გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული CSS მხარდაჭერა.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).იმავდროულად, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვიყვანთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
კარუსელი, რომელიც აჩვენებს სამ სლაიდს ერთდროულად.გამოიყენეთ წინა და შემდეგი ღილაკები ერთდროულად სამ სლაიდში გადასაადგილებლად, ან გამოიყენეთ სლაიდერის ღილაკები ბოლოს, რომ გადაადგილდეთ სამ სლაიდზე ერთდროულად.
ახლახან შემუშავდა ნანოტექნოლოგიაზე დაფუძნებული ქიმიკატებისაგან თავისუფალი ანტიმიკრობული პლატფორმა წყლის ხელოვნური ნანოსტრუქტურების (EWNS) გამოყენებით.EWNS-ს აქვს მაღალი ზედაპირული მუხტი და გაჯერებულია რეაქტიული ჟანგბადის სახეობებით (ROS), რომლებსაც შეუძლიათ ურთიერთქმედება და ინაქტივაცია მოახდინოს უამრავ მიკროორგანიზმთან, მათ შორის საკვების გამომწვევ პათოგენებთან.აქ ნაჩვენებია, რომ მათი თვისებები სინთეზის დროს შეიძლება დაზუსტდეს და ოპტიმიზდეს მათი ანტიბაქტერიული პოტენციალის შემდგომი გაზრდის მიზნით.EWNS ლაბორატორიული პლატფორმა შეიქმნა EWNS-ის თვისებების დაზუსტებისთვის სინთეზის პარამეტრების შეცვლით.EWNS თვისებების (ROS-ის მუხტი, ზომა და შინაარსი) დახასიათება თანამედროვე ანალიტიკური მეთოდების გამოყენებით.გარდა ამისა, ისინი შეფასდა მათი მიკრობული ინაქტივაციის პოტენციალით საკვებით გადამდები მიკროორგანიზმების მიმართ, როგორიცაა Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum და Saccharomyces cerevisiae.აქ წარმოდგენილი შედეგები აჩვენებს, რომ EWNS-ის თვისებები შეიძლება დაზუსტდეს სინთეზის დროს, რაც გამოიწვევს ინაქტივაციის ეფექტურობის ექსპონენციალურ ზრდას.კერძოდ, ზედაპირული მუხტი გაიზარდა 4-ჯერ და გაიზარდა რეაქტიული ჟანგბადის სახეობები.მიკრობული მოცილების სიჩქარე იყო მიკრობული დამოკიდებული და მერყეობდა 1.0-დან 3.8 ლოგ-მდე 40,000 #/cc EWNS აეროზოლის დოზის 45 წუთიანი ექსპოზიციის შემდეგ.
მიკრობული დაბინძურება არის საკვებისმიერი დაავადების ძირითადი მიზეზი, რომელიც გამოწვეულია პათოგენების ან მათი ტოქსინების მიღებით.მხოლოდ შეერთებულ შტატებში საკვებისმიერი დაავადება ყოველწლიურად იწვევს დაახლოებით 76 მილიონ დაავადებას, 325000 ჰოსპიტალიზაციას და 5000 სიკვდილს ყოველწლიურად1.გარდა ამისა, შეერთებული შტატების სოფლის მეურნეობის დეპარტამენტის (USDA) შეფასებით, ახალი პროდუქტების გაზრდილი მოხმარება პასუხისმგებელია შეერთებულ შტატებში საკვებით გამოწვეული დაავადებების 48%-ზე2.შეერთებულ შტატებში საკვებისმიერი პათოგენებით გამოწვეული დაავადებებისა და სიკვდილის ღირებულება ძალიან მაღალია, დაავადებათა კონტროლისა და პრევენციის ცენტრების (CDC) მიერ შეფასებულია 15,6 მილიარდ აშშ დოლარზე მეტი წელიწადში3.
ამჟამად, ქიმიური4, რადიაციული5 და თერმული6 ანტიმიკრობული ჩარევები სურსათის უვნებლობის უზრუნველსაყოფად, ძირითადად ტარდება შეზღუდულ კრიტიკულ საკონტროლო პუნქტებში (CCP) წარმოების ჯაჭვის გასწვრივ (ჩვეულებრივ, მოსავლის აღების შემდეგ და/ან შეფუთვის დროს) და არა მუდმივად.ამრიგად, ისინი მიდრეკილნი არიან ჯვარედინი დაბინძურებისკენ.7. საკვებით გამოწვეული დაავადებებისა და საკვების გაფუჭების უკეთესი კონტროლი მოითხოვს ანტიმიკრობულ ინტერვენციებს, რომლებიც პოტენციურად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფერმა-მაგიდაზე კონტინუუმში, გარემოზე ზემოქმედებისა და ხარჯების შემცირებისას.
ცოტა ხნის წინ, ქიმიკატებისგან თავისუფალი, ნანოტექნოლოგიაზე დაფუძნებული ანტიმიკრობული პლატფორმა შემუშავდა, რომელსაც შეუძლია ზედაპირული და ჰაეროვანი ბაქტერიების ინაქტივაცია ხელოვნური წყლის ნანოსტრუქტურების (EWNS) გამოყენებით.EWNS სინთეზირებული იყო ორი პარალელური პროცესის, ელექტროსპრეის და წყლის იონიზაციის გამოყენებით (ნახ. 1a).წინა კვლევებმა აჩვენა, რომ EWNS-ს აქვს ფიზიკური და ბიოლოგიური თვისებების უნიკალური ნაკრები8,9,10.EWNS-ს აქვს საშუალოდ 10 ელექტრონი თითო სტრუქტურაზე და საშუალო ნანომასშტაბიანი ზომა 25 ნმ (ნახ. 1b,c)8,9,10.გარდა ამისა, ელექტრონის სპინის რეზონანსმა (ESR) აჩვენა, რომ EWNS შეიცავს დიდი რაოდენობით რეაქტიული ჟანგბადის სახეობებს (ROS), ძირითადად ჰიდროქსილის (OH•) და სუპეროქსიდის (O2-) რადიკალებს (ნახ. 1c)8.EVNS არის ჰაერში დიდი ხნის განმავლობაში და შეიძლება შეეჯახოს ჰაერში შეჩერებულ და ზედაპირზე არსებულ მიკროორგანიზმებს, აწვდის მათ ROS დატვირთვას და იწვევს მიკროორგანიზმების ინაქტივაციას (ნახ. 1დ).ამ ადრეულმა კვლევებმა ასევე აჩვენა, რომ EWNS-ს შეუძლია ურთიერთქმედება და ინაქტივაცია მოახდინოს სხვადასხვა გრამდადებით და გრამდადებით ბაქტერიებთან, მათ შორის მიკობაქტერიებთან, ზედაპირებზე და ჰაერში.გადამცემმა ელექტრონულმა მიკროსკოპამ აჩვენა, რომ ინაქტივაცია გამოწვეული იყო უჯრედის მემბრანის დარღვევით.გარდა ამისა, მწვავე ინჰალაციის კვლევებმა აჩვენა, რომ EWNS-ის მაღალი დოზები არ იწვევს ფილტვების დაზიანებას ან ანთებას 8 .
(ა) ელექტროსპრეი ხდება მაშინ, როდესაც მაღალი ძაბვა გამოიყენება სითხის შემცველ კაპილარულ მილსა და კონტრ ელექტროდს შორის.(ბ) მაღალი წნევის გამოყენება იწვევს ორ განსხვავებულ ფენომენს: (i) წყლის ელექტროშეფრქვევა და (ii) ჟანგბადის რეაქტიული სახეობების (იონების) ფორმირება, რომლებიც ჩარჩენილია EWNS-ში.(გ) EWNS-ის უნიკალური სტრუქტურა.(დ) მათი ნანომასშტაბიანი ბუნების გამო, EWNS ძალიან მოძრავია და შეუძლია ურთიერთქმედება საჰაერო ხომალდებთან.
EWNS ანტიმიკრობული პლატფორმის უნარი განახორციელოს საკვები მიკროორგანიზმების ინაქტივაცია ახალი საკვების ზედაპირზე.ასევე ნაჩვენებია, რომ EWNS-ის ზედაპირული მუხტი ელექტრულ ველთან ერთად შეიძლება გამოყენებულ იქნას მიზანმიმართული მიწოდების მისაღწევად.უფრო მეტიც, ორგანული პომიდვრის წინასწარი შედეგები 90 წუთიანი ექსპოზიციის შემდეგ EWNS დაახლოებით 50,000 #/სმ3 იყო დამაიმედებელი, დაფიქსირდა სხვადასხვა საკვები მიკროორგანიზმები, როგორიცაა E. coli და Listeria 11.გარდა ამისა, წინასწარი ორგანოლეპტიკური ტესტები არ აჩვენებდნენ სენსორულ ეფექტებს საკონტროლო პომიდორთან შედარებით.მიუხედავად იმისა, რომ ინაქტივაციის ეს საწყისი შედეგები წამახალისებელია სურსათის უვნებლობის აპლიკაციებისთვის, თუნდაც ძალიან დაბალი EWNS დოზებით 50,000#/cc.იხილეთ, ცხადია, რომ ინაქტივაციის უფრო მაღალი პოტენციალი უფრო მომგებიანი იქნება ინფექციისა და გაფუჭების რისკის შემდგომი შესამცირებლად.
აქ ჩვენ გავამახვილებთ ჩვენს კვლევას EWNS თაობის პლატფორმის შემუშავებაზე, რათა მივცეთ სინთეზის პარამეტრების დახვეწილი რეგულირება და EWNS-ის ფიზიკოქიმიური თვისებების ოპტიმიზაცია მათი ანტიბაქტერიული პოტენციალის გასაძლიერებლად.კერძოდ, ოპტიმიზაცია ფოკუსირებულია მათი ზედაპირის მუხტის გაზრდაზე (მიზნობრივი მიწოდების გასაუმჯობესებლად) და ROS შინაარსის (ინაქტივაციის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად).თანამედროვე ანალიტიკური მეთოდების გამოყენებით ოპტიმიზებული ფიზიკურ-ქიმიური თვისებების (ზომა, მუხტი და ROS შემცველობა) დახასიათება და ჩვეულებრივი საკვები მიკროორგანიზმების გამოყენება, როგორიცაა E.
EVNS სინთეზირებული იყო მაღალი სისუფთავის წყლის (18 MΩ სმ–1) ერთდროული ელექტროშეფრქვევით და იონიზაციით.ელექტრო ნებულაიზერი 12 ჩვეულებრივ გამოიყენება სითხეების ატომიზაციისთვის და კონტროლირებადი ზომის პოლიმერული და კერამიკული ნაწილაკების 13 და ბოჭკოების 14 სინთეზისთვის.
როგორც აღწერილია წინა პუბლიკაციებში 8, 9, 10, 11, ტიპიურ ექსპერიმენტში გამოყენებული იქნა მაღალი ძაბვა ლითონის კაპილარსა და დამიწებულ კონტრ ელექტროდს შორის.ამ პროცესის დროს ხდება ორი განსხვავებული ფენომენი: ი) ელექტროშეფრქვევა და ii) წყლის იონიზაცია.ორ ელექტროდს შორის ძლიერი ელექტრული ველი იწვევს უარყოფითი მუხტების დაგროვებას კონდენსირებული წყლის ზედაპირზე, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ტეილორის კონუსები.შედეგად წარმოიქმნება მაღალ დამუხტული წყლის წვეთები, რომლებიც აგრძელებენ დაშლას უფრო პატარა ნაწილაკებად, როგორც რეილის თეორიაში16.ამავდროულად, ძლიერი ელექტრული ველები იწვევს წყლის ზოგიერთი მოლეკულის გაყოფას და ელექტრონების მოცილებას (იონიზაციას), რაც იწვევს დიდი რაოდენობით რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების (ROS) წარმოქმნას17.ერთდროულად გენერირებული ROS18 იყო კაფსულირებული EWNS-ში (ნახ. 1c).
ნახ.2a გვიჩვენებს EWNS გენერირების სისტემას, რომელიც შემუშავებულია და გამოიყენება EWNS სინთეზში ამ კვლევაში.დახურულ ბოთლში შენახული გაწმენდილი წყალი იკვებებოდა ტეფლონის მილით (2 მმ შიდა დიამეტრი) 30 გ უჟანგავი ფოლადის ნემსში (ლითონის კაპილარი).წყლის ნაკადი კონტროლდება ბოთლის შიგნით ჰაერის წნევით, როგორც ნაჩვენებია 2b სურათზე.ნემსი დამონტაჟებულია ტეფლონის კონსოლზე და შეიძლება ხელით დარეგულირდეს მრიცხველის ელექტროდიდან გარკვეულ მანძილზე.მრიცხველი ელექტროდი არის გაპრიალებული ალუმინის დისკი, რომელსაც აქვს ნახვრეტი ცენტრში სინჯის აღების მიზნით.მრიცხველი ელექტროდის ქვემოთ არის ალუმინის სინჯის ძაბრი, რომელიც დაკავშირებულია დანარჩენ ექსპერიმენტულ მოწყობილობებთან სინჯის აღების პორტის მეშვეობით (ნახ. 2b).იმისათვის, რომ თავიდან იქნას აცილებული დამუხტვის დაგროვება, რამაც შეიძლება ხელი შეუშალოს სემპლერის მუშაობას, სემპლერის ყველა კომპონენტი ელექტრონულად არის დამიწებული.
(ა) ინჟინერირებული წყლის ნანოსტრუქტურის გენერირების სისტემა (EWNS).(ბ) სემპლერისა და ელექტროსპრეის კვეთა, რომელიც აჩვენებს ყველაზე მნიშვნელოვან პარამეტრებს.(გ) ექსპერიმენტული დაყენება ბაქტერიების ინაქტივაციისთვის.
ზემოთ აღწერილი EWNS გენერირების სისტემას შეუძლია შეცვალოს ძირითადი ოპერაციული პარამეტრები, რათა ხელი შეუწყოს EWNS თვისებების დახვეწას.დაარეგულირეთ გამოყენებული ძაბვა (V), მანძილი ნემსსა და მრიცხველ ელექტროდს შორის (L) და წყლის დინება (φ) კაპილარში EWNS მახასიათებლების სრულყოფილად დასარეგულირებლად.სიმბოლო გამოიყენება სხვადასხვა კომბინაციების წარმოსაჩენად: [V (kV), L (სმ)].დაარეგულირეთ წყლის ნაკადი, რათა მიიღოთ გარკვეული ნაკრების სტაბილური ტეილორის კონუსი [V, L].ამ კვლევის მიზნებისთვის, მრიცხველის ელექტროდის დიაფრაგმის დიამეტრი (D) შენარჩუნდა 0,5 ინჩზე (1,29 სმ).
შეზღუდული გეომეტრიისა და ასიმეტრიის გამო, ელექტრული ველის სიძლიერე არ შეიძლება გამოითვალოს პირველი პრინციპებიდან.ამის ნაცვლად, ელექტრული ველის გამოსათვლელად გამოყენებული იქნა QuickField™ პროგრამული უზრუნველყოფა (Svendborg, დანია)19.ელექტრული ველი არ არის ერთგვაროვანი, ამიტომ კაპილარის წვერზე ელექტრული ველის მნიშვნელობა გამოიყენებოდა, როგორც საცნობარო მნიშვნელობა სხვადასხვა კონფიგურაციისთვის.
კვლევის დროს, ძაბვისა და მანძილის რამდენიმე კომბინაცია ნემსსა და მრიცხველ ელექტროდს შორის შეფასდა ტეილორის კონუსის წარმოქმნის, ტეილორის კონუსის სტაბილურობის, EWNS წარმოების სტაბილურობისა და განმეორებადობის თვალსაზრისით.სხვადასხვა კომბინაციები ნაჩვენებია დამატებით ცხრილში S1.
EWNS გენერირების სისტემის გამომავალი პირდაპირ იყო დაკავშირებული Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) ნაწილაკების რაოდენობის კონცენტრაციის გასაზომად, ასევე აეროზოლის ფარადეის ელექტრომეტრთან (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN).) აეროზოლური დენებისთვის გაზომილი იყო, როგორც აღწერილია ჩვენს წინა პუბლიკაციაში.როგორც SMPS, ასევე აეროზოლის ელექტრომეტრზე სინჯის აღება 0,5 ლ/წთ სიჩქარით (საერთო ნიმუშის ნაკადი 1 ლ/წთ).ნაწილაკების რაოდენობის კონცენტრაცია და აეროზოლის ნაკადი გაზომილი იყო 120 წამის განმავლობაში.გაზომვა მეორდება 30-ჯერ.მიმდინარე გაზომვებზე დაყრდნობით, გამოითვლება აეროზოლის მთლიანი მუხტი და საშუალო EWNS მუხტი შეფასებულია შერჩეული EWNS ნაწილაკების მოცემული საერთო რაოდენობისთვის.EWNS-ის საშუალო ღირებულება შეიძლება გამოითვალოს განტოლების (1) გამოყენებით:
სადაც IEl არის გაზომილი დენი, NSMPS არის ციფრული კონცენტრაცია, რომელიც იზომება SMPS-ით და φEl არის დინების სიჩქარე ელექტრომეტრზე.
იმის გამო, რომ ფარდობითი ტენიანობა (RH) გავლენას ახდენს ზედაპირის მუხტზე, ტემპერატურა და (RH) უცვლელი იყო ექსპერიმენტის დროს 21°C და 45% შესაბამისად.
ატომური ძალის მიკროსკოპია (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) და AC260T ზონდი (Olympus, ტოკიო, იაპონია) გამოყენებული იქნა EWNS-ის ზომისა და სიცოცხლის ხანგრძლივობის გასაზომად.AFM სკანირების სიხშირე იყო 1 ჰც, სკანირების არე იყო 5 μm × 5 μm და 256 სკანირების ხაზი.ყველა სურათი დაექვემდებარა პირველი რიგის გამოსახულების გასწორებას Asylum პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით (ნიღბის დიაპაზონი 100 ნმ, ბარიერი 100 pm).
სატესტო ძაბრის ამოღება და მიკას ზედაპირი განთავსდა კონტრ ელექტროდიდან 2.0 სმ მანძილზე, საშუალოდ 120 წამის განმავლობაში, რათა თავიდან აიცილოთ ნაწილაკების აგლომერაცია და არარეგულარული წვეთების წარმოქმნა მიკას ზედაპირზე.EWNS შეისხურეს პირდაპირ ახლად მოჭრილი მიკას ზედაპირზე (ტედ პელა, რედინგი, CA).მიკას ზედაპირის გამოსახულება AFM-ის დაშლისთანავე.ახლად მოჭრილი არამოდიფიცირებული მიკას ზედაპირის კონტაქტის კუთხე 0°-ს უახლოვდება, ამიტომ EVNS ნაწილდება მიკას ზედაპირზე გუმბათის სახით.დიფუზური წვეთების დიამეტრი (a) და სიმაღლე (h) გაზომილი იყო უშუალოდ AFM ტოპოგრაფიიდან და გამოყენებული იქნა EWNS გუმბათოვანი დიფუზიის მოცულობის გამოსათვლელად ჩვენი ადრე დადასტურებული მეთოდის გამოყენებით.თუ ვივარაუდებთ, რომ ბორტ EWNS-ს აქვს იგივე მოცულობა, ექვივალენტური დიამეტრი შეიძლება გამოითვალოს განტოლების (2) გამოყენებით:
ჩვენს ადრე შემუშავებულ მეთოდზე დაყრდნობით, ელექტრონის სპინის რეზონანსის (ESR) სპინის ხაფანგი გამოიყენეს EWNS-ში ხანმოკლე რადიკალური შუალედების არსებობის დასადგენად.აეროზოლები 650 მკმ Midget sparger-ში (Ace Glass, Vineland, NJ) იყო ბუშტუკებით, რომელიც შეიცავს DEPMPO(5-(დიეტოქსიფოსფორილ)-5-მეთილ-1-პიროლინ-N-ოქსიდი) 235 მმ ხსნარს (Oxis International Inc.).პორტლანდი, ორეგონი).ყველა ESR გაზომვა განხორციელდა Bruker EMX სპექტრომეტრის (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, აშშ) და ბრტყელი პანელის უჯრედის გამოყენებით.მონაცემთა შეგროვებისა და ანალიზისთვის გამოყენებული იქნა Acquisit პროგრამული უზრუნველყოფა (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA).ROS-ის მახასიათებლების განსაზღვრა განხორციელდა მხოლოდ სამუშაო პირობების ნაკრებისთვის [-6,5 კვ, 4,0 სმ].EWNS-ის კონცენტრაციები გაზომილი იყო SMPS-ის გამოყენებით იმპექტორში EWNS დანაკარგების აღრიცხვის შემდეგ.
ოზონის დონის მონიტორინგი განხორციელდა 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 გამოყენებით.
ყველა EWNS თვისებისთვის, საშუალო მნიშვნელობა გამოიყენება გაზომვის მნიშვნელობად, ხოლო სტანდარტული გადახრა გამოიყენება გაზომვის შეცდომად.ჩატარდა T-ტესტები ოპტიმიზებული EWNS ატრიბუტების მნიშვნელობების შესადარებლად ბაზის EWNS-ის შესაბამის მნიშვნელობებთან.
სურათი 2c გვიჩვენებს ადრე შემუშავებულ და დამახასიათებელ ელექტროსტატიკური ნალექის (EPES) „გაყვანის“ სისტემას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ზედაპირზე EWNS-ის მიზანმიმართული მიწოდებისთვის.EPES იყენებს EVNS მუხტებს, რომლებიც შეიძლება პირდაპირ „იმართოს“ სამიზნის ზედაპირზე ძლიერი ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.EPES სისტემის დეტალები წარმოდგენილია Pyrgiotakis et al-ის ბოლო პუბლიკაციაში.11 .ამრიგად, EPES შედგება 3D დაბეჭდილი PVC კამერისგან, შეკუმშული ბოლოებით და შეიცავს ორ პარალელურ უჟანგავი ფოლადის (304 უჟანგავი ფოლადი, სარკისებური საფარით) ლითონის ფირფიტას ცენტრში 15,24 სმ დაშორებით.დაფები დაკავშირებული იყო გარე მაღალი ძაბვის წყაროსთან (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ქვედა ფირფიტა ყოველთვის დაკავშირებული იყო დადებით ძაბვასთან, ხოლო ზედა ფირფიტა ყოველთვის დაკავშირებული იყო მიწასთან (მცურავი მიწა).კამერის კედლები დაფარულია ალუმინის ფოლგით, რომელიც ელექტრულად არის დამიწებული ნაწილაკების დაკარგვის თავიდან ასაცილებლად.კამერას აქვს დალუქული წინა ჩატვირთვის კარი, რომელიც საშუალებას იძლევა სატესტო ზედაპირები განთავსდეს პლასტმასის სადგამებზე, რომლებიც ამაღლებენ მათ ქვედა ლითონის ფირფიტაზე, რათა თავიდან აიცილონ მაღალი ძაბვის ჩარევა.
EWNS-ის დეპონირების ეფექტურობა EPES-ში გამოთვლილი იყო ადრე შემუშავებული პროტოკოლის მიხედვით, რომელიც დეტალურად არის აღწერილი დამატებით სურათზე S111.
როგორც საკონტროლო პალატა, მეორე ცილინდრული ნაკადის კამერა სერიულად იყო დაკავშირებული EPES სისტემასთან, რომელშიც შუალედური HEPA ფილტრი გამოიყენებოდა EWNS-ის მოსაშორებლად.როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2c, EWNS აეროზოლი ამოტუმბული იყო ორი ჩაშენებული კამერით.ფილტრი საკონტროლო ოთახსა და EPES-ს შორის აშორებს დარჩენილ EWNS-ს, რაც იწვევს იმავე ტემპერატურას (T), ფარდობით ტენიანობას (RH) და ოზონის დონეს.
აღმოჩნდა, რომ მნიშვნელოვანი საკვები მიკროორგანიზმები აბინძურებენ ახალ საკვებს, როგორიცაა E. coli (ATCC #27325), ფეკალური ინდიკატორი, Salmonella enterica (ATCC #53647), საკვებისმიერი პათოგენი, Listeria უვნებელი (ATCC #33090), სუროგატი პათოგენური Listeria monocytogenes,ATCC-ის წარმოშობისა (ATCC) CC #4098), გაფუჭებული საფუარის შემცვლელი და უფრო მდგრადი ინაქტივირებული ბაქტერია, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
შეიძინეთ ორგანული ყურძნის პომიდვრის შემთხვევითი ყუთები თქვენი ადგილობრივი ბაზრიდან და შედგით მაცივარში 4°C-ზე გამოყენებამდე (3 დღემდე).ექსპერიმენტული პომიდორი იყო ერთი და იგივე ზომის, დიამეტრის დაახლოებით 1/2 ინჩი.
კულტურის, ინოკულაციის, ექსპოზიციის და კოლონიების დათვლის პროტოკოლები დეტალურად არის აღწერილი ჩვენს წინა პუბლიკაციაში და დეტალურად არის აღწერილი დამატებით მონაცემებში.EWNS-ის ეფექტურობა შეფასდა ინოკულირებული პომიდვრის გამოფენით 40,000 #/სმ3-ზე 45 წუთის განმავლობაში.მოკლედ, სამი პომიდორი გამოყენებული იქნა გადარჩენილი მიკროორგანიზმების შესაფასებლად t = 0 წთ დროს.სამი პომიდორი მოთავსდა EPES-ში და ექვემდებარებოდა EWNS-ს 40,000 #/cc (EWNS დაუცველი პომიდორი) და დანარჩენი სამი მოთავსდა საკონტროლო პალატაში (საკონტროლო პომიდორი).ორივე ჯგუფში პომიდვრის დამატებითი გადამუშავება არ განხორციელებულა.EWNS-ზე დაუცველი პომიდორი და საკონტროლო პომიდორი ამოღებულ იქნა 45 წუთის შემდეგ EWNS-ის ეფექტის შესაფასებლად.
თითოეული ექსპერიმენტი ჩატარდა სამჯერ.მონაცემთა ანალიზი ჩატარდა დამატებითი მონაცემებში აღწერილი პროტოკოლის მიხედვით.
ინაქტივაციის მექანიზმები შეფასდა ექსპოზიციური EWNS ნიმუშების დალექვით (45 წთ 40,000 #/სმ3 EWNS აეროზოლის კონცენტრაციაზე) და უვნებელი ბაქტერიების E. coli, Salmonella enterica და Lactobacillus-ის დაუსხივებელი ნიმუშების დალექვით.ნაწილაკები დაფიქსირდა 2,5% გლუტარალდეჰიდში, 1,25% პარაფორმალდეჰიდში და 0,03% პიკრინის მჟავაში 0,1 M ნატრიუმის კაკოდილატის ბუფერში (pH 7,4) 2 საათის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე.გარეცხვის შემდეგ 1% ოსმიუმის ტეტროქსიდი (OsO4)/1.5% კალიუმის ფეროციანიდი (KFeCN6) 2 საათის განმავლობაში, 3-ჯერ ჩამოიბანეთ წყალში და ინკუბაცია 1% ურანილის აცეტატში 1 საათის განმავლობაში, შემდეგ ორჯერ ჩამოიბანეთ წყალში, შემდეგ გააშრეთ 10% სპირტით, 10% 7, 10% სპირტით.ნიმუშები მოთავსებული იქნა პროპილენის ოქსიდში 1 საათის განმავლობაში და გაჟღენთილი იყო პროპილენის ოქსიდისა და TAAP ეპონის 1:1 ნარევით (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).ნიმუშები ჩაშენებული იყო TAAB Epon-ში და პოლიმერიზებული იყო 60°C-ზე 48 საათის განმავლობაში.დამუშავებული მარცვლოვანი ფისი მოჭრილი და ვიზუალიზაცია მოხდა TEM-ის მიერ ჩვეულებრივი გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის JEOL 1200EX (JEOL, ტოკიო, იაპონია) გამოყენებით, რომელიც აღჭურვილია AMT 2k CCD კამერით (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
ყველა ექსპერიმენტი ჩატარდა სამჯერ.ყოველი დროის მომენტისთვის, ბაქტერიული სარეცხი დათესილი იყო სამჯერ, რის შედეგადაც სულ ცხრა მონაცემი იყო თითო წერტილზე, რომელთა საშუალო მაჩვენებელი გამოყენებული იყო ბაქტერიების კონცენტრაციად ამ კონკრეტული მიკროორგანიზმისთვის.სტანდარტული გადახრა გამოყენებული იქნა გაზომვის შეცდომად.ყველა ქულა ითვლება.
ბაქტერიების კონცენტრაციის შემცირების ლოგარითმი t = 0 წთ-თან შედარებით გამოითვალა შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:
სადაც C0 არის ბაქტერიების კონცენტრაცია საკონტროლო ნიმუშში 0-ზე (ანუ ზედაპირის გაშრობის შემდეგ, მაგრამ კამერაში მოთავსებამდე) და Cn არის ბაქტერიების კონცენტრაცია ზედაპირზე n წუთის ექსპოზიციის შემდეგ.
45 წუთიანი ექსპოზიციის დროს ბაქტერიების ბუნებრივი დეგრადაციის გასათვალისწინებლად, 45 წუთის შემდეგ კონტროლთან შედარებით ლოგის შემცირება ასევე გამოითვლებოდა შემდეგნაირად:
სადაც Cn არის ბაქტერიების კონცენტრაცია საკონტროლო ნიმუშში n დროს და Cn-Control არის საკონტროლო ბაქტერიების კონცენტრაცია n დროს.მონაცემები წარმოდგენილია როგორც ჟურნალის შემცირება კონტროლთან შედარებით (EWNS ექსპოზიციის გარეშე).
კვლევის დროს, ძაბვისა და მანძილის რამდენიმე კომბინაცია ნემსსა და მრიცხველ ელექტროდს შორის შეფასდა ტეილორის კონუსის წარმოქმნის, ტეილორის კონუსის სტაბილურობის, EWNS წარმოების სტაბილურობისა და განმეორებადობის თვალსაზრისით.სხვადასხვა კომბინაციები ნაჩვენებია დამატებით ცხრილში S1.ყოვლისმომცველი კვლევისთვის შერჩეული იყო ორი შემთხვევა, რომელიც აჩვენებს სტაბილურ და გამრავლებად თვისებებს (ტეილორის კონუსი, EWNS წარმოქმნა და სტაბილურობა დროთა განმავლობაში).ნახ.სურათი 3 გვიჩვენებს ROS-ის დატენვის, ზომისა და შინაარსის შედეგებს ორივე შემთხვევაში.შედეგები ასევე ნაჩვენებია ცხრილში 1. ცნობისთვის, ორივე სურათი 3 და ცხრილი 1 მოიცავს ადრე სინთეზირებული არაოპტიმიზებული EWNS8, 9, 10, 11 (საბაზისო-EWNS) თვისებებს.სტატისტიკური მნიშვნელოვნების გამოთვლები ორმხრივი t-ტესტის გამოყენებით ხელახლა გამოქვეყნებულია დამატებით ცხრილში S2.გარდა ამისა, დამატებითი მონაცემები მოიცავს შესწავლას კონტრელექტროდის ნიმუშის აღების ხვრელის დიამეტრის (D) და დამიწების ელექტროდსა და წვერს (L) შორის მანძილის ეფექტის შესახებ (დამატებითი ფიგურები S2 და S3).
(ა.გ) ზომის განაწილება გაზომილი AFM-ით.(დ.ვ) ზედაპირული მუხტის მახასიათებელი.(ზ) EPR-ის ROS დახასიათება.
ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ყველა ზემოაღნიშნული პირობებისთვის, გაზომილი იონიზაციის დენი იყო 2-დან 6 μA-მდე და ძაბვა -3.8-დან -6.5 კვ-მდე, რის შედეგადაც ენერგომოხმარება 50 მვტ-ზე ნაკლები იყო ამ ერთი EWNS თაობის საკონტაქტო მოდულისთვის.მიუხედავად იმისა, რომ EWNS სინთეზირებული იყო მაღალი წნევის ქვეშ, ოზონის დონე იყო ძალიან დაბალი, არასოდეს აღემატებოდა 60 ppb.
დამატებითი სურათი S4 გვიჩვენებს იმიტირებულ ელექტრული ველებს [-6.5 კვ, 4.0 სმ] და [-3.8 კვ, 0.5 სმ] სცენარისთვის, შესაბამისად.[-6.5 კვ, 4.0 სმ] და [-3.8 კვ.ეს მოსალოდნელია, ვინაიდან მეორე შემთხვევაში ძაბვა-დისტანციის თანაფარდობა გაცილებით მაღალია.
ნახ.3a,b გვიჩვენებს EWNS დიამეტრს, რომელიც იზომება AFM8-ით.გამოთვლილი საშუალო EWNS დიამეტრი იყო 27 ნმ და 19 ნმ [-6.5 კვ, 4.0 სმ] და [-3.8 კვ, 0.5 სმ] სქემებისთვის, შესაბამისად.[-6.5 კვ, 4.0 სმ] და [-3.8 კვ.ორივე საშუალო ზომა და გეომეტრიული სტანდარტული გადახრა ძალიან ახლოს არის საბაზისო EWNS-თან, შესაბამისად 25 ნმ და 1.41.ნახ.3c გვიჩვენებს ბაზის EWNS-ის ზომის განაწილებას, რომელიც იზომება იმავე მეთოდით იმავე პირობებში.
ნახ.3d,e გვიჩვენებს მუხტის დახასიათების შედეგებს.მონაცემები არის კონცენტრაციის (#/სმ3) და დენის (I) 30 ერთდროული გაზომვის საშუალო გაზომვები.ანალიზი აჩვენებს, რომ საშუალო დამუხტვა EWNS-ზე არის 22 ± 6 e- და 44 ± 6 e- [-6.5 კვ, 4.0 სმ] და [-3.8 კვ, 0.5 სმ], შესაბამისად.მათ აქვთ მნიშვნელოვნად მაღალი ზედაპირული მუხტი საბაზისო EWNS-თან შედარებით (10 ± 2 e-), ორჯერ მეტი [-6.5 კვ, 4.0 სმ] სცენარზე და ოთხჯერ მეტი ვიდრე [-3 .8 კვ, 0.5 სმ].სურათი 3f გვიჩვენებს დატენვას.მონაცემები Baseline-EWNS-ისთვის.
EWNS ნომრის კონცენტრაციის რუკებიდან (დამატებითი ფიგურები S5 და S6) ჩანს, რომ [-6.5 კვ, 4.0 სმ] სცენარში გაცილებით მეტი ნაწილაკია, ვიდრე [-3.8 კვ, 0.5 სმ] სცენარში.ასევე აღსანიშნავია, რომ EWNS რიცხვის კონცენტრაციის მონიტორინგი ხდებოდა 4 საათამდე (დამატებითი ფიგურები S5 და S6), სადაც EWNS წარმოქმნის სტაბილურობამ აჩვენა ნაწილაკების რაოდენობის კონცენტრაციის იგივე დონეები ორივე შემთხვევაში.
ნახ.3g გვიჩვენებს EPR სპექტრს ოპტიმიზებული EWNS კონტროლის (ფონის) გამოკლების შემდეგ [-6,5 კვ, 4,0 სმ].ROS სპექტრები ასევე შედარებულია საბაზისო-EWNS სცენართან ადრე გამოქვეყნებულ ნაშრომში.EWNS-ების რაოდენობა, რომლებიც რეაგირებენ სპინ-ხაფანგებთან, გამოთვლილი იყო 7.5 × 104 EWNS/წმ, რაც მსგავსია ადრე გამოქვეყნებული Baseline-EWNS8-ის.EPR სპექტრებმა ნათლად აჩვენა ROS-ის ორი ტიპის არსებობა, O2- არის უპირატესი სახეობა და OH• ნაკლებად უხვი.გარდა ამისა, პიკის ინტენსივობის პირდაპირმა შედარებამ აჩვენა, რომ ოპტიმიზებულ EWNS-ს ჰქონდა მნიშვნელოვნად მაღალი ROS შემცველობა საბაზისო EWNS-თან შედარებით.
ნახ.4 გვიჩვენებს EWNS-ის დეპონირების ეფექტურობას EPES-ში.მონაცემები ასევე შეჯამებულია I ცხრილში და შედარებულია EWNS-ის თავდაპირველ მონაცემებთან.EUNS-ის ორივე შემთხვევისთვის დეპონირება 100%-მდეა 3.0 კვ დაბალ ძაბვაზეც კი.როგორც წესი, 3.0 კვ საკმარისია 100% დეპონირებისთვის, ზედაპირის მუხტის ცვლილების მიუხედავად.იმავე პირობებში, Baseline-EWNS-ის დეპონირების ეფექტურობა იყო მხოლოდ 56% მათი დაბალი მუხტის გამო (საშუალოდ 10 ელექტრონი EWNS-ზე).
ნახ.5 და ცხრილში.2 აჯამებს პომიდვრის ზედაპირზე ინოკულირებული მიკროორგანიზმების ინაქტივაციის მნიშვნელობას დაახლოებით 40000 #/სმ3 EWNS-ზე ზემოქმედების შემდეგ 45 წუთის განმავლობაში ოპტიმალურ რეჟიმში [-6,5 კვ, 4,0 სმ].ინოკულირებულმა E. coli-მ და Lactobacillus innocuous-მა აჩვენეს მნიშვნელოვანი შემცირება 3.8 log-ით 45 წუთის ექსპოზიციის განმავლობაში.იმავე პირობებში, S. enterica-ს ჰქონდა 2.2-ლოგიანი შემცირება, ხოლო S. cerevisiae და M. parafortutum - 1.0-log.
ელექტრონული მიკროგრაფიები (სურათი 6) ასახავს EWNS-ის მიერ გამოწვეულ ფიზიკურ ცვლილებებს უვნებელ Escherichia coli-ზე, Streptococcus-სა და Lactobacillus-ის უჯრედებზე, რაც იწვევს მათ ინაქტივაციას.საკონტროლო ბაქტერიებს ჰქონდათ ხელუხლებელი უჯრედის მემბრანები, ხოლო გამოვლენილ ბაქტერიებს ჰქონდათ დაზიანებული გარე გარსი.
კონტროლისა და გამოვლენილი ბაქტერიების ელექტრონული მიკროსკოპული გამოსახულებით გამოვლინდა მემბრანის დაზიანება.
მონაცემები ოპტიმიზებული EWNS-ის ფიზიკურ-ქიმიურ თვისებებზე ერთობლივად აჩვენებს, რომ EWNS-ის თვისებები (ზედაპირის მუხტი და ROS შემცველობა) მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა ადრე გამოქვეყნებულ EWNS საბაზისო მონაცემებთან შედარებით8,9,10,11.მეორეს მხრივ, მათი ზომა დარჩა ნანომეტრის დიაპაზონში, ძალიან ჰგავს ადრე მოხსენებულ შედეგებს, რაც მათ საშუალებას აძლევდა დარჩეს ჰაერში დიდი ხნის განმავლობაში.დაკვირვებული პოლიდისპერსიულობა შეიძლება აიხსნას ზედაპირული მუხტის ცვლილებებით, რაც განსაზღვრავს EWNS-ის ზომას, რეილის ეფექტის შემთხვევითობას და პოტენციურ შერწყმას.თუმცა, როგორც დეტალურადაა აღწერილი ნილსენმა და სხვებმა.22, მაღალი ზედაპირული მუხტი ამცირებს აორთქლებას წყლის წვეთების ზედაპირის ენერგიის/დაძაბულობის ეფექტურად გაზრდით.ჩვენს წინა პუბლიკაციაში8 ეს თეორია ექსპერიმენტულად დადასტურდა მიკროწვეთებისთვის 22 და EWNS.ზეგანაკვეთური სამუშაოს დროს დატვირთვის დაკარგვამ ასევე შეიძლება გავლენა მოახდინოს ზომაზე და ხელი შეუწყოს დაკვირვებული ზომის განაწილებას.