Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Ձեր օգտագործած բրաուզերի տարբերակը ունի սահմանափակ CSS աջակցություն:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Միևնույն ժամանակ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար մենք կայքը կներկայացնենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Կարուսել, որը ցույց է տալիս միաժամանակ երեք սլայդ:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Վերջերս նանոտեխնոլոգիայի վրա հիմնված հակամանրէային պլատֆորմ է մշակվել՝ օգտագործելով արհեստական ​​ջրային նանոկառուցվածքներ (EWNS):EWNS-ն ունի բարձր մակերևութային լիցք և հագեցած է թթվածնի ռեակտիվ տեսակներով (ROS), որոնք կարող են փոխազդել և ապաակտիվացնել մի շարք միկրոօրգանիզմների, այդ թվում՝ սննդային պաթոգենների հետ:Այստեղ ցույց է տրված, որ սինթեզի ընթացքում դրանց հատկությունները կարող են ճշգրտվել և օպտիմիզացվել՝ դրանց հակաբակտերիալ ներուժն ավելի մեծացնելու համար:EWNS լաբորատոր հարթակը նախագծված էր EWNS-ի հատկությունները ճշգրտելու համար՝ փոխելով սինթեզի պարամետրերը:EWNS-ի հատկությունների (ROS-ի լիցք, չափ և պարունակություն) բնութագրում ժամանակակից վերլուծական մեթոդներով:Բացի այդ, նրանք գնահատվել են իրենց մանրէային ապաակտիվացման ներուժի համար սննդային միկրոօրգանիզմների նկատմամբ, ինչպիսիք են Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum և Saccharomyces cerevisiae:Այստեղ ներկայացված արդյունքները ցույց են տալիս, որ EWNS-ի հատկությունները կարող են ճշգրտվել սինթեզի ընթացքում, ինչը հանգեցնում է ապաակտիվացման արդյունավետության էքսպոնենցիալ աճի:Մասնավորապես, մակերևութային լիցքն ավելացել է չորս անգամ, իսկ ռեակտիվ թթվածնի տեսակներն աճել են։Մանրէների հեռացման արագությունը կախված էր մանրէաբանականից և տատանվում էր 1,0-ից մինչև 3,8 լոգ՝ 40,000 #/cc EWNS աերոզոլի դոզան 45 րոպեի ընթացքում ենթարկվելուց հետո:
Մանրէաբանական աղտոտվածությունը սննդային հիվանդությունների հիմնական պատճառն է, որն առաջանում է պաթոգենների կամ դրանց տոքսինների ընդունումից:Միայն Միացյալ Նահանգներում սննդային հիվանդությունները տարեկան առաջացնում են մոտ 76 միլիոն հիվանդություն, 325000 հիվանդանոց ընդունվել և 5000 մահ1:Բացի այդ, Միացյալ Նահանգների Գյուղատնտեսության դեպարտամենտը (USDA) գնահատում է, որ թարմ մթերքների սպառման աճը պատասխանատու է Միացյալ Նահանգներում գրանցված սննդով փոխանցվող բոլոր հիվանդությունների 48%-ի համար2:ԱՄՆ-ում սննդամթերքի պաթոգենների հետևանքով առաջացած հիվանդությունների և մահվան արժեքը շատ բարձր է, որը գնահատվում է Հիվանդությունների վերահսկման և կանխարգելման կենտրոնների (CDC) կողմից տարեկան ավելի քան 15,6 միլիարդ ԱՄՆ դոլար3:
Ներկայումս սննդամթերքի անվտանգությունն ապահովելու համար քիմիական4, ճառագայթային5 և ջերմային6 հակամանրէային միջամտությունները հիմնականում իրականացվում են արտադրության շղթայի երկայնքով սահմանափակ կրիտիկական վերահսկման կետերում (սովորաբար բերքահավաքից և/կամ փաթեթավորման ընթացքում), այլ ոչ թե անընդհատ:Այսպիսով, նրանք հակված են խաչաձեւ աղտոտման:7. Սննդամթերքով փոխանցվող հիվանդությունների և սննդամթերքի փչացման ավելի լավ վերահսկումը պահանջում է հակամանրէային միջամտություններ, որոնք կարող են կիրառվել ֆերմա-սեղան շարունակականության մեջ՝ միաժամանակ նվազեցնելով շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը և ծախսերը:
Վերջերս ստեղծվել է առանց քիմիական նյութերի, նանոտեխնոլոգիայի վրա հիմնված հակամանրէային հարթակ, որը կարող է ապաակտիվացնել մակերեսային և օդային բակտերիաները՝ օգտագործելով արհեստական ​​ջրային նանոկառուցվածքներ (EWNS):EWNS-ը սինթեզվել է՝ օգտագործելով երկու զուգահեռ գործընթացներ՝ էլեկտրասփրեյ և ջրի իոնացում (նկ. 1ա):Նախորդ ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ EWNS-ն ունի ֆիզիկական և կենսաբանական հատկությունների եզակի հավաքածու8,9,10:EWNS-ն ունի միջինը 10 էլեկտրոն մեկ կառույցի համար և միջին նանոմաշտաբի չափը 25 նմ (նկ. 1b,c)8,9,10:Բացի այդ, էլեկտրոնային սպին ռեզոնանսը (ESR) ցույց տվեց, որ EWNS պարունակում է մեծ քանակությամբ ռեակտիվ թթվածնի տեսակներ (ROS), հիմնականում հիդրոքսիլ (OH•) և գերօքսիդ (O2-) ռադիկալներ (նկ. 1c)8:EVNS-ը երկար ժամանակ օդում է և կարող է բախվել օդում կասեցված և մակերեսի վրա առկա միկրոօրգանիզմների հետ՝ փոխանցելով նրանց ROS օգտակար բեռը և առաջացնելով միկրոօրգանիզմների անակտիվացում (նկ. 1դ):Այս վաղ ուսումնասիրությունները նաև ցույց են տվել, որ EWNS-ը կարող է փոխազդել և ապաակտիվացնել տարբեր գրամ-բացասական և գրամ դրական բակտերիաների, այդ թվում՝ միկոբակտերիաների, մակերեսների և օդի վրա:Հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակը ցույց է տվել, որ ապաակտիվացումը առաջացել է բջջաթաղանթի խախտմամբ։Բացի այդ, սուր ինհալացիոն հետազոտությունները ցույց են տվել, որ EWNS-ի բարձր չափաբաժինները չեն առաջացնում թոքերի վնաս կամ բորբոքում 8:
ա) Էլեկտրական ցողարկումը տեղի է ունենում, երբ բարձր լարում է կիրառվում հեղուկ պարունակող մազանոթ խողովակի և հակաէլեկտրոդի միջև:(բ) Բարձր ճնշման կիրառումը հանգեցնում է երկու տարբեր երևույթների. (i) ջրի էլեկտրացողում և (ii) թթվածնի ռեակտիվ տեսակների (իոնների) ձևավորում, որոնք արգելափակված են EWNS-ում:(գ) EWNS-ի եզակի կառուցվածքը:(դ) Իրենց նանոմաշտաբի բնույթի պատճառով EWNS-ները շատ շարժունակ են և կարող են փոխազդել օդակաթիլային պաթոգենների հետ:
Վերջերս ցուցադրվել է նաև EWNS հակամանրէային պլատֆորմի կարողությունը՝ անակտիվացնելու սննդամթերքի միկրոօրգանիզմները թարմ սննդի մակերեսին:Ցույց է տրվել նաև, որ EWNS-ի մակերևութային լիցքը էլեկտրական դաշտի հետ համատեղ կարող է օգտագործվել նպատակային առաքման հասնելու համար:Ավելին, օրգանական լոլիկի նախնական արդյունքները մոտ 50,000 #/սմ3 EWNS-ում 90 րոպե ազդեցությունից հետո հուսադրող էին, քանի որ դիտարկվել են սննդամթերքից փոխանցվող տարբեր միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են E. coli-ն և Listeria 11-ը:Բացի այդ, նախնական օրգանոլեպտիկ թեստերը չեն ցույց տվել զգայական ազդեցություն՝ համեմատած հսկիչ լոլիկի հետ:Չնայած այս սկզբնական ապաակտիվացման արդյունքները խրախուսելի են սննդամթերքի անվտանգության կիրառման համար նույնիսկ 50,000#/cc շատ ցածր EWNS չափաբաժինների դեպքում:տեսեք, պարզ է, որ ավելի բարձր ապաակտիվացման ներուժն ավելի ձեռնտու կլինի վարակվելու և փչանալու ռիսկը հետագայում նվազեցնելու համար:
Այստեղ մենք կկենտրոնացնենք մեր հետազոտությունը EWNS սերնդի պլատֆորմի մշակման վրա՝ հնարավորություն ընձեռելու սինթեզի պարամետրերի նուրբ կարգավորումը և EWNS-ի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների օպտիմալացումը՝ դրանց հակաբակտերիալ ներուժը բարձրացնելու համար:Մասնավորապես, օպտիմիզացումը կենտրոնացած է դրանց մակերեսային լիցքի ավելացման վրա (նպատակային առաքումը բարելավելու համար) և ROS-ի պարունակությունը (անակտիվացման արդյունավետությունը բարելավելու համար):Բնութագրել օպտիմիզացված ֆիզիկաքիմիական հատկությունները (չափը, լիցքը և ROS-ի պարունակությունը)՝ օգտագործելով ժամանակակից վերլուծական մեթոդները և օգտագործել սովորական սննդային միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են E.
EVNS-ը սինթեզվել է բարձր մաքրության ջրի (18 MΩ սմ–1) միաժամանակյա էլեկտրացողման և իոնացման միջոցով։Էլեկտրական nebulizer 12 սովորաբար օգտագործվում է հեղուկների ատոմացման և պոլիմերային և կերամիկական մասնիկների 13 և 14 վերահսկվող չափի մանրաթելերի սինթեզի համար:
Ինչպես մանրամասնված է նախորդ հրապարակումներում 8, 9, 10, 11, տիպիկ փորձի ժամանակ բարձր լարում է կիրառվել մետաղական մազանոթի և հիմնավորված հակաէլեկտրոդի միջև:Այս գործընթացի ընթացքում տեղի են ունենում երկու տարբեր երևույթներ՝ i) էլեկտրասփրեյ և ii) ջրի իոնացում։Երկու էլեկտրոդների միջև ուժեղ էլեկտրական դաշտը հանգեցնում է բացասական լիցքերի կուտակմանը խտացրած ջրի մակերեսին, որի արդյունքում առաջանում են Թեյլորի կոններ։Արդյունքում առաջանում են բարձր լիցքավորված ջրի կաթիլներ, որոնք շարունակում են տրոհվել փոքր մասնիկների, ինչպես Ռեյլի տեսության մեջ16:Միևնույն ժամանակ, ուժեղ էլեկտրական դաշտերը հանգեցնում են ջրի որոշ մոլեկուլների պառակտմանը և էլեկտրոնների հեռացմանը (իոնացման), ինչը հանգեցնում է մեծ քանակությամբ ռեակտիվ թթվածնի տեսակների (ROS) ձևավորմանը17:Միաժամանակ ստեղծված ROS18-ը պարփակվեց EWNS-ում (նկ. 1c):
Նկ.2a ցույց է տալիս EWNS-ի ստեղծման համակարգը, որը մշակվել և օգտագործվում է այս ուսումնասիրության մեջ EWNS սինթեզում:Փակ շշի մեջ պահված մաքրված ջուրը տեֆլոնի խողովակի միջոցով (2 մմ ներքին տրամագիծ) սնվում էր 30 Գ չժանգոտվող պողպատից ասեղի մեջ (մետաղական մազանոթ):Ջրի հոսքը վերահսկվում է շշի ներսում օդի ճնշմամբ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 2b-ում:Ասեղը տեղադրված է տեֆլոնի վահանակի վրա և կարող է ձեռքով կարգավորվել հաշվիչի էլեկտրոդից որոշակի հեռավորության վրա:Հաշվիչ էլեկտրոդը փայլեցված ալյումինե սկավառակ է, որի կենտրոնում անցք է նմուշառման համար:Հաշվիչ էլեկտրոդի տակ գտնվում է ալյումինե նմուշառման ձագար, որը միացված է մնացած փորձարարական սարքավորմանը նմուշառման պորտի միջոցով (նկ. 2b):Լիցքավորման կուտակումից խուսափելու համար, որը կարող է խաթարել նմուշառիչի աշխատանքը, նմուշառման բոլոր բաղադրիչները էլեկտրականորեն հիմնավորված են:
ա) Ջրային նանոկառուցվածքների ստեղծման ինժեներական համակարգ (EWNS):բ) Նմուշառիչի և էլեկտրասփրեյի խաչմերուկը՝ ցույց տալով ամենակարևոր պարամետրերը.գ) Բակտերիաների ապաակտիվացման փորձարարական կարգավորում:
Վերևում նկարագրված EWNS-ի գեներացման համակարգը կարող է փոխել հիմնական գործառնական պարամետրերը՝ հեշտացնելու EWNS-ի հատկությունների նուրբ կարգավորումը:Կարգավորեք կիրառվող լարումը (V), ասեղի և հաշվիչի էլեկտրոդի միջև հեռավորությունը (L) և ջրի հոսքը (φ) մազանոթի միջով՝ EWNS-ի բնութագրերը ճշգրտելու համար:Խորհրդանիշ, որն օգտագործվում է տարբեր համակցություններ ներկայացնելու համար՝ [V (kV), L (սմ)]:Կարգավորեք ջրի հոսքը, որպեսզի ստանաք որոշակի հավաքածուի կայուն Թեյլորի կոն [V, L]:Այս ուսումնասիրության նպատակների համար հաշվիչի էլեկտրոդի (D) բացվածքի տրամագիծը պահվել է 0,5 դյույմ (1,29 սմ):
Սահմանափակ երկրաչափության և անհամաչափության պատճառով էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը չի կարող հաշվարկվել առաջին սկզբունքներից:Փոխարենը, QuickField™ ծրագիրը (Svendborg, Դանիա)19 օգտագործվել է էլեկտրական դաշտը հաշվարկելու համար:Էլեկտրական դաշտը միատեսակ չէ, ուստի մազանոթի ծայրում գտնվող էլեկտրական դաշտի արժեքը օգտագործվել է որպես տարբեր կոնֆիգուրացիաների հղման արժեք:
Ուսումնասիրության ընթացքում ասեղի և հաշվիչի էլեկտրոդի միջև լարման և հեռավորության մի քանի համակցություններ գնահատվել են Թեյլորի կոնի ձևավորման, Թեյլորի կոնի կայունության, EWNS արտադրության կայունության և վերարտադրելիության տեսանկյունից:Տարբեր համակցություններ ներկայացված են Լրացուցիչ Աղյուսակ S1-ում:
EWNS-ի գեներացման համակարգի ելքը ուղղակիորեն միացված էր Scanning Mobility Particle Size Analyzer-ին (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) մասնիկների քանակի կոնցենտրացիայի չափման համար, ինչպես նաև աերոզոլային Faraday էլեկտրոմետրին (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN):) աերոզոլային հոսանքների համար չափվել է այնպես, ինչպես նկարագրված է մեր նախորդ հրապարակման մեջ:Ե՛վ SMPS-ը, և՛ աերոզոլային էլեկտրաչափը նմուշառված են 0,5 լ/րոպե հոսքի արագությամբ (ընդհանուր նմուշի հոսքը 1 լ/րոպե):Մասնիկների քանակի կոնցենտրացիան և աերոզոլային հոսքը չափվել են 120 վայրկյանում:Չափումը կրկնվում է 30 անգամ։Ընթացիկ չափումների հիման վրա հաշվարկվում է աերոզոլի ընդհանուր լիցքը և միջին EWNS լիցքը գնահատվում է ընտրված EWNS մասնիկների տվյալ ընդհանուր թվի համար:EWNS-ի միջին արժեքը կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով հավասարումը (1).
որտեղ IEl-ը չափված հոսանքն է, NSMPS-ը թվային կոնցենտրացիան է, որը չափվում է SMPS-ով, իսկ φEl-ը մեկ էլեկտրաչափի հոսքի արագությունն է:
Քանի որ հարաբերական խոնավությունը (RH) ազդում է մակերևութային լիցքի վրա, փորձի ընթացքում ջերմաստիճանը և (RH) պահպանվել են անփոփոխ՝ համապատասխանաբար 21°C և 45%:
Ատոմային ուժի մանրադիտակը (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) և AC260T զոնդը (Olympus, Tokyo, Japan) օգտագործվել են EWNS-ի չափը և կյանքի տևողությունը չափելու համար:AFM սկանավորման հաճախականությունը 1 Հց էր, սկանավորման տարածքը՝ 5 մկմ × 5 մկմ, և 256 սկան գիծ:Բոլոր պատկերները ենթարկվել են 1-ին կարգի պատկերների հավասարեցման՝ օգտագործելով Asylum ծրագրակազմը (դիմակի միջակայքը 100 նմ, շեմը՝ 100 pm):
Փորձարկման ձագարը հեռացվեց, և միկայի մակերեսը տեղադրվեց հաշվիչ էլեկտրոդից 2,0 սմ հեռավորության վրա՝ միջինը 120 վրկ՝ խուսափելու համար մասնիկների կուտակումից և անկանոն կաթիլների ձևավորումից միկա մակերեսի վրա:EWNS-ը ուղղակիորեն ցողվել է թարմ կտրված միկայի մակերեսի վրա (Ted Pella, Redding, CA):Միկա մակերեսի պատկերը AFM-ի ցողումից անմիջապես հետո:Թարմ կտրված չձևափոխված միկայի մակերևույթի շփման անկյունը մոտ է 0°-ին, ուստի EVNS-ը բաշխված է միկայի մակերեսի վրա գմբեթի տեսքով:Դիֆուզիոն կաթիլների տրամագիծը (a) և բարձրությունը (h) չափվել են անմիջապես AFM տեղագրությունից և օգտագործվել EWNS գմբեթավոր դիֆուզիոն ծավալը հաշվարկելու համար՝ օգտագործելով մեր նախկինում հաստատված մեթոդը:Ենթադրելով, որ EWNS-ն ունի նույն ծավալը, համարժեք տրամագիծը կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով հավասարումը (2).
Ելնելով մեր նախկինում մշակված մեթոդից՝ էլեկտրոնային սպին ռեզոնանսային (ESR) սպին թակարդն օգտագործվել է EWNS-ում կարճատև ռադիկալ միջանկյալ նյութերի առկայությունը հայտնաբերելու համար:Աերոզոլները փրփրվել են 650 մկմ Midget Sparger-ի միջոցով (Ace Glass, Vineland, NJ), որը պարունակում է DEPMPO (5-(դիետօքսիֆոսֆորիլ)-5-մեթիլ-1-պիրրոլին-N-օքսիդ) 235 մՄ լուծույթ (Oxis International Inc.):Պորտլենդ, Օրեգոն):ESR-ի բոլոր չափումները կատարվել են Bruker EMX սպեկտրոմետրի (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ԱՄՆ) և հարթ վահանակի միջոցով:Տվյալների հավաքագրման և վերլուծության համար օգտագործվել է Acquisit ծրագրակազմը (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ԱՄՆ):ROS-ի բնութագրերի որոշումը կատարվել է միայն մի շարք աշխատանքային պայմանների համար [-6,5 կՎ, 4,0 սմ]:EWNS-ի կոնցենտրացիաները չափվել են SMPS-ի միջոցով՝ հարվածային նյութում EWNS կորուստները հաշվառելուց հետո:
Օզոնի մակարդակը վերահսկվել է 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 օգտագործմամբ:
Բոլոր EWNS հատկությունների համար միջին արժեքը օգտագործվում է որպես չափման արժեք, իսկ ստանդարտ շեղումը օգտագործվում է որպես չափման սխալ:Կատարվել են T-թեստեր՝ օպտիմալացված EWNS ատրիբուտների արժեքները բազային EWNS-ի համապատասխան արժեքների հետ համեմատելու համար:
Նկար 2c-ը ցույց է տալիս նախկինում մշակված և բնութագրված էլեկտրաստատիկ տեղումների (EPES) «ձգող» համակարգը, որը կարող է օգտագործվել մակերեսին EWNS-ի նպատակային առաքման համար:EPES-ն օգտագործում է EVNS լիցքեր, որոնք ուժեղ էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ կարող են ուղղակիորեն «ուղղորդվել» թիրախի մակերեսին:EPES համակարգի մանրամասները ներկայացված են Պիրիոտակիսի և այլոց վերջին հրապարակման մեջ:11 .Այսպիսով, EPES-ը բաղկացած է 3D տպագրված PVC խցիկից՝ կոնաձև ծայրերով և պարունակում է երկու զուգահեռ չժանգոտվող պողպատից (304 չժանգոտվող պողպատ, հայելիով պատված) մետաղական թիթեղներ՝ կենտրոնում 15,24 սմ հեռավորության վրա:Տախտակները միացված էին արտաքին բարձր լարման աղբյուրին (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ներքևի թիթեղը միշտ միացված էր դրական լարման, իսկ վերին թիթեղը միշտ միացված էր գետնին (լողացող գետնին):Խցիկի պատերը ծածկված են ալյումինե փայլաթիթեղով, որը էլեկտրականորեն հիմնավորված է մասնիկների կորուստը կանխելու համար:Խցիկը ունի փակ առջևի բեռնման դուռ, որը թույլ է տալիս փորձարկման մակերեսները տեղադրել պլաստմասե ստենդների վրա, որոնք դրանք բարձրացնում են ներքևի մետաղական թիթեղից վեր՝ բարձր լարման միջամտությունից խուսափելու համար:
EWNS-ի ներդրման արդյունավետությունը EPES-ում հաշվարկվել է համաձայն նախկինում մշակված արձանագրության, որը մանրամասն նկարագրված է Լրացուցիչ Նկար S111-ում:
Որպես կառավարման խցիկ, երկրորդ գլանաձև հոսքի խցիկը հաջորդաբար միացված էր EPES համակարգին, որում օգտագործվեց միջանկյալ HEPA ֆիլտր՝ EWNS-ը հեռացնելու համար:Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2c-ում, EWNS աերոզոլը մղվել է երկու ներկառուցված խցիկների միջով:Կառավարման սենյակի և EPES-ի միջև եղած զտիչը հեռացնում է մնացած EWNS-ը, ինչը հանգեցնում է նույն ջերմաստիճանի (T), հարաբերական խոնավության (RH) և օզոնի մակարդակին:
Պարզվել է, որ սննդամթերքով փոխանցվող կարևոր միկրոօրգանիզմները աղտոտում են թարմ մթերքները, ինչպիսիք են E. coli-ն (ATCC #27325), կղանքի ցուցիչը, Salmonella enterica (ATCC #53647), սննդային պաթոգենը, Listeria-ն անվնաս (ATCC #33090), պաթոգեն Listeria monocytogenes-ի փոխարինողը (Sacaria monocytogenes,ATCC, VA) CC #4098), որը փոխարինում է փչացած խմորիչին և ավելի դիմացկուն ինակտիվացված մանրէի՝ Mycobacterium paralucky-ին (ATCC #19686):
Գնեք պատահական տուփեր օրգանական խաղողի լոլիկի ձեր տեղական շուկայից և սառեցրեք 4°C ջերմաստիճանում մինչև օգտագործելը (մինչև 3 օր):Փորձնական լոլիկները բոլորն էլ նույն չափի էին, մոտ 1/2 դյույմ տրամագծով:
Մշակույթի, պատվաստման, ազդեցության և գաղութների թվի արձանագրությունները մանրամասն ներկայացված են մեր նախորդ հրապարակման մեջ և մանրամասն՝ Լրացուցիչ տվյալների մեջ:EWNS-ի արդյունավետությունը գնահատվել է պատվաստված լոլիկը 40,000 #/սմ3 45 րոպեի ընթացքում մերկացնելով:Համառոտ, երեք լոլիկ օգտագործվել է գոյատևած միկրոօրգանիզմների գնահատման համար t = 0 րոպե:Երեք լոլիկ տեղադրվեցին EPES-ում և ենթարկվեցին EWNS 40,000 #/cc (EWNS-ի բաց լոլիկ), իսկ մնացած երեքը տեղադրվեցին հսկիչ պալատում (հսկիչ լոլիկ):Երկու խմբերում էլ լոլիկի լրացուցիչ վերամշակում չի իրականացվել։EWNS-ի ազդեցության տակ գտնվող լոլիկները և հսկիչ լոլիկները հեռացվել են 45 րոպե հետո՝ EWNS-ի ազդեցությունը գնահատելու համար:
Յուրաքանչյուր փորձ իրականացվել է եռակի:Տվյալների վերլուծությունն իրականացվել է Լրացուցիչ տվյալների մեջ նկարագրված արձանագրության համաձայն:
Ապաակտիվացման մեխանիզմները գնահատվել են բացված EWNS նմուշների նստվածքով (45 րոպե 40000 #/սմ3 EWNS աերոզոլի կոնցենտրացիայով) և անվնաս բակտերիաների E. coli-ի, Salmonella enterica-ի և Lactobacillus-ի չճառագայթված նմուշների միջոցով:Մասնիկները ամրացվել են 2,5% գլյուտարալդեհիդում, 1,25% պարաֆորմալդեհիդում և 0,03% պիկրաթթվի մեջ 0,1 մ նատրիումի կակոդիլատային բուֆերում (pH 7,4) 2 ժամ սենյակային ջերմաստիճանում։Լվացքից հետո 1% օսմիումի տետրոօքսիդով (OsO4)/1,5% կալիումի ֆերոցիանիդով (KFeCN6) 2 ժամ ֆիքսել, 3 անգամ լվանալ ջրով և 1 ժամ ինկուբացնել 1% ուրանիլացետատում, ապա երկու անգամ լվանալ ջրով, ապա ջրազրկել 50% սպիրտով, 10 րոպեում ջրազրկել 509%, 10% սպիրտով։Այնուհետև նմուշները դրվեցին պրոպիլենօքսիդի մեջ 1 ժամ և ներծծվեցին պրոպիլենօքսիդի և TAAP Epon-ի 1:1 խառնուրդով (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA):Նմուշները տեղադրվել են TAAB Epon-ում և պոլիմերացվել 60°C-ում 48 ժամ:Սպառված հատիկավոր խեժը կտրվել և տեսանելի է TEM-ի միջոցով՝ օգտագործելով սովորական փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակ JEOL 1200EX (JEOL, Տոկիո, Ճապոնիա), որը հագեցած է AMT 2k CCD տեսախցիկով (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Մասաչուսեթս, ԱՄՆ):
Բոլոր փորձերն իրականացվել են եռակի:Յուրաքանչյուր ժամանակային կետի համար բակտերիալ լվացումները սերմանվել են եռակի, ինչը հանգեցրել է ընդհանուր ինը տվյալների կետ մեկ կետի համար, որոնց միջինն օգտագործվել է որպես մանրէների կոնցենտրացիան տվյալ միկրոօրգանիզմի համար:Ստանդարտ շեղումը օգտագործվել է որպես չափման սխալ:Բոլոր միավորները հաշվում են:
Բակտերիաների կոնցենտրացիայի նվազման լոգարիթմը t = 0 րոպեի համեմատ հաշվարկվել է հետևյալ բանաձևով.
որտեղ C0-ը հսկիչ նմուշում բակտերիաների կոնցենտրացիան է 0-ին (այսինքն՝ մակերեսը չորացնելուց հետո, բայց նախքան խցիկում տեղադրվելը) և Cn-ը բակտերիաների կոնցենտրացիան է մակերևույթի վրա n րոպե ազդեցությունից հետո:
45 րոպե ազդեցության ընթացքում բակտերիաների բնական քայքայումը հաշվի առնելու համար 45 րոպեից հետո հսկողության համեմատ գրանցամատյանի կրճատումը նույնպես հաշվարկվել է հետևյալ կերպ.
որտեղ Cn-ը բակտերիաների կոնցենտրացիան է հսկիչ նմուշում n-ում, իսկ Cn-Control-ը n-ի ժամանակ հսկիչ բակտերիաների կոնցենտրացիան է:Տվյալները ներկայացվում են որպես գրանցամատյանների կրճատում՝ համեմատած հսկողության հետ (առանց EWNS-ի ազդեցության):
Ուսումնասիրության ընթացքում ասեղի և հաշվիչի էլեկտրոդի միջև լարման և հեռավորության մի քանի համակցություններ գնահատվել են Թեյլորի կոնի ձևավորման, Թեյլորի կոնի կայունության, EWNS արտադրության կայունության և վերարտադրելիության տեսանկյունից:Տարբեր համակցություններ ներկայացված են Լրացուցիչ Աղյուսակ S1-ում:Համապարփակ ուսումնասիրության համար ընտրվել են երկու դեպք, որոնք ցույց են տալիս կայուն և վերարտադրելի հատկություններ (Թեյլորի կոն, EWNS առաջացում և կայունություն ժամանակի ընթացքում):Նկ.Նկար 3-ը ցույց է տալիս ROS-ի լիցքի, չափի և բովանդակության արդյունքները երկու դեպքում էլ:Արդյունքները ներկայացված են նաև Աղյուսակ 1-ում: Հղման համար, և՛ Նկար 3-ը, և՛ Աղյուսակ 1-ը ներառում են նախկինում սինթեզված ոչ օպտիմալացված EWNS8, 9, 10, 11 (բազային-EWNS) հատկությունները:Վիճակագրական նշանակության հաշվարկները՝ օգտագործելով երկկողմանի t-թեստը, վերահրատարակված են Լրացուցիչ Աղյուսակ S2-ում:Բացի այդ, լրացուցիչ տվյալները ներառում են հակաէլեկտրոդների նմուշառման անցքի տրամագծի (D) և հողային էլեկտրոդի և ծայրի (L) միջև հեռավորության ազդեցության ուսումնասիրությունները (Լրացուցիչ նկարներ S2 և S3):
(ակ) Չափի բաշխումը, որը չափվում է AFM-ով:դզ) Մակերեւութային լիցքի բնութագիրը.է) EPR-ի ROS բնութագրումը:
Կարևոր է նաև նշել, որ վերը նշված բոլոր պայմանների համար չափված իոնացման հոսանքը եղել է 2-ից 6 մԱ, իսկ լարումը -3,8-ից -6,5 կՎ-ի միջև, ինչը հանգեցնում է 50 մՎտ-ից պակաս էներգիայի սպառման այս մեկ EWNS սերնդի կոնտակտային մոդուլի համար:Չնայած EWNS-ը սինթեզվում էր բարձր ճնշման տակ, օզոնի մակարդակը շատ ցածր էր՝ երբեք չգերազանցելով 60 ppb:
Լրացուցիչ Նկար S4-ը ցույց է տալիս մոդելավորված էլեկտրական դաշտերը համապատասխանաբար [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] և [-3,8 կՎ, 0,5 սմ] սցենարների համար:[-6,5 կՎ, 4,0 սմ] և [-3,8 կՎ, 0,5 սմ] սցենարների համար դաշտային հաշվարկներն են՝ համապատասխանաբար 2 × 105 Վ/մ և 4,7 × 105 Վ/մ:Դա սպասելի է, քանի որ երկրորդ դեպքում լարում-հեռավորություն հարաբերակցությունը շատ ավելի մեծ է։
Նկ.3a,b-ը ցույց է տալիս EWNS տրամագիծը, որը չափվում է AFM8-ով:EWNS-ի հաշվարկված միջին տրամագիծը համապատասխանաբար 27 նմ և 19 նմ էր [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] և [-3,8 կՎ, 0,5 սմ] սխեմաների համար:[-6,5 կՎ, 4,0 սմ] և [-3,8 կՎ, 0,5 սմ] սցենարների դեպքում բաշխումների երկրաչափական ստանդարտ շեղումները համապատասխանաբար կազմում են 1,41 և 1,45, ինչը ցույց է տալիս չափերի նեղ բաշխումը:Ե՛վ միջին չափը, և՛ երկրաչափական ստանդարտ շեղումը շատ մոտ են ելակետային EWNS-ին, համապատասխանաբար 25 նմ և 1,41:Նկ.3c-ը ցույց է տալիս բազային EWNS-ի չափերի բաշխումը, որը չափվում է նույն եղանակով նույն պայմաններում:
Նկ.3d,e ցույց է տալիս լիցքի բնութագրման արդյունքները:Տվյալները կոնցենտրացիայի (#/սմ3) և հոսանքի (I) 30 միաժամանակյա չափումների միջին չափումներ են:Վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ EWNS-ի միջին լիցքը կազմում է 22 ± 6 e- և 44 ± 6 e- համապատասխանաբար [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] և [-3,8 կՎ, 0,5 սմ] համար:Նրանք ունեն զգալիորեն ավելի բարձր մակերևութային լիցքեր՝ համեմատած բազային EWNS-ի հետ (10 ± 2 e-), երկու անգամ ավելի մեծ, քան [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] սցենարը և չորս անգամ ավելի, քան [-3 ,8 կՎ, 0,5 սմ]:Նկար 3f-ը ցույց է տալիս լիցքը:տվյալների Baseline-EWNS-ի համար:
EWNS թվի համակենտրոնացման քարտեզներից (Լրացուցիչ նկարներ S5 և S6) կարելի է տեսնել, որ [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] սցենարը զգալիորեն ավելի շատ մասնիկներ ունի, քան [-3,8 կՎ, 0,5 սմ] սցենարը:Հարկ է նաև նշել, որ EWNS-ի համարի կոնցենտրացիան վերահսկվել է մինչև 4 ժամ (Լրացուցիչ նկարներ S5 և S6), որտեղ EWNS-ի առաջացման կայունությունը ցույց է տվել մասնիկների թվի համակենտրոնացման նույն մակարդակները երկու դեպքում էլ:
Նկ.3g-ը ցույց է տալիս EPR սպեկտրը [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] օպտիմիզացված EWNS հսկողության (ֆոնի) հանումից հետո:ROS սպեկտրները նաև համեմատվել են Baseline-EWNS սցենարի հետ նախկինում հրապարակված աշխատության մեջ:Սփին թակարդներով արձագանքող EWNS-ների թիվը հաշվարկվել է 7,5 × 104 EWNS/վ, որը նման է նախկինում հրապարակված Baseline-EWNS8-ին:EPR սպեկտրը հստակ ցույց է տվել ROS-ի երկու տեսակի առկայությունը, ընդ որում O2-ը գերակշռող տեսակն է, իսկ OH•-ն ավելի քիչ առատ է:Բացի այդ, գագաթնակետային ինտենսիվությունների ուղղակի համեմատությունը ցույց է տվել, որ օպտիմիզացված EWNS-ն ուներ զգալիորեն ավելի բարձր ROS պարունակություն՝ համեմատած ելակետային EWNS-ի հետ:
Նկ.4-ը ցույց է տալիս EWNS-ի ներդրման արդյունավետությունը EPES-ում:Տվյալներն ամփոփված են նաև Աղյուսակ I-ում և համեմատվում են նախնական EWNS տվյալների հետ:EUNS-ի երկու դեպքում էլ նստվածքը մոտ 100% է նույնիսկ 3.0 կՎ ցածր լարման դեպքում:Սովորաբար, 3.0 կՎ-ն բավարար է 100% նստվածքի համար՝ անկախ մակերևութային լիցքի փոփոխությունից:Նույն պայմաններում, Baseline-EWNS-ի նստեցման արդյունավետությունը կազմել է ընդամենը 56%՝ պայմանավորված նրանց ավելի ցածր լիցքով (միջինը 10 էլեկտրոն մեկ EWNS-ում):
Նկ.5 և աղյուսակում:2-ն ամփոփում է լոլիկի մակերևույթին պատվաստված միկրոօրգանիզմների ինակտիվացման արժեքը մոտ 40,000 #/սմ3 EWNS 45 րոպեի ընթացքում օպտիմալ ռեժիմով [-6,5 կՎ, 4,0 սմ] ազդեցությունից հետո:Պատվաստված E. coli-ն և Lactobacillus innocuous-ը 45 րոպե ազդեցության ընթացքում ցույց են տվել զգալի կրճատում` 3,8 լոգերի:Նույն պայմաններում S. enterica-ն ունեցել է 2.2 լոգարիան, իսկ S. cerevisiae-ն ու M. parafortutum-ը՝ 1.0 լոգարիանով:
Էլեկտրոնային միկրոգրաֆիկները (Նկար 6) պատկերում են EWNS-ի կողմից առաջացած ֆիզիկական փոփոխությունները անվնաս Escherichia coli-ի, Streptococcus-ի և Lactobacillus բջիջների վրա, որոնք հանգեցնում են նրանց ապաակտիվացմանը:Վերահսկիչ բակտերիաները ունեին անձեռնմխելի բջջային թաղանթներ, մինչդեռ մերկացած բակտերիաները վնասված էին արտաքին թաղանթներ:
Վերահսկիչ և մերկացած բակտերիաների էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերումը բացահայտեց թաղանթի վնասը:
Օպտիմիզացված EWNS-ի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների վերաբերյալ տվյալները միասին ցույց են տալիս, որ EWNS-ի հատկությունները (մակերևութային լիցքը և ROS պարունակությունը) զգալիորեն բարելավվել են նախկինում հրապարակված EWNS ելակետային տվյալների համեմատ8,9,10,11:Մյուս կողմից, դրանց չափերը մնացին նանոմետրերի միջակայքում, շատ նման էին նախկինում հաղորդված արդյունքներին, ինչը թույլ էր տալիս երկար ժամանակ օդում մնալ:Դիտարկված բազմաբնույթությունը կարող է բացատրվել մակերևութային լիցքի փոփոխություններով, որոնք որոշում են EWNS-ի չափը, Ռեյլի էֆեկտի պատահականությունը և պոտենցիալ միաձուլումը:Այնուամենայնիվ, ինչպես մանրամասնել է Նիլսենը և այլք.22, բարձր մակերևութային լիցքը նվազեցնում է գոլորշիացումը՝ արդյունավետորեն մեծացնելով ջրի կաթիլի մակերևութային էներգիան/լարվածությունը:Մեր նախորդ հրապարակման մեջ8 այս տեսությունը փորձնականորեն հաստատվել է միկրոկաթիլների 22-ի և EWNS-ի համար:Արտաժամյա աշխատանքի ընթացքում լիցքաթափումը նույնպես կարող է ազդել չափի վրա և նպաստել դիտարկվող չափերի բաշխմանը: