta 3,8 log artekoa zen, 40.000 #/cm3 EWNS-ko aerosol-dosi baten eraginpean 45 minutuz egon ondoren.
Mikrobioen kutsadura da patogenoak edo haien toxinak irensteagatik eragindako elikagaiek eragindako gaixotasunen kausa nagusia. Elikagaiek eragindako gaixotasunek 76 milioi gaixotasun, 325.000 ospitaleratze eta 5.000 heriotza eragiten dituzte urtero Estatu Batuetan bakarrik1. Horrez gain, Estatu Batuetako Nekazaritza Sailak (USDA) kalkulatzen du produktu freskoen kontsumoaren igoera dela Estatu Batuetan jakinarazitako elikagaiek eragindako gaixotasun guztien % 48aren erantzule2. Elikagaiek eragindako patogenoek eragindako gaixotasunen eta heriotzen kostua oso handia da Estatu Batuetan, Gaixotasunen Kontrolerako eta Prebentziorako Zentroek (CDC) kalkulatzen dutenez urtean 15.600 milioi dolar baino gehiago3.
Gaur egun, elikagaien segurtasuna bermatzeko antimikrobianoen aurkako esku-hartze kimiko4, erradiologiko5 eta termiko6 batez ere ekoizpen-kateko kontrol-puntu kritiko mugatuetan (CCP) ezartzen dira (normalean uztaren ondoren eta/edo ontziratzean), produktu freskoak kutsadura gurutzatuaren menpe egon daitezen etengabe ezarri beharrean 7. Elikagaien bidezko gaixotasunak eta elikagaien hondatzea hobeto kontrolatzeko esku-hartze antimikrobianoak beharrezkoak dira, eta baserritik mahaira arteko jarraitutasun osoan aplikatzeko ahalmena dute. Eragin eta kostu txikiagoa.
Duela gutxi, nanoteknologian oinarritutako produktu kimikorik gabeko plataforma antimikrobiano bat garatu da gainazaletako eta aireko bakterioak inaktibatzeko, ur nanoegitura artifizialak (EWNS) erabiliz. EVNSen sintesirako, bi prozesu paralelo erabili dira: elektroihinztadura eta uraren ionizazioa (1a irudia). Aurretik frogatu da EWNSek propietate fisiko eta biologiko multzo berezia dutela8,9,10. EWNSek batez beste 10 elektroi ditu egitura bakoitzeko eta 25 nm-ko nanometro-tamaina batez bestekoa (1b eta 1c irudiak)8,9,10. Horrez gain, erresonantzia elektronikoaren biraketa-erresonantziak (ESR) erakutsi zuen EWNSek oxigeno erreaktibo espezie (ROS) kopuru handia dutela, batez ere hidroxilo (OH•) eta superoxido (O2-) erradikalak (1c irudia)8. EWNSak denbora luzez egon ziren airean eta airean esekita dauden eta gainazaletan dauden mikrobioekin talka egin zezaketen, ROS karga emanez eta mikrobioen inaktibazioa eraginez (1d irudia). Aurreko ikerketa hauek ere erakutsi zuten EWNS-ek osasun publikoarentzat garrantzitsuak diren hainbat bakterio gram-negatibo eta gram-positiborekin elkarreragin eta inaktibatu ditzakeela, mikobakterioak barne, gainazaletan eta airean8,9. Transmisio-mikroskopia elektronikoak erakutsi zuen inaktibazioa zelula-mintzaren hausturak eragiten zuela. Gainera, arnasketa akutuen ikerketek erakutsi dute EWNS dosi altuek ez dutela biriketako kalterik edo hanturarik eragiten8.
(a) Elektroihinztadura gertatzen da likidoa duen kapilare baten eta kontraelektrodo baten artean tentsio altua aplikatzen denean. (b) Tentsio altuaren aplikazioak bi fenomeno desberdin eragiten ditu: (i) uraren elektroihinztadura eta (ii) EWNS-an harrapatutako oxigeno espezie erreaktiboen (ioien) sorrera. (c) EWNS-en egitura berezia. (d) EWNS-ak oso mugikorrak dira nanoeskalako izaeragatik eta aireko patogenoekin elkarreragin dezakete.
Duela gutxi frogatu da EWNS plataforma antimikrobianoak elikagai freskoen gainazalean dauden elikagaiek eragindako mikroorganismoak inaktibatzeko duen gaitasuna. Era berean, frogatu da EWNS gainazaleko karga eremu elektriko batekin konbinatuta erabil daitekeela banaketa zehatza lortzeko. Garrantzitsuagoa dena, hasierako emaitza itxaropentsu bat ikusi zen, tomate organikoaren jardueran gutxi gorabehera 1,4 log-ko murrizketa hainbat elikagai-mikroorganismoren aurka, hala nola E. coli eta Listeria, EWNS-ren eraginpean egon eta 90 minutura, gutxi gorabehera 50.000#/cm311 kontzentrazio batean. Gainera, aurretiazko ebaluazio organoleptikoko probek ez zuten inolako efektu organoleptikorik erakutsi kontrol-tomatearekin alderatuta. Hasierako inaktibazio-emaitza hauek elikagaien segurtasuna agintzen duten arren, 50.000#/cc-ko EWNS dosi oso baxuetan ere, argi dago inaktibazio-potentzial handiagoa onuragarriagoa izango litzatekeela infekzio eta hondatze arriskua gehiago murrizteko.
Hemen, gure ikerketa EWNS sorkuntza plataforma baten garapenean zentratuko dugu, sintesi parametroak doitzeko eta EWNS-en propietate fisiko-kimikoak optimizatzeko, haien potentzial antibakterianoa hobetzeko. Bereziki, optimizazioak haien gainazaleko karga handitzean (banaketa zuzendua hobetzeko) eta ROS edukia (inaktibazio-eraginkortasuna hobetzeko) zentratu da. Propietate fisiko-kimiko optimizatuen karakterizazioa (tamaina, karga eta ROS edukia) metodo analitiko modernoak erabiliz eta elikagaietako mikroorganismo arruntak erabiliz, hala nola E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae eta M. parafortuitum.
EVNS sintetizatu zen ur puruaren (18 MΩ cm–1) aldibereko elektroihinztadura eta ionizazioaren bidez. Atomizatzaile elektrikoa 12 normalean likidoak eta polimero sintetikoak eta zeramikazko partikulak 13 eta tamaina kontrolatuko zuntzak 14 atomizatzeko erabiltzen da.
Aurreko argitalpenetan 8, 9, 10, 11 zehaztu bezala, esperimentu tipiko batean, tentsio altua aplikatzen da metalezko kapilare baten eta lurrera konektatutako kontraelektrodo baten artean. Prozesu honetan, bi fenomeno desberdin gertatzen dira: 1) elektroihinztadura eta 2) uraren ionizazioa. Bi elektrodoen arteko eremu elektriko sendo batek karga negatiboak pilatzea eragiten du kondentsatutako uraren gainazalean, eta horrek Taylor konoen eraketa eragiten du. Ondorioz, ur tanta oso kargatuak sortzen dira, eta hauek partikula txikiagoetan hausten jarraitzen dute, Rayleigh teoriaren arabera16. Aldi berean, eremu elektriko sendo batek ur molekula batzuk zatitzea eta elektroiak kentzea eragiten du (ionizazioa), eta horrela oxigeno espezie erreaktibo (ROS) kopuru handia sortuz17. Aldi berean sortutako ROS18 paketeak EWNS-etan kapsulatu ziren (1c irudia).
2a irudian ikerketa honetan EWNS sintesian garatu eta erabilitako EWNS sorkuntza sistema ageri da. Botila itxi batean gordetako ura araztua Teflon hodi baten bidez (2 mm-ko barne diametroa) 30G-ko altzairu herdoilgaitzezko orratz batera (kapilar metalikoa) sartu zen. 2b irudian ikusten den bezala, uraren fluxua botilaren barruko aire presioak kontrolatzen du. Orratza Teflon kontsola bati lotuta dago, eta eskuz doi daiteke kontraelektrodotik distantzia jakin batera. Kontraelektrodoa aluminiozko disko leundu bat da, erdian zulo bat duena laginketa egiteko. Kontraelektrodoaren azpian aluminiozko laginketa-inbutu bat dago, eta gainerako esperimentu-multzoarekin konektatuta dago laginketa-ataka baten bidez (2b irudia). Laginketa-makinaren osagai guztiak elektrikoki lurrera konektatuta daude, partikulen laginketa degradatu dezakeen karga-pilaketa saihesteko.
(a) Ingeniaritzapeko Ur Nanoegituren Sorkuntza Sistema (EWNS). (b) Laginketaren eta elektroihinztadura unitatearen zeharkako sekzioa, parametro garrantzitsuenak erakusten dituena. (c) Bakterioen inaktibaziorako konfigurazio esperimentala.
Goian deskribatutako EWNS sorkuntza sistemak funtzionamendu-parametro nagusiak aldatzeko gai da EWNS propietateen doikuntza fina errazteko. Doitu aplikatutako tentsioa (V), orratzaren eta kontraelektrodoaren arteko distantzia (L) eta kapilarretik igarotzen den ur-fluxua (φ) EWNS ezaugarriak doitzeko. [V (kV), L (cm)] ikurrak erabiltzen dira konbinazio desberdinak adierazteko. Doitu ur-fluxua multzo jakin bateko Taylor kono egonkor bat lortzeko [V, L]. Ikerketa honen helburuetarako, kontraelektrodoaren (D) irekidura 0,5 hazbetean (1,29 cm) ezarri zen.
Geometria mugatua eta asimetria direla eta, eremu elektrikoaren intentsitatea ezin da lehen printzipioetatik kalkulatu. Horren ordez, QuickField™ softwarea (Svendborg, Danimarka)19 erabili zen eremu elektrikoa kalkulatzeko. Eremu elektrikoa ez da uniformea, beraz, kapilarraren puntan dagoen eremu elektrikoaren balioa erabili zen erreferentzia-balio gisa hainbat konfiguraziotarako.
Ikerketan zehar, orratzaren eta kontraelektrodoaren arteko tentsio eta distantziaren hainbat konbinazio ebaluatu ziren Taylor konoaren eraketa, Taylor konoaren egonkortasuna, EWNS ekoizpenaren egonkortasuna eta erreproduzigarritasuna kontuan hartuta. Konbinazio desberdinak S1 taula osagarrian ageri dira.
EWNS sorkuntza sistemaren irteera zuzenean Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, 3936 modeloa, TSI, Shoreview, Minnesota) batera konektatu zen partikula kopuruaren kontzentrazioa neurtzeko eta Faraday aerosol elektrometro batekin (TSI, 3068B modeloa, Shoreview, AEB) erabili zen aerosol fluxuak neurtzeko, aurreko argitalpenean deskribatu bezala9. Bai SMPSak bai aerosol elektrometroak 0,5 L/min-ko emari-tasan laginak hartu zituzten (lagin-emari osoa 1 L/min). Partikula kontzentrazioak eta aerosol fluxuak 120 segundoz neurtu ziren. Errepikatu neurketa 30 aldiz. Aerosol karga osoa uneko neurketetatik kalkulatzen da, eta batez besteko EWNS karga lagindutako EWNS partikula kopuru osotik kalkulatzen da. EWNSren batez besteko kostua (1) ekuazioa erabiliz kalkula daiteke:
non IEl neurtutako korrontea den, NSMPS SMPS-rekin neurtutako zenbakizko kontzentrazioa eta φEl elektrometrorako emari-tasa.
Hezetasun erlatiboak (HE) gainazaleko kargari eragiten dionez, tenperatura eta (HE) konstante mantendu ziren esperimentuan zehar, hurrenez hurren, 21 °C-tan eta % 45ean.
EWNS-aren tamaina eta bizitza-iraupena neurtzeko, indar atomikoko mikroskopia (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) eta AC260T zunda (Olympus, Tokio, Japonia) erabili ziren. AFM eskaneatze-abiadura 1 Hz-koa da eta eskaneatze-eremua 5 µm × 5 µm-koa da, 256 eskaneatze-lerrorekin. Irudi guztiak lehen ordenako irudi-lerrokatzea jasan ziren Asylum softwarea erabiliz (100 nm-ko irismena eta 100 pm-ko atalasea dituen maskara).
Kendu laginketa-inbutua eta jarri mikaren gainazala kontra-elektrodotik 2,0 cm-ko distantziara, batez beste 120 segundoz, partikulen koaleszentzia eta mikaren gainazalean tanta irregularrak sortzea saihesteko. EWNS zuzenean aplikatu zen mika moztu berrien gainazaletan (Ted Pella, Redding, CA). Ihinztadura egin ondoren, mikaren gainazala AFM erabiliz bistaratu zen. Mika aldatu gabe moztu berriaren gainazaleko kontaktu-angelua 0°-tik gertu dago, beraz, EWNS kupula-forman hedatzen da mikaren gainazalean20. Tanta barreiatzaileen diametroa (a) eta altuera (h) zuzenean neurtu ziren AFM topografiatik eta EWNS kupula-difusio-bolumena kalkulatzeko erabili ziren, aurretik balioztatutako gure metodoa erabiliz8. Ontziko EVNS-ak bolumen bera duela suposatuz, diametro baliokidea (2) ekuaziotik kalkula daiteke:
Aurretik garatutako metodoarekin bat etorriz, elektroi-spin erresonantzia (ESR) spin tranpa bat erabili zen EWNS-etan iraupen laburreko erradikal tartekoen presentzia detektatzeko. Aerosolak 235 mM DEPMPO (5-(dietoxifosforil)-5-metil-1-pirrolina-N-oxidoa) (Oxis International Inc., Portland, Oregon) zuen disoluzio batetik pasatu ziren. EPR neurketa guztiak Bruker EMX espektrometro bat (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AEB) eta zelula lauen matrizeak erabiliz egin ziren. Acquisit softwarea (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, AEB) erabili zen datuak biltzeko eta aztertzeko. ROS karakterizazioa funtzionamendu-baldintza multzo baterako bakarrik egin zen [-6,5 kV, 4,0 cm]. EWNS kontzentrazioak SMPS erabiliz neurtu ziren, inpaktagailuan EWNS-en galera kontuan hartu ondoren.
Ozono mailak 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 erabiliz kontrolatu ziren.
EWNS propietate guztientzat, neurketa-balioa neurketen batez bestekoa da, eta neurketa-errorea desbideratze estandarra. T-test bat egin zen optimizatutako EWNS atributuaren balioa oinarrizko EWNS-aren dagokion balioarekin alderatzeko.
2c irudiak EWNS11 gainazaletara bideratzeko erabil daitekeen Prezipitazio Elektrostatikorako Pasabide Sistema (EPES) bat erakusten du, aurretik garatu eta karakterizatua. EPESek EWNS karga bat erabiltzen du eremu elektriko indartsu batekin konbinatuta helburuaren gainazalera zuzenean "seinalatzeko". EPES sistemaren xehetasunak Pyrgiotakis et al.-ek argitaratu berri duten argitalpen batean aurkezten dira11. Horrela, EPESek mutur konikoak dituen 3D inprimatutako PVC ganbera bat du, erdian bi altzairu herdoilgaitzezko (304 altzairu herdoilgaitza, ispilu leundua) metalezko plaka paralelo dituena, 15,24 cm-ko distantziarekin. Taulak kanpoko tentsio handiko iturri batera konektatuta zeuden (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), beheko taula beti positiboa zen eta goikoa beti lurrera konektatuta zegoen (flotatzen). Ganberaren paretak aluminiozko paperarekin estalita daude, eta hori elektrikoki lurrera konektatuta dago partikula galerak saihesteko. Ganberak aurrealdeko kargatzeko ate zigilatu bat du, proba-gainazalak plastikozko euskarrietan jartzeko aukera ematen duena, beheko metalezko plakatik altxatuz tentsio handiko interferentziak saihesteko.
EWNS-en deposizio-eraginkortasuna EPES-en S111 irudi osagarrian zehaztutako aurretik garatutako protokolo baten arabera kalkulatu zen.
Kontrol-ganbera gisa, ganbera zilindrikotik igarotzen den bigarren fluxua EPES sistemarekin seriean konektatuta dago, tarteko HEPA iragazki bat erabiliz EWNS kentzeko. 2c irudian erakusten den bezala, EWNS aerosola seriean konektatutako bi ganberetatik ponpatu zen. Kontrol-gelaren eta EPESaren arteko iragazkiak geratzen den EWNS guztia kentzen du, eta ondorioz tenperatura (T), hezetasun erlatiboa (RH) eta ozono maila berdinak lortzen dira.
Elikagaien bidez transmititzen diren mikroorganismo garrantzitsuek produktu freskoak kutsatzen dituztela aurkitu da, hala nola Escherichia coli (ATCC #27325), gorotz-adierazlea; Salmonella enterica (ATCC #53647), elikagaien bidez transmititzen den patogenoa; Listeria innocua (ATCC #33090), Listeria monocytogenes patogenoaren alternatiba gisa.; Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), hondatze-legamiaren alternatiba gisa; eta Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686), bakterio bizidu erresistenteago gisa erosi ziren ATCC-tik (Manassas, Virginia).
Erosi ausaz mahats-tomate ekologikoen kaxak zure tokiko merkatuan eta gorde hozkailuan 4 °C-tan erabili arte (gehienez 3 egun). Aukeratu tomateak tamaina batekin esperimentatzeko, 1/2 hazbeteko diametrokoak gutxi gorabehera.
Inkubazio, txertaketa, esposizio eta kolonia zenbaketa protokoloak aurreko argitalpenetan zehaztu dira eta 11. Datu Osagarrietan azaldu dira zehatz-mehatz. EWNSren errendimendua ebaluatu zen inokulatutako tomateak 40.000 #/cm3-tan 45 minutuz jarriz. Laburbilduz, t = 0 min unean, hiru tomate erabili ziren bizirik iraun zuten mikroorganismoak ebaluatzeko. Hiru tomate EPES-ean jarri eta EWNS-an 40.000 #/cc-tan jarri ziren (EWNS-ren eraginpean zeuden tomateak) eta beste hiru kontrol-ganberan jarri ziren (kontrol-tomateak). Tomate-talde bakar batek ere ez zuen prozesaketa gehigarririk jasan. EWNS-ren eraginpean zeuden tomateak eta kontrolak 45 minutu igaro ondoren kendu ziren EWNS-ren eragina ebaluatzeko.
Esperimentu bakoitza hirukoiztuta egin zen. Datuen analisia Datu Osagarrietan deskribatutako protokoloaren arabera egin zen.
EWNS-ri esposizioa izan zuten E. coli, Enterobacter eta L. innocua bakterioen laginak (45 min, EWNS aerosol kontzentrazioa 40.000 #/cm3) eta esposiziorik gabekoak pelletetan jarri ziren inaktibazio mekanismoak ebaluatzeko. Prezipitatua 2 orduz finkatu zen giro-tenperaturan 0,1 M sodio kakodilato disoluzioan (pH 7,4), % 2,5 glutaraldehido, % 1,25 paraformaldehido eta % 0,03 azido pikriko finkatzaile batekin. Garbitu ondoren, % 1 osmio tetroxidoarekin (OsO4)/% 1,5 potasio ferrozianuroarekin (KFeCN6) finkatu ziren 2 orduz, 3 aldiz garbitu ziren urarekin eta % 1 uranilo azetatoan inkubatu ziren ordubetez, eta ondoren bi aldiz garbitu ziren urarekin. Ondoren, deshidratazioa 10 minutuz egin zen % 50, % 70, % 90 eta % 100 alkoholarekin. Ondoren, laginak propileno oxidoan jarri ziren ordubetez eta propileno oxidoaren eta TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) 1:1 nahasketa batekin busti ziren. Laginak TAAB Epon-en txertatu eta 60 °C-tan polimerizatu ziren 48 orduz. Sendotutako erretxina pikortsua moztu eta TEM bidez bistaratu zen JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Japonia) bat erabiliz, AMT 2k CCD kamera batekin hornitutako transmisio-elektroi mikroskopio konbentzional bat (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, AEB).
Esperimentu guztiak hirukoiztuta egin ziren. Denbora-puntu bakoitzerako, bakterioen garbiketak hirukoiztuta jarri ziren plaketan, guztira bederatzi datu-puntu lortuz puntu bakoitzeko, eta horien batez bestekoa erabili zen organismo jakin horren bakterioen kontzentrazio gisa. Desbideratze estandarra erabili zen neurketa-errore gisa. Puntu guztiek balio dute.
Bakterioen kontzentrazioaren jaitsieraren logaritmoa t = 0 min-rekin alderatuta formula hau erabiliz kalkulatu zen:
non C0 kontrol-laginean 0 unean dauden bakterioen kontzentrazioa den (hau da, gainazala lehortu ondoren baina ganberan sartu aurretik) eta Cn gainazalean dauden bakterioen kontzentrazioa n minutuko esposizioaren ondoren.
Bakterioen 45 minutuko esposizio-aldian zehar degradazio naturala kontuan hartzeko, Log-Reduction ere kalkulatu zen 45 minutuko kontrolarekin alderatuta, honela:
Non Cn kontrol-lagineko bakterioen kontzentrazioa den n unean eta Cn-Kontrol kontrol-lagineko bakterioen kontzentrazioa n unean. Datuak kontrolarekin alderatuta (EWNS esposiziorik gabe) logaritmoaren murrizketa gisa aurkezten dira.
Ikerketan zehar, orratzaren eta kontraelektrodoaren arteko tentsio eta distantziaren hainbat konbinazio ebaluatu ziren Taylor konoaren eraketa, Taylor konoaren egonkortasuna, EWNS ekoizpenaren egonkortasuna eta erreproduzigarritasuna kontuan hartuta. Hainbat konbinazio erakusten dira S1 taula osagarrian. Bi kasu hautatu ziren propietate egonkorrak eta erreproduzigarriak erakusten dituen ikerketa oso bat egiteko (Taylor konoa, EWNS ekoizpena eta denboran zeharreko egonkortasuna). 3. irudian bi kasuren ROS kargaren, tamainaren eta edukiaren emaitzak ageri dira. Emaitzak 1. taulan ere laburbilduta daude. Erreferentzia gisa, 3. irudiak eta 1. taulak aurretik sintetizatutako EWNS8, 9, 10, 11 (oinarrizko EWNS) optimizatu gabeko propietateak biltzen dituzte. Bi isatseko t-proba erabiliz egindako esangura estatistikoaren kalkuluak S2 taula osagarrian berrargitaratzen dira. Horrez gain, datu gehigarriek kontraelektrodoaren laginketa-zuloaren diametroaren (D) eta lurreko elektrodoaren eta orratzaren puntaren arteko distantziaren (L) eraginari buruzko ikerketak barne hartzen dituzte (S2 eta S3 irudi osagarriak).
(a–c) AFM tamainaren banaketa. (d–f) Gainazaleko kargaren ezaugarria. (g) ROS eta ESR-ren karakterizazioa.
Garrantzitsua da kontuan izatea, halaber, goiko baldintza guztietan, neurtutako ionizazio-korronteak 2-6 µA-ko tartean zeudela, eta tentsioak -3,8 eta -6,5 kV arteko tartean, eta horren ondorioz, terminal bakarreko EWNS honen energia-kontsumoa 50 mW baino gutxiagokoa izan zela. sorkuntza-modulua. EWNS presio altuan sintetizatu bazen ere, ozono-mailak oso baxuak ziren, inoiz ez ziren 60 ppb-tik gorakoak.
S4 irudi osagarriak [-6,5 kV, 4,0 cm] eta [-3,8 kV, 0,5 cm] eszenatokietarako simulatutako eremu elektrikoak erakusten ditu, hurrenez hurren. [-6,5 kV, 4,0 cm] eta [-3,8 kV, 0,5 cm] eszenatokietako eremuak 2 × 105 V/m eta 4,7 × 105 V/m gisa kalkulatzen dira, hurrenez hurren. Hori espero izatekoa da, tentsioaren eta distantziaren arteko erlazioa askoz handiagoa baita bigarren kasuan.
3a eta 3b irudietan AFM8-rekin neurtutako EWNS diametroa ageri da. [-6,5 kV, 4,0 cm] eta [-3,8 kV, 0,5 cm] eszenatokietarako EWNS diametroen batez bestekoak 27 nm eta 19 nm gisa kalkulatu ziren, hurrenez hurren. [-6,5 kV, 4,0 cm] eta [-3,8 kV, 0,5 cm] kasuetarako banaketen desbideratze estandar geometrikoak 1,41 eta 1,45 dira, hurrenez hurren, tamaina-banaketa estua adieraziz. Bai batez besteko tamaina, bai desbideratze estandar geometrikoa oinarrizko EWNS-tik oso gertu daude, 25 nm eta 1,41 izanik, hurrenez hurren. 3c irudian oinarrizko EWNS-ren tamaina-banaketa ageri da, metodo bera erabiliz eta baldintza berdinetan neurtuta.
3d eta 3e irudietan karga-karakterizazioaren emaitzak ageri dira. Datuak kontzentrazioaren (#/cm3) eta korrontearen (I) 30 neurketa aldiberekoren batez besteko neurketak dira. Analisiak erakusten du EWNS-ko batez besteko karga 22 ± 6 e- eta 44 ± 6 e- dela [-6,5 kV, 4,0 cm] eta [-3,8 kV, 0,5 cm]-rako, hurrenez hurren. Oinarrizko EWNS-rekin alderatuta (10 ± 2 e-), haien gainazaleko karga nabarmen handiagoa da, [-6,5 kV, 4,0 cm] eszenatokiaren bikoitza eta [-3,8 kV, 0,5 cm] eszenatokiaren laukoitza. 3f irudiak EWNS-ren oinarrizko ordainketa-datuak ageri dira.
EWNS zenbaki-kontzentrazio mapetatik (S5 eta S6 irudi osagarriak), ikus daiteke [-6,5 kV, 4,0 cm] eszenak partikula kopuru nabarmen handiagoa duela [-3,8 kV, 0,5 cm] eszenak baino. Kontuan izan behar da, halaber, EWNS zenbaki-kontzentrazioak 4 orduz kontrolatu zirela (S5 eta S6 irudi osagarriak), eta EWNS sorkuntza-egonkortasunak partikula-kopuru kontzentrazio maila berdinak erakutsi zituela bi kasuetan.
3g irudiak EPR espektroa erakusten du kontrol (atzeko planoa) kendu ondoren EWNS optimizatuarentzat [-6.5 kV, 4.0 cm]. ROS espektroa EWNS oinarri-lerroarekin ere alderatzen da aurretik argitaratutako artikulu batean. Spin-tranparekin erreakzionatzen duten EWNS kopurua kalkulatua 7.5 × 104 EWNS/s da, aurretik argitaratutako Oinarrizko EWNS8-ren antzekoa. EPR espektroek bi ROS motaren presentzia adierazi zuten argi eta garbi, non O2- nagusi zen, eta OH• kantitate txikiagoan zegoen. Gainera, gailurren intentsitateen zuzeneko konparaketa batek erakutsi zuen EWNS optimizatuek ROS eduki nabarmen handiagoa zutela oinarrizko EWNSekin alderatuta.
4. irudian EWNS-en deposizio-eraginkortasuna ikusten da EPES-en. Datuak I. taulan laburbildu eta jatorrizko EWNS datuekin alderatzen dira. Bi EUNS kasuetan, deposizioa % 100etik gertu zegoen, 3,0 kV-ko tentsio baxuan ere. Normalean, 3,0 kV nahikoa da % 100eko deposizioa lortzeko, gainazaleko karga-aldaketa edozein dela ere. Baldintza berdinetan, Oinarrizko EWNS-en deposizio-eraginkortasuna % 56koa baino ez zen, karga txikiagoa zelako (batez beste 10 elektroi EWNS bakoitzeko).
5. irudiak eta 2. taulak laburbiltzen dute tomateen gainazalean txertatutako mikroorganismoen inaktibazio maila, 40.000 #/cm3 EWNS ingururi 45 minutuz esposizioaren ondoren, eszenatoki optimoan [-6,5 kV, 4,0 cm]. Txertatutako E. coli eta L. innocua-k 3,8 log-ko murrizketa nabarmena erakutsi zuten 45 minutuko esposizioaren ondoren. Baldintza berdinetan, S. enterica-k 2,2 log-ko murrizketa txikiagoa erakutsi zuen, eta S. cerevisiae-k eta M. parafortuitum-k, berriz, 1,0 log-ko murrizketa.
Mikrografia elektronikoek (6. irudia) E. coli, Salmonella enterica eta L. innocua zeluletan EWNS-ek eragindako aldaketa fisikoak erakusten dituzte, inaktibazioa eraginez. Kontrol-bakterioek zelula-mintz osoak erakutsi zituzten, eta bakterio esposizionatuek kanpoko mintzak kaltetuta zituzten.
Kontrol-bakterioen eta esposizio-bakterioen mikroskopio elektronikoaren irudiek mintz-kaltea agerian utzi zuten.
EWNS optimizatuen propietate fisiko-kimikoei buruzko datuek, oro har, erakusten dute EWNSen propietateak (gainazaleko karga eta ROS edukia) nabarmen hobetu direla aurretik argitaratutako EWNS oinarrizko datuekin alderatuta8,9,10,11. Bestalde, haien tamaina nanometro-tartean mantendu zen, aurretik argitaratutako emaitzekin oso antzekoa dena, eta horrek denbora luzez airean egon daitezke. Behatutako polidispertsioa gainazaleko kargaren aldaketek azal dezakete, eta horiek Rayleigh efektuaren magnitudea, ausazkotasuna eta EWNSen bat-egite potentziala zehazten dute. Hala ere, Nielsen et al.-ek zehaztu bezala22, gainazaleko karga altuak lurrunketa murrizten du ur tantaren gainazaleko energia/tentsioa eraginkortasunez handituz. Teoria hau esperimentalki baieztatu zen mikrotanta22 eta EWNSentzat gure aurreko argitalpenean8. Denbora galerak ere tamainan eragina izan dezake eta behatutako tamaina banaketan lagundu.
Gainera, egitura bakoitzeko karga 22-44 e- ingurukoa da, egoeraren arabera, eta hori nabarmen handiagoa da oinarrizko EWNSarekin alderatuta, zeinak egitura bakoitzeko 10 ± 2 elektroi-ko batez besteko karga baitu. Hala ere, kontuan izan behar da hau dela EWNS-ren batez besteko karga. Seto et al. Frogatu da karga ez dela uniformea ​​eta banaketa log-normal bat jarraitzen duela21. Aurreko lanarekin alderatuta, gainazaleko karga bikoizteak EPES sisteman deposizio-eraginkortasuna bikoizten du ia % 100era iritsiz11.