Շնորհակալություն Nature.com կայք այցելելու համար: Ձեր օգտագործած դիտարկիչի տարբերակն ունի սահմանափակ CSS աջակցություն: Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում): Մինչդեռ, շարունակական աջակցությունն ապահովելու համար, մենք կայքը կցուցադրենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Կարուսել, որը միաժամանակ ցուցադրում է երեք սլայդ: Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդով անցնելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սահող կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդով անցնելու համար:
Վերջերս մշակվել է քիմիական նյութերից զերծ հակամանրէային հարթակ, որը հիմնված է նանոտեխնոլոգիայի վրա՝ օգտագործելով արհեստական ​​ջրային նանոկառուցվածքներ (EWNS): EWNS-ները ունեն բարձր մակերեսային լիցք և հագեցած են ռեակտիվ թթվածնային տեսակներով (ROS), որոնք կարող են փոխազդել և ապաակտիվացնել մի շարք միկրոօրգանիզմներ, այդ թվում՝ սննդային նանոկառուցվածքներ: Այստեղ ցույց է տրվում, որ սինթեզի ընթացքում դրանց հատկությունները կարող են ճշգրտվել և օպտիմալացվել՝ դրանց հակաբակտերիալ ներուժը հետագայում բարձրացնելու համար: EWNS լաբորատոր հարթակը նախագծվել է EWNS-ի հատկությունները ճշգրտելու համար՝ փոխելով սինթեզի պարամետրերը: EWNS հատկությունների (լիցքը, չափը և ROS-ի պարունակությունը) բնութագրում՝ օգտագործելով ժամանակակից վերլուծական մեթոդներ: Բացի այդ, դրանք գնահատվել են սննդային միկրոօրգանիզմների, ինչպիսիք են Escherichia coli-ն, Salmonella enterica-ն, Listeria innocuous-ը, Mycobacterium paraaccidentum-ը և Saccharomyces cerevisiae-ն, դեմ մանրէային ապաակտիվացման ներուժի համար: Այստեղ ներկայացված արդյունքները ցույց են տալիս, որ EWNS-ի հատկությունները կարող են ճշգրտվել սինթեզի ընթացքում, ինչը հանգեցնում է ապաակտիվացման արդյունավետության էքսպոնենցիալ աճի: Մասնավորապես, մակերեսային լիցքը մեծացել է չորս անգամ, և ռեակտիվ թթվածնային տեսակները մեծացել են: Մանրէների հեռացման արագությունը կախված էր մանրէից և տատանվում էր 1.0-ից մինչև 3.8 log՝ 40,000 #cc EWNS աէրոզոլի դեղաչափի 45 րոպե ազդեցությունից հետո։
Մանրէային աղտոտումը սննդային թունավորման հիմնական պատճառն է, որը առաջանում է հարուցիչների կամ դրանց տոքսինների կլանման հետևանքով։ Միայն Միացյալ Նահանգներում սննդային թունավորումը տարեկան մոտ 76 միլիոն հիվանդության, 325,000 հոսպիտալացման և 5,000 մահվան պատճառ է դառնում1։ Բացի այդ, Միացյալ Նահանգների Գյուղդեպարտամենտը (USDA) գնահատում է, որ թարմ մթերքների սպառման աճը պատասխանատու է Միացյալ Նահանգներում սննդային թունավորման բոլոր գրանցված հիվանդությունների 48%-ի համար2։ Միացյալ Նահանգներում սննդային թունավորման հարուցիչների պատճառած հիվանդությունների և մահերի արժեքը շատ բարձր է, Հիվանդությունների վերահսկման և կանխարգելման կենտրոնների (CDC) կողմից գնահատվել է տարեկան ավելի քան 15.6 միլիարդ ԱՄՆ դոլար3։
Ներկայումս սննդի անվտանգությունն ապահովելու համար քիմիական4, ճառագայթային5 և ջերմային6 հակամանրէային միջամտությունները հիմնականում իրականացվում են արտադրական շղթայի երկայնքով սահմանափակ կրիտիկական վերահսկման կետերում (CCP) (սովորաբար բերքահավաքից հետո և/կամ փաթեթավորման ընթացքում), այլ ոչ թե անընդհատ։ Հետևաբար, դրանք հակված են խաչաձև աղտոտման։ 7. Սննդային թունավորման և սննդի փչացման ավելի լավ վերահսկողությունը պահանջում է հակամանրէային միջամտություններ, որոնք հնարավոր է կիրառվեն ֆերմայից մինչև սեղան՝ միաժամանակ նվազեցնելով շրջակա միջավայրի վրա ազդեցությունը և ծախսերը։
Վերջերս մշակվել է քիմիական նյութերից զերծ, նանոտեխնոլոգիայի վրա հիմնված հակամանրէային հարթակ, որը կարող է ինակտիվացնել մակերեսային և օդային մանրէները՝ օգտագործելով արհեստական ​​ջրային նանոկառուցվածքներ (EWNS): EWNS-ը սինթեզվել է երկու զուգահեռ գործընթացների՝ էլեկտրոցողման և ջրի իոնացման միջոցով (Նկար 1ա): Նախորդ ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ EWNS-ն ունի ֆիզիկական և կենսաբանական հատկությունների եզակի հավաքածու8,9,10: EWNS-ն միջինում ունի 10 էլեկտրոն մեկ կառուցվածքում և միջինում 25 նմ նանոմասշտաբային չափս (Նկար 1բ,գ)8,9,10: Բացի այդ, էլեկտրոնային սպինային ռեզոնանսը (ESR) ցույց է տվել, որ EWNS-ն պարունակում է մեծ քանակությամբ ռեակտիվ թթվածնային տեսակներ (ROS), հիմնականում հիդրօքսիլ (OH•) և սուպերօքսիդ (O2-) ռադիկալներ (Նկար 1գ)8: EVNS-ը երկար ժամանակ գտնվում է օդում և կարող է բախվել օդում կախված և մակերեսին առկա միկրոօրգանիզմների հետ՝ մատակարարելով նրանց ROS օգտակար բեռը և առաջացնելով միկրոօրգանիզմների ինակտիվացում (Նկար 1դ): Այս վաղ ուսումնասիրությունները նաև ցույց տվեցին, որ EWNS-ը կարող է փոխազդել և ապաակտիվացնել տարբեր գրամ-բացասական և գրամ-դրական մանրէների, այդ թվում՝ միկոբակտերիաների հետ մակերեսների վրա և օդում: Տրանսմիսիոն էլեկտրոնային մանրադիտակը ցույց տվեց, որ ապաակտիվացումը պայմանավորված էր բջջային թաղանթի խզմամբ: Բացի այդ, սուր ինհալացիոն ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ EWNS-ի բարձր չափաբաժինները չեն առաջացնում թոքերի վնաս կամ բորբոքում 8:
(ա) Էլեկտրական ցողումը տեղի է ունենում, երբ հեղուկ պարունակող մազանոթային խողովակի և հակաէլեկտրոդի միջև կիրառվում է բարձր լարում։ (բ) Բարձր ճնշման կիրառումը հանգեցնում է երկու տարբեր երևույթների՝ (i) ջրի էլեկտրոցողում և (ii) ռեակտիվ թթվածնային տեսակների (իոնների) առաջացում, որոնք հայտնվում են EWNS-ում։ (գ) EWNS-ի եզակի կառուցվածքը։ (դ) Իրենց նանոմասնագիտային բնույթի շնորհիվ EWNS-ները բարձր շարժունակություն ունեն և կարող են փոխազդել օդային ճանապարհով փոխանցվող հարուցիչների հետ։
Վերջերս ցույց է տրվել նաև EWNS հակամանրէային հարթակի՝ թարմ սննդի մակերեսին սննդային միկրոօրգանիզմները ինակտիվացնելու ունակությունը: Ապացուցվել է նաև, որ EWNS-ի մակերեսային լիցքը էլեկտրական դաշտի հետ համատեղ կարող է օգտագործվել նպատակային առաքման հասնելու համար: Ավելին, մոտ 50,000 դյույմ/սմ3 EWNS-ի 90 րոպեանոց ազդեցության տակ օրգանական լոլիկի նախնական արդյունքները խրախուսական էին, որտեղ դիտարկվել են տարբեր սննդային միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են E. coli-ն և Listeria 11-ը: Բացի այդ, նախնական օրգանոլեպտիկ թեստերը չեն ցույց տվել զգայական ազդեցություն վերահսկիչ լոլիկի համեմատ: Չնայած այս նախնական ինակտիվացման արդյունքները խրախուսական են սննդի անվտանգության կիրառման համար նույնիսկ EWNS-ի շատ ցածր՝ 50,000 դյույմ/սմ3 դեղաչափերի դեպքում, պարզ է, որ ավելի բարձր ինակտիվացման ներուժն ավելի օգտակար կլինի վարակի և փչացման ռիսկը հետագայում նվազեցնելու համար:
Այստեղ մենք մեր հետազոտությունը կկենտրոնացնենք EWNS սերնդի հարթակի մշակման վրա՝ սինթեզի պարամետրերի նուրբ կարգավորումը և EWNS-ի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների օպտիմալացումը՝ դրանց հակաբակտերիալ ներուժը բարձրացնելու համար: Մասնավորապես, օպտիմալացումը կենտրոնացել է դրանց մակերեսային լիցքի ավելացման (նպատակային մատակարարումը բարելավելու համար) և ROS պարունակության (ինակտիվացման արդյունավետությունը բարելավելու համար) վրա: Բնութագրել օպտիմալացված ֆիզիկաքիմիական հատկությունները (չափսը, լիցքը և ROS պարունակությունը)՝ օգտագործելով ժամանակակից վերլուծական մեթոդներ և օգտագործել տարածված սննդային միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են E.-ն:
EVNS-ը սինթեզվել է բարձր մաքրության ջրի (18 ՄΩ սմ–1) միաժամանակյա էլեկտրոցողման և իոնացման միջոցով: Էլեկտրական նեբուլայզերը 12 սովորաբար օգտագործվում է հեղուկների ատոմիզացման և պոլիմերային ու կերամիկական մասնիկների 13 ու վերահսկվող չափի մանրաթելերի 14 սինթեզի համար:
Ինչպես մանրամասն նկարագրված է նախորդ հրապարակումներում՝ 8, 9, 10, 11, տիպիկ փորձի ժամանակ մետաղական մազանոթի և հողանցված հակաէլեկտրոդի միջև կիրառվել է բարձր լարում: Այս գործընթացի ընթացքում տեղի են ունենում երկու տարբեր երևույթներ՝ i) էլեկտրոցողում և ii) ջրի իոնացում: Երկու էլեկտրոդների միջև ուժեղ էլեկտրական դաշտը առաջացնում է բացասական լիցքերի կուտակում խտացրած ջրի մակերեսին, ինչը հանգեցնում է Թեյլորի կոների առաջացմանը: Արդյունքում առաջանում են բարձր լիցքավորված ջրի կաթիլներ, որոնք շարունակում են քայքայվել ավելի փոքր մասնիկների, ինչպես Ռելեյի տեսության մեջ16: Միաժամանակ ուժեղ էլեկտրական դաշտերը որոշ ջրի մոլեկուլների բաժանման և էլեկտրոնների պոկման (իոնացման) պատճառ են դառնում, ինչը հանգեցնում է մեծ քանակությամբ ռեակտիվ թթվածնային տեսակների (ROS) առաջացմանը17: Միաժամանակ առաջացած ROS18-ը պարկուճացվել է EWNS-ում (Նկար 1c):
Նկար 2ա-ում պատկերված է EWNS սինթեզում մշակված և այս ուսումնասիրության մեջ օգտագործված EWNS սինթեզի համար օգտագործված EWNS գեներացիայի համակարգը: Փակ շշի մեջ պահվող մաքրված ջուրը տեֆլոնե խողովակի (2 մմ ներքին տրամագծով) միջով մատակարարվել է 30G չժանգոտվող պողպատե ասեղի (մետաղական մազանոթ): Ջրի հոսքը կարգավորվում է շշի ներսում գտնվող օդի ճնշմամբ, ինչպես ցույց է տրված նկար 2բ-ում: Ասեղը տեղադրված է տեֆլոնե կոնսոլի վրա և կարող է ձեռքով կարգավորվել հակադարձ էլեկտրոդից որոշակի հեռավորության վրա: Հակադարձ էլեկտրոդը հղկված ալյումինե սկավառակ է՝ կենտրոնում անցքով՝ նմուշառման համար: Հակադարձ էլեկտրոդի տակ գտնվում է ալյումինե նմուշառման ձագար, որը միացված է փորձարարական համակարգի մնացած մասին նմուշառման անցքի միջոցով (Նկար 2բ): Լիցքի կուտակումը կանխելու համար, որը կարող է խաթարել նմուշառիչի աշխատանքը, նմուշառիչի բոլոր բաղադրիչները էլեկտրականորեն հողանցված են:
(ա) Ջրային նանոկառուցվածքային գեներացման ինժիներական համակարգ (EWNS): (բ) Նմուշառիչի և էլեկտրոցողիչի լայնական կտրվածքը, որը ցույց է տալիս ամենակարևոր պարամետրերը: (գ) Բակտերիաների ինակտիվացման փորձարարական կարգավորում:
Վերը նկարագրված EWNS գեներացման համակարգը կարող է փոխել հիմնական աշխատանքային պարամետրերը՝ EWNS հատկությունների նուրբ կարգավորումը հեշտացնելու համար: Կարգավորեք կիրառվող լարումը (V), ասեղի և հակադարձ էլեկտրոդի միջև հեռավորությունը (L) և ջրի հոսքը (φ) մազանոթի միջով՝ EWNS բնութագրերը նուրբ կարգավորելու համար: Տարբեր համակցությունները ներկայացնելու համար օգտագործվող խորհրդանիշն է՝ [V (կՎ), L (սմ)]: Կարգավորեք ջրի հոսքը՝ որոշակի հավաքածուի կայուն Թեյլորի կոն ստանալու համար [V, L]: Այս ուսումնասիրության նպատակների համար հակադարձ էլեկտրոդի (D) ապերտուրայի տրամագիծը պահպանվել է 0.5 դյույմ (1.29 սմ):
Սահմանափակ երկրաչափության և ասիմետրիայի պատճառով էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը հնարավոր չէ հաշվարկել առաջին սկզբունքներից։ Դրա փոխարեն, էլեկտրական դաշտը հաշվարկելու համար օգտագործվել է QuickField™ ծրագիրը (Սվենդբորգ, Դանիա)19: Էլեկտրական դաշտը միատարր չէ, ուստի մազանոթի ծայրին գտնվող էլեկտրական դաշտի արժեքը օգտագործվել է որպես հղման արժեք տարբեր կոնֆիգուրացիաների համար։
Ուսումնասիրության ընթացքում գնահատվել են ասեղի և հակադարձ էլեկտրոդի միջև լարման և հեռավորության մի քանի համադրություններ՝ Թեյլորի կոնի ձևավորման, Թեյլորի կոնի կայունության, EWNS արտադրության կայունության և վերարտադրելիության տեսանկյունից: Տարբեր համադրություններ ներկայացված են լրացուցիչ աղյուսակ S1-ում:
EWNS գեներացման համակարգի ելքային տեղեկատվությունը միացված է անմիջապես սկանավորող շարժունակության մասնիկների չափի վերլուծիչին (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN)՝ մասնիկների քանակի կոնցենտրացիայի չափման համար, ինչպես նաև աէրոզոլային Ֆարադեյի էլեկտրոմետրին (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN): Աէրոզոլային հոսանքների չափումը կատարվել է մեր նախորդ հրապարակման մեջ նկարագրվածի համաձայն: SMPS-ը և աէրոզոլային էլեկտրոմետրը նմուշառվել են 0.5 լ/րոպե հոսքի արագությամբ (ընդհանուր նմուշի հոսք՝ 1 լ/րոպե): Մասնիկների քանակի կոնցենտրացիան և աէրոզոլի հոսքը չափվել են 120 վայրկյան: Չափումը կրկնվում է 30 անգամ: Հոսանքի չափումների հիման վրա հաշվարկվում է աէրոզոլի ընդհանուր լիցքը, և գնահատվում է ընտրված EWNS մասնիկների տրված ընդհանուր քանակի համար միջին EWNS լիցքը: EWNS-ի միջին արժեքը կարող է հաշվարկվել (1) հավասարման միջոցով:
որտեղ IEl-ը չափված հոսանքն է, NSMPS-ը՝ SMPS-ով չափված թվային կոնցենտրացիան, իսկ φEl-ը՝ մեկ էլեկտրոմետրի հոսքի արագությունը։
Քանի որ հարաբերական խոնավությունը (RH) ազդում է մակերևութային լիցքի վրա, փորձի ընթացքում ջերմաստիճանը և (RH)-ն պահպանվել են հաստատուն՝ համապատասխանաբար 21°C և 45% ջերմաստիճաններում։
Ատոմային ուժային մանրադիտակ (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Սանտա Բարբարա, Կալիֆոռնիա) և AC260T զոնդ (Olympus, Տոկիո, Ճապոնիա) օգտագործվել են EWNS-ի չափը և կյանքի տևողությունը չափելու համար: AFM սկանավորման հաճախականությունը 1 Հց էր, սկանավորման տարածքը՝ 5 մկմ × 5 մկմ, և 256 սկանավորման գիծ: Բոլոր պատկերները ենթարկվել են 1-ին կարգի պատկերի հավասարեցման՝ օգտագործելով Asylum ծրագրակազմը (դիմակի միջակայք 100 նմ, շեմ 100 պմ):
Փորձարկման ձագարը հեռացվել է, և փայլարի մակերեսը տեղադրվել է հակադարձ էլեկտրոդից 2.0 սմ հեռավորության վրա՝ 120 վայրկյան միջինացված ժամանակով՝ մասնիկների կուտակումից և փայլարի մակերեսին անկանոն կաթիլների առաջացումից խուսափելու համար: EWNS-ը ցողվել է անմիջապես թարմ կտրված փայլարի մակերեսին (Թեդ Պելլա, Ռեդինգ, Կալիֆոռնիա): Փայլարի մակերեսի պատկերը AFM փոշիացումից անմիջապես հետո: Թարմ կտրված չփոփոխված փայլարի մակերեսի շփման անկյունը մոտ է 0°-ի, ուստի EVNS-ը բաշխված է փայլարի մակերեսին գմբեթի տեսքով: Դիֆուզիոն կաթիլների տրամագիծը (a) և բարձրությունը (h) չափվել են անմիջապես AFM տեղագրությունից և օգտագործվել են EWNS գմբեթավոր դիֆուզիոն ծավալը հաշվարկելու համար՝ օգտագործելով մեր նախկինում վավերացված մեթոդը: Ենթադրելով, որ ներկառուցված EWNS-ները ունեն նույն ծավալը, համարժեք տրամագիծը կարող է հաշվարկվել (2) հավասարման միջոցով:
Մեր նախկինում մշակված մեթոդի հիման վրա, EWNS-ում կարճատև ռադիկալ միջանկյալ նյութերի առկայությունը հայտնաբերելու համար օգտագործվել է էլեկտրոնային սպինային ռեզոնանսի (ESR) սպինային թակարդ։ Աէրոզոլները փուչիկներով անցել են 650 մկմ Midget սպարգերի (Ace Glass, Vineland, NJ) միջով, որը պարունակում էր DEPMPO(5-(դիէթօքսիֆոսֆորիլ)-5-մեթիլ-1-պիրոլին-N-օքսիդ) (Oxis International Inc.) 235 մՄ լուծույթ (Պորտլենդ, Օրեգոն)։ ESR-ի բոլոր չափումները կատարվել են Bruker EMX սպեկտրոմետրի (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ԱՄՆ) և հարթ վահանակի խցիկի միջոցով։ Տվյալները հավաքելու և վերլուծելու համար օգտագործվել է Acquisit ծրագիրը (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ԱՄՆ)։ ROS-ի բնութագրերի որոշումը կատարվել է միայն աշխատանքային պայմանների մի շարքի համար [-6.5 կՎ, 4.0 սմ]։ EWNS կոնցենտրացիաները չափվել են SMPS-ի միջոցով՝ հաշվի առնելով հարվածային սարքում EWNS կորուստները։
Օզոնի մակարդակը վերահսկվել է 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 սարքի միջոցով։
Բոլոր EWNS հատկությունների համար միջին արժեքը օգտագործվում է որպես չափման արժեք, իսկ ստանդարտ շեղումը՝ որպես չափման սխալ: T-թեստերը կատարվել են օպտիմիզացված EWNS ատրիբուտների արժեքները բազային EWNS-ի համապատասխան արժեքների հետ համեմատելու համար:
Նկար 2c-ն ցույց է տալիս նախկինում մշակված և բնութագրված էլեկտրաստատիկ տեղումների (EPES) «քաշող» համակարգ, որը կարող է օգտագործվել EWNS-ի մակերեսին թիրախային առաքման համար: EPES-ը օգտագործում է EVNS լիցքեր, որոնք կարող են «ուղղորդվել» անմիջապես թիրախի մակերես՝ ուժեղ էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ: EPES համակարգի մանրամասները ներկայացված են Պիրգիոտակիսի և այլոց վերջերս հրապարակված հրատարակությունում:11 Այսպիսով, EPES-ը բաղկացած է 3D տպագրված PVC խցիկից՝ կոնաձև ծայրերով և պարունակում է երկու զուգահեռ չժանգոտվող պողպատից (304 չժանգոտվող պողպատ, հայելային ծածկույթով) մետաղական թիթեղներ կենտրոնում՝ միմյանցից 15.24 սմ հեռավորության վրա: Տախտակները միացված էին արտաքին բարձր լարման աղբյուրին (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ներքևի թիթեղը միշտ միացված էր դրական լարմանը, իսկ վերին թիթեղը՝ հողին (լողացող հողին): Խցիկի պատերը ծածկված են ալյումինե փայլաթիթեղով, որը էլեկտրականորեն հողանցված է՝ մասնիկների կորուստը կանխելու համար: Խցիկն ունի կնքված առջևի բեռնման դուռ, որը թույլ է տալիս փորձարկման մակերեսները տեղադրել պլաստիկե հենարանների վրա, որոնք դրանք բարձրացնում են ներքևի մետաղական թիթեղից վեր՝ բարձր լարման միջամտությունից խուսափելու համար։
EPES-ում EWNS-ի նստեցման արդյունավետությունը հաշվարկվել է նախկինում մշակված արձանագրության համաձայն, որը մանրամասն ներկայացված է լրացուցիչ նկար S111-ում։
Որպես կառավարման խցիկ, երկրորդ գլանաձև հոսքի խցիկը շարքով միացված էր EPES համակարգին, որտեղ միջանկյալ HEPA ֆիլտրն օգտագործվում էր EWNS-ը հեռացնելու համար: Ինչպես ցույց է տրված նկար 2c-ում, EWNS աէրոզոլը մղվել է երկու ներկառուցված խցիկների միջով: Կառավարման սենյակի և EPES-ի միջև գտնվող ֆիլտրը հեռացնում է մնացած EWNS-ը՝ հանգեցնելով նույն ջերմաստիճանի (T), հարաբերական խոնավության (RH) և օզոնի մակարդակի:
Թարմ սննդամթերքը աղտոտում են սննդային կարևոր միկրոօրգանիզմներ, ինչպիսիք են E. coli-ն (ATCC #27325), կղանքի ինդիկատոր Salmonella enterica-ն (ATCC #53647), սննդային հարուցիչ Listeria harmless-ը (ATCC #33090), պաթոգեն Listeria monocytogenes-ի փոխարինողը, որը ստացվել է ATCC (Մանասաս, Վիրջինիա) Saccharomyces cerevisiae-ից (ATCC #4098), որը փչացնող խմորիչի փոխարինող է, և ավելի դիմացկուն ինակտիվացված Mycobacterium paralucky-ից (ATCC #19686):
Գնեք պատահական տուփերով օրգանական խաղողի լոլիկ ձեր տեղական շուկայից և պահեք սառնարանում 4°C ջերմաստիճանում մինչև օգտագործելը (մինչև 3 օր): Փորձարկվող լոլիկները բոլորը նույն չափի էին՝ մոտ 1/2 դյույմ տրամագծով:
Մշակույթի, պատվաստման, ազդեցության և գաղութների հաշվարկի արձանագրությունները մանրամասն նկարագրված են մեր նախորդ հրապարակման մեջ և մանրամասն նկարագրված են լրացուցիչ տվյալներում: EWNS-ի արդյունավետությունը գնահատվել է՝ պատվաստված լոլիկները 45 րոպե 40,000 #/cm3 ենթարկելով: Հակիրճ ասած, t = 0 րոպե ժամանակում գոյատևող միկրոօրգանիզմները գնահատելու համար օգտագործվել են երեք լոլիկ: Երեք լոլիկ տեղադրվել են EPES-ում և ենթարկվել EWNS-ի 40,000 #/cc պարունակությամբ (EWNS-ին ենթարկված լոլիկներ), իսկ մնացած երեքը տեղադրվել են վերահսկիչ խցիկում (վերահսկիչ լոլիկներ): Երկու խմբերի լոլիկների լրացուցիչ մշակում չի իրականացվել: EWNS-ին ենթարկված լոլիկները և վերահսկիչ լոլիկները հեռացվել են 45 րոպե անց՝ EWNS-ի ազդեցությունը գնահատելու համար:
Յուրաքանչյուր փորձ իրականացվել է եռակի։ Տվյալների վերլուծությունը կատարվել է լրացուցիչ տվյալներում նկարագրված արձանագրության համաձայն։
Անակտիվացման մեխանիզմները գնահատվել են EWNS-ի ենթարկված նմուշների նստեցման միջոցով (45 րոպե 40,000 #/սմ3 EWNS աէրոզոլային կոնցենտրացիայի դեպքում) և անվնաս E. coli, Salmonella enterica և Lactobacillus բակտերիաների չճառագայթված նմուշների: Մասնիկները ֆիքսվել են 2.5% գլուտարալդեհիդի, 1.25% պարաֆորմալդեհիդի և 0.03% պիկրինաթթվի մեջ՝ 0.1 Մ նատրիումի կակոդիլատ բուֆերում (pH 7.4) 2 ժամ սենյակային ջերմաստիճանում: Լվանալուց հետո, ֆիքսվել են 1% օսմիումի տետրօքսիդով (OsO4)/1.5% կալիումի ֆերոցիանիդով (KFeCN6) 2 ժամ, լվացվել 3 անգամ ջրով և ինկուբացվել 1% ուրանիլացետատում 1 ժամ, ապա երկու անգամ լվանալ ջրով, ապա ջրազրկվել 10 րոպե՝ 50%, 70%, 90%, 100% սպիրտի մեջ: Այնուհետև նմուշները 1 ժամով տեղադրվել են պրոպիլենօքսիդի մեջ և ներծծվել պրոպիլենօքսիդի և TAAP Epon-ի (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) 1:1 խառնուրդով։ Նմուշները տեղադրվել են TAAB Epon-ի մեջ և պոլիմերացվել 60°C ջերմաստիճանում 48 ժամ։ Չորացրած հատիկավոր խեժը կտրվել և տեսողականացվել է TEM-ի միջոցով՝ օգտագործելով JEOL 1200EX (JEOL, Տոկիո, Ճապոնիա) ավանդական թափանցելի էլեկտրոնային մանրադիտակ, որը հագեցած է AMT 2k CCD տեսախցիկով (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA):
Բոլոր փորձերը կատարվել են եռակի։ Յուրաքանչյուր ժամանակային կետի համար մանրէային լվացումները բաշխվել են եռակի, ինչի արդյունքում յուրաքանչյուր կետում ստացվել է ընդհանուր առմամբ ինը տվյալ կետ, որոնց միջինը օգտագործվել է որպես տվյալ միկրոօրգանիզմի մանրէային կոնցենտրացիա։ Ստանդարտ շեղումը օգտագործվել է որպես չափման սխալ։ Բոլոր կետերը հաշվվում են։
Բակտերիաների կոնցենտրացիայի նվազման լոգարիթմը t = 0 րոպեի համեմատ հաշվարկվել է հետևյալ բանաձևով.
որտեղ C0-ն վերահսկիչ նմուշում մանրէների կոնցենտրացիան է 0 պահի դրությամբ (այսինքն՝ մակերեսի չորացումից հետո, բայց խցիկում տեղադրելուց առաջ), իսկ Cn-ը՝ մակերեսի վրա մանրէների կոնցենտրացիան n րոպե ազդեցությունից հետո։
45 րոպեանոց ազդեցության ընթացքում մանրէների բնական քայքայումը հաշվի առնելու համար, 45 րոպե անց վերահսկողության համեմատ լոգարիթմական նվազումը նույնպես հաշվարկվել է հետևյալ կերպ.
որտեղ Cn-ը վերահսկիչ նմուշում մանրէների կոնցենտրացիան է n ժամանակում, իսկ Cn-Control-ը՝ վերահսկիչ մանրէների կոնցենտրացիան n ժամանակում։ Տվյալները ներկայացված են որպես լոգարիթմական նվազում՝ համեմատած վերահսկիչ նմուշի հետ (առանց EWNS ազդեցության)։
Ուսումնասիրության ընթացքում գնահատվել են ասեղի և հակադարձ էլեկտրոդի միջև լարման և հեռավորության մի քանի համադրություններ՝ Թեյլորի կոնի ձևավորման, Թեյլորի կոնի կայունության, EWNS արտադրության կայունության և վերարտադրելիության տեսանկյունից: Լրացուցիչ աղյուսակ S1-ում ներկայացված են տարբեր համադրություններ: Համապարփակ ուսումնասիրության համար ընտրվել են կայուն և վերարտադրելի հատկություններ ցույց տվող երկու դեպքեր (Թեյլորի կոն, EWNS առաջացում և կայունություն ժամանակի ընթացքում): Նկար 3-ում ներկայացված են ROS-ի լիցքի, չափի և պարունակության արդյունքները երկու դեպքում էլ: Արդյունքները ներկայացված են նաև աղյուսակ 1-ում: Հղման համար, թե՛ Նկար 3-ը, թե՛ աղյուսակ 1-ը ներառում են նախկինում սինթեզված ոչ օպտիմալացված EWNS8, 9, 10, 11 (բազային EWNS) հատկությունները: Երկկողմանի t-փորձարկման միջոցով վիճակագրական նշանակալիության հաշվարկները վերահրատարակվել են լրացուցիչ աղյուսակ S2-ում: Բացի այդ, լրացուցիչ տվյալները ներառում են հակադարձ էլեկտրոդի նմուշառման անցքի տրամագծի (D) և հողանցման էլեկտրոդի ու ծայրի (L) միջև հեռավորության ազդեցության ուսումնասիրություններ (Լրացուցիչ նկարներ S2 և S3):
(ac) AFM-ի միջոցով չափված չափերի բաշխումը։ (df) Մակերևութային լիցքի բնութագիրը։ (g) EPR-ի ROS բնութագրումը։
Կարևոր է նաև նշել, որ վերը նշված բոլոր պայմաններում չափված իոնացման հոսանքը կազմել է 2-ից 6 μA, իսկ լարումը՝ -3.8-ից -6.5 կՎ, ինչը հանգեցրել է այս EWNS միակ սերնդի կոնտակտային մոդուլի 50 մՎտ-ից պակաս էներգիայի սպառմանը: Չնայած EWNS-ը սինթեզվել է բարձր ճնշման տակ, օզոնի մակարդակը շատ ցածր է եղել՝ երբեք չգերազանցելով 60 ppb-ը:
Լրացուցիչ նկար S4-ը ցույց է տալիս համապատասխանաբար [-6.5 կՎ, 4.0 սմ] և [-3.8 կՎ, 0.5 սմ] սցենարների համար մոդելավորված էլեկտրական դաշտերը: [-6.5 կՎ, 4.0 սմ] և [-3.8 կՎ, 0.5 սմ] սցենարների համար դաշտի հաշվարկները համապատասխանաբար 2 × 105 Վ/մ և 4.7 × 105 Վ/մ են: Սա սպասելի է, քանի որ երկրորդ դեպքում լարման-հեռավորության հարաբերակցությունը շատ ավելի բարձր է:
Նկար 3ա,բ-ում ցույց է տրված AFM8-ով չափված EWNS տրամագիծը: Հաշվարկված միջին EWNS տրամագծերը համապատասխանաբար 27 նմ և 19 նմ էին [-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 համար բաշխումների երկրաչափական ստանդարտ շեղումները համապատասխանաբար 1.41 և 1.45 են, ինչը ցույց է տալիս նեղ չափերի բաշխում: Միջին չափը և երկրաչափական ստանդարտ շեղումը շատ մոտ են EWNS բազայինին, համապատասխանաբար 25 նմ և 1.41: Նկար 3գ-ում ցույց է տրված EWNS բազային չափերի բաշխումը, որը չափվել է նույն մեթոդով նույն պայմաններում:
Նկար 3d,e-ում ցույց են տրված լիցքի բնութագրման արդյունքները: Տվյալները կոնցենտրացիայի (#/cm3) և հոսանքի (I) 30 միաժամանակյա չափումների միջին չափումներ են: Վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ EWNS-ի միջին լիցքը համապատասխանաբար 22 ± 6 e- և 44 ± 6 e- է [-6.5 կՎ, 4.0 սմ] և [-3.8 կՎ, 0.5 սմ] համար: Դրանք 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 մեծ, քան [-3.8 կՎ, 0.5 սմ] սցենարը: Նկար 3f-ը ցույց է տալիս բազային EWNS-ի լիցքի տվյալները:
EWNS թվի կոնցենտրացիայի քարտեզներից (Լրացուցիչ նկարներ S5 և S6) կարելի է տեսնել, որ [-6.5 կՎ, 4.0 սմ] սցենարում մասնիկներն զգալիորեն ավելի շատ են, քան [-3.8 կՎ, 0.5 սմ] սցենարում։ Նաև հարկ է նշել, որ EWNS թվի կոնցենտրացիան վերահսկվել է մինչև 4 ժամ (Լրացուցիչ նկարներ S5 և S6), որտեղ EWNS սերնդի կայունությունը երկու դեպքում էլ ցույց է տվել մասնիկների թվի կոնցենտրացիայի նույն մակարդակները։
Նկար 3g-ում ցույց է տրված EPR սպեկտրը՝ [-6.5 կՎ, 4.0 սմ]-ում օպտիմիզացված EWNS կառավարման (ֆոն) հանելուց հետո: ROS սպեկտրները համեմատվել են նաև նախկինում հրապարակված աշխատանքում Baseline-EWNS սցենարի հետ: Սպինային թակարդների հետ արձագանքող EWNS-ների քանակը հաշվարկվել է 7.5 × 104 EWNS/վրկ, որը նման է նախկինում հրապարակված Baseline-EWNS8-ին: EPR սպեկտրները հստակ ցույց տվեցին ROS-ի երկու տեսակի առկայությունը՝ O2-ը գերակշռող տեսակն էր, իսկ OH•-ը՝ ավելի քիչ առատ: Բացի այդ, գագաթնակետային ինտենսիվությունների ուղղակի համեմատությունը ցույց տվեց, որ օպտիմիզացված EWNS-ն ուներ զգալիորեն ավելի բարձր ROS պարունակություն՝ համեմատած բազային EWNS-ի հետ:
Նկար 4-ում ցույց է տրված EWNS-ի նստեցման արդյունավետությունը EPES-ում: Տվյալները նաև ամփոփված են աղյուսակ 1-ում և համեմատված են EWNS-ի սկզբնական տվյալների հետ: EUNS-ի երկու դեպքերում էլ նստեցումը մոտ է 100%-ի, նույնիսկ 3.0 կՎ ցածր լարման դեպքում: Սովորաբար, 3.0 կՎ-ն բավարար է 100% նստեցման համար՝ անկախ մակերեսային լիցքի փոփոխությունից: Նույն պայմաններում, Baseline-EWNS-ի նստեցման արդյունավետությունը կազմել է ընդամենը 56%՝ իրենց ցածր լիցքի պատճառով (միջինում 10 էլեկտրոն մեկ EWNS-ի համար):
Նկար 5-ում և աղյուսակ 2-ում ամփոփված է լոլիկի մակերեսին պատվաստված միկրոօրգանիզմների ինակտիվացման արժեքը մոտ 40,000 #/սմ3 EWNS-ին 45 րոպե օպտիմալ ռեժիմով ենթարկվելուց հետո [-6.5 կՎ, 4.0 սմ]: Պատվաստված E. coli-ն և Lactobacillus innocuous-ը 45 րոպե տևողությամբ ազդեցության ընթացքում ցույց տվեցին 3.8 լոգարիթմական պարունակության զգալի նվազում: Նույն պայմաններում S. enterica-ն ունեցավ 2.2 լոգարիթմական նվազում, մինչդեռ S. cerevisiae-ն և M. parafortutum-ը՝ 1.0 լոգարիթմական նվազում:
Էլեկտրոնային միկրոֆոտոները (Նկար 6) պատկերում են EWNS-ի կողմից անվնաս Escherichia coli, Streptococcus և Lactobacillus բջիջների վրա առաջացած ֆիզիկական փոփոխությունները, որոնք հանգեցրել են դրանց ապաակտիվացմանը: Վերահսկիչ մանրէներն ունեին ամբողջական բջջային թաղանթներ, մինչդեռ բացված մանրէներն ունեին վնասված արտաքին թաղանթներ:
Վերահսկիչ և ենթարկված բակտերիաների էլեկտրոնային մանրադիտակային պատկերումը բացահայտեց թաղանթի վնասվածք։
Օպտիմիզացված EWNS-ի ֆիզիկաքիմիական հատկությունների վերաբերյալ տվյալները միասին ցույց են տալիս, որ EWNS-ի հատկությունները (մակերեսային լիցքը և ROS պարունակությունը) զգալիորեն բարելավվել են նախկինում հրապարակված EWNS բազային տվյալների համեմատ8,9,10,11: Մյուս կողմից, դրանց չափը մնացել է նանոմետրերի սահմաններում, շատ նման նախկինում հաղորդված արդյունքներին, ինչը թույլ է տվել դրանց մնալ օդում երկար ժամանակ: Դիտարկված պոլիդիսպերսիան կարելի է բացատրել մակերեսային լիցքի փոփոխություններով, որոնք որոշում են EWNS-ի չափը, Ռելեյի էֆեկտի պատահականությունը և պոտենցիալ միաձուլումը: Այնուամենայնիվ, ինչպես մանրամասն նկարագրել են Նիլսենը և այլք22, բարձր մակերեսային լիցքը նվազեցնում է գոլորշիացումը՝ արդյունավետորեն մեծացնելով ջրի կաթիլի մակերեսային էներգիան/լարվածությունը: Մեր նախորդ հրապարակման8 մեջ այս տեսությունը փորձարարականորեն հաստատվել է միկրոկաթիլների22 և EWNS-ի համար: Ժամանակի ընթացքում լիցքի կորուստը նույնպես կարող է ազդել չափի վրա և նպաստել դիտարկվող չափերի բաշխմանը: