Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз пайдаланып жатқан шолғыш нұсқасында шектеулі CSS қолдауы бар.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Әзірше, үздіксіз қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бір уақытта үш слайдты көрсететін карусель.Бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін «Алдыңғы» және «Келесі» түймелерін пайдаланыңыз немесе бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін соңында сырғытпа түймелерін пайдаланыңыз.
Жақында жасанды су наноқұрылымдарын (EWNS) пайдалана отырып, нанотехнологияға негізделген химиялық қоспасыз микробқа қарсы платформа әзірленді.EWNS жоғары беттік зарядқа ие және бірқатар микроорганизмдермен, соның ішінде тағамдық қоздырғыштармен әрекеттесетін және белсендірмейтін реактивті оттегі түрлерімен (ROS) қаныққан.Мұнда олардың синтез кезіндегі қасиеттерінің бактерияға қарсы әлеуетін одан әрі арттыру үшін дәл баптауға және оңтайландыруға болатыны көрсетілген.EWNS зертханалық платформасы синтез параметрлерін өзгерту арқылы EWNS қасиеттерін дәл реттеуге арналған.Заманауи аналитикалық әдістерді қолдана отырып, EWNS қасиеттерін (ROS заряды, өлшемі және мазмұны) сипаттау.Сонымен қатар, олар ішек таяқшасы, Salmonella enterica, зиянсыз Listeria, Mycobacterium paraaccidentum және Saccharomyces cerevisiae сияқты тағамдық микроорганизмдерге қарсы микробты инактивациялау әлеуеті үшін бағаланды.Мұнда ұсынылған нәтижелер EWNS қасиеттерін синтез кезінде дәл баптауға болатынын көрсетеді, нәтижесінде инактивация тиімділігінің экспоненциалды жоғарылауы болады.Атап айтқанда, беттік заряд төрт есе артып, реактивті оттегі түрлері өсті.Микробты жою жылдамдығы микробқа тәуелді болды және 40 000 #/cc EWNS аэрозоль дозасының 45 минуттық әсерінен кейін 1,0-ден 3,8 журналға дейін ауытқиды.
Микробтардың ластануы - патогенді немесе олардың токсиндерін жұтудан туындаған тағамдық аурулардың негізгі себебі.Тек Америка Құрама Штаттарында тамақтан болатын ауру жыл сайын шамамен 76 миллион ауруды, 325 000 ауруханаға жатқызуды және 5 000 өлімді тудырады1.Сонымен қатар, Америка Құрама Штаттарының Ауыл шаруашылығы министрлігі (USDA) жаңа өнімдерді тұтынудың артуы Америка Құрама Штаттарындағы барлық хабарланған тағамдық аурулардың 48% -ына жауап береді2 деп есептейді.Америка Құрама Штаттарында тағамдық патогендердің әсерінен болатын аурулар мен өлімнің құны өте жоғары, оны Ауруларды бақылау және алдын алу орталықтары (CDC) жылына 15,6 миллиард АҚШ долларынан астам деп бағалады3.
Қазіргі уақытта азық-түлік қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін химиялық4, радиациялық5 және термиялық6 микробқа қарсы араласулар үздіксіз емес, көбінесе өндіріс тізбегі бойында (әдетте егін жинаудан кейін және/немесе орау кезінде) шектеулі сыни бақылау нүктелерінде (ҚҚБ) жүзеге асырылады.осылайша, олар айқаспалы ластануға бейім.7. Тағамдық ауруларды және тағамның бүлінуін жақсырақ бақылау қоршаған ортаға әсер мен шығындарды азайта отырып, микробқа қарсы шараларды қажет етеді.
Жақында судың жасанды наноқұрылымдарын (EWNS) пайдалана отырып, жер үсті және ауадағы бактерияларды белсендірмейтін, химиялық қоспасыз, нанотехнологияға негізделген микробқа қарсы платформа жасалды.EWNS екі параллель процесс, электроспрей және суды иондау арқылы синтезделді (1а-сурет).Алдыңғы зерттеулер EWNS физикалық және биологиялық қасиеттердің бірегей жиынтығына ие екенін көрсетті8,9,10.EWNS бір құрылымға орта есеппен 10 электрон және орташа наношкала өлшемі 25 нм (сурет 1b,c)8,9,10.Сонымен қатар, электронды спин резонанс (ESR) EWNS реактивті оттегі түрлерінің (ROS), негізінен гидроксил (OH•) және супероксид (O2-) радикалдарының көп мөлшерін қамтитынын көрсетті (1c сурет)8.EVNS ұзақ уақыт бойы ауада болады және ауада ілінген және жер бетінде орналасқан микроорганизмдермен соқтығысуы мүмкін, олардың ROS пайдалы жүктемесін жеткізеді және микроорганизмдердің инактивациясын тудырады (сурет 1d).Бұл ерте зерттеулер сондай-ақ EWNS әртүрлі грам-теріс және грам-позитивті бактериялармен, соның ішінде микобактериялармен, беттерде және ауада әрекеттесіп, белсендірмейтінін көрсетті.Трансмиссиялық электронды микроскопия инактивация жасуша мембранасының бұзылуынан туындағанын көрсетті.Сонымен қатар, өткір ингаляциялық зерттеулер EWNS жоғары дозалары өкпенің зақымдалуын немесе қабынуды тудырмайтынын көрсетті 8 .
(а) Электр шашыратқышы сұйықтығы бар капиллярлық түтік пен қарсы электрод арасында жоғары кернеу болған кезде пайда болады.(b) Жоғары қысымды қолдану екі түрлі құбылысқа әкеледі: (i) суды электрмен шашырату және (ii) EWNS-де ұсталған реактивті оттегі түрлерінің (иондарының) түзілуі.(c) EWNS бірегей құрылымы.(d) Наноөлшемді табиғатына байланысты EWNS жоғары мобильді және ауадағы қоздырғыштармен әрекеттесе алады.
EWNS микробқа қарсы платформасының жаңа піскен тағамның бетіндегі тағамдық микроорганизмдерді инактивациялау қабілеті де жақында көрсетілді.Сондай-ақ, мақсатты жеткізуге қол жеткізу үшін электр өрісімен біріктірілген EWNS беттік зарядын қолдануға болатыны көрсетілді.Сонымен қатар, E. coli және Listeria 11 сияқты түрлі тағамдық микроорганизмдер байқалған, шамамен 50 000 #/см3 EWNS кезінде 90 минуттық әсерден кейін органикалық қызанақтардың алдын ала нәтижелері көңіл көншітерлік болды.Сонымен қатар, алдын ала органолептикалық сынақтар бақылау қызанақтарымен салыстырғанда сенсорлық әсерлерді көрсетті.Бұл бастапқы инактивация нәтижелері тіпті 50,000#/cc өте төмен EWNS дозаларында азық-түлік қауіпсіздігі қолданбалары үшін жігерлендіреді.Қараңыз, инактивацияның жоғары әлеуеті инфекция мен бұзылу қаупін одан әрі азайту үшін тиімдірек болатыны анық.
Мұнда біз синтез параметрлерін дәл баптауға және олардың бактерияға қарсы әлеуетін арттыру үшін EWNS физикалық-химиялық қасиеттерін оңтайландыруға мүмкіндік беретін EWNS генерациялау платформасын әзірлеуге зерттеулерімізді бағыттаймыз.Атап айтқанда, оңтайландыру олардың беттік зарядын (мақсатты жеткізуді жақсарту үшін) және ROS мазмұнын (инактивация тиімділігін арттыру үшін) арттыруға бағытталған.Заманауи аналитикалық әдістерді қолдана отырып, оңтайландырылған физика-химиялық қасиеттерді (мөлшері, заряды және ROS мазмұны) сипаттаңыз және E. сияқты қарапайым тағамдық микроорганизмдерді қолданыңыз.
EVNS жоғары тазалықтағы суды (18 МΩ см–1) бір уақытта электроспрейлеу және иондау арқылы синтезделді.Электрлік небулайзер 12 әдетте сұйықтықтарды тозаңдату және полимер мен керамикалық бөлшектерді 13 және бақыланатын өлшемдегі талшықтарды 14 синтездеу үшін қолданылады.
Алдыңғы жарияланымдар 8, 9, 10, 11 егжей-тегжейлі сипатталғандай, әдеттегі экспериментте металл капилляр мен жерге тұйықталған қарсы электрод арасында жоғары кернеу қолданылды.Бұл процесс кезінде екі түрлі құбылыс орын алады: i) электроспрей және ii) судың ионизациясы.Екі электрод арасындағы күшті электр өрісі конденсацияланған судың бетінде теріс зарядтардың пайда болуына әкеледі, нәтижесінде Тейлор конустары пайда болады.Нәтижесінде жоғары зарядталған су тамшылары пайда болады, олар Рэйлей теориясындағыдай ұсақ бөлшектерге ыдырай береді16.Сонымен бірге күшті электр өрістері кейбір су молекулаларының электрондарды бөліп, жұлып алуына (иондануына) әкеледі, бұл реактивті оттегі түрлерінің (ROS) көп мөлшерін қалыптастыруға әкеледі17.Бір уақытта жасалған ROS18 EWNS-ге инкапсулирленген (1c-сурет).
Суретте.2а осы зерттеуде EWNS синтезінде жасалған және пайдаланылған EWNS генерациялау жүйесін көрсетеді.Жабық бөтелкеде сақталған тазартылған су тефлон түтік (ішкі диаметрі 2 мм) арқылы 30G тот баспайтын болаттан жасалған инеге (металл капиллярға) берілді.Су ағыны 2б-суретте көрсетілгендей бөтелке ішіндегі ауа қысымымен бақыланады.Ине тефлон консольіне орнатылады және оны қарсы электродтан белгілі бір қашықтыққа қолмен реттеуге болады.Есептегіш электрод сынама алу үшін ортасында тесігі бар жылтыратылған алюминий дискі болып табылады.Есептегіш электродтың астында сынама алу порты арқылы эксперименттік қондырғының қалған бөлігіне қосылған алюминий сынама алу шұңқыры орналасқан (2б-сурет).Сынама алу құрылғысының жұмысын бұзуы мүмкін зарядтың жиналуын болдырмау үшін барлық сынама алғыш компоненттері электрлік жерге тұйықталған.
(a) Судың наноқұрылымдарын құру жүйесі (EWNS).(b) Ең маңызды параметрлерді көрсететін сынама алғыш пен электроспрейдің көлденең қимасы.(c) Бактерияларды инактивациялауға арналған эксперименттік қондырғы.
Жоғарыда сипатталған EWNS генерациялау жүйесі EWNS сипаттарын дәл реттеуді жеңілдету үшін негізгі жұмыс параметрлерін өзгертуге қабілетті.EWNS сипаттамаларын дәл реттеу үшін қолданылатын кернеуді (V), ине мен қарсы электрод арасындағы қашықтықты (L) және капилляр арқылы өтетін су ағынын (φ) реттеңіз.Әртүрлі комбинацияларды көрсету үшін қолданылатын таңба: [V (кВ), L (см)].Белгілі бір жиынның тұрақты Тейлор конусын алу үшін су ағынын реттеңіз [V, L].Осы зерттеудің мақсаттары үшін қарсы электродтың (D) саңылау диаметрі 0,5 дюймде (1,29 см) сақталды.
Шектелген геометрия мен асимметрияға байланысты электр өрісінің кернеулігін бірінші принциптер бойынша есептеу мүмкін емес.Оның орнына электр өрісін есептеу үшін QuickField™ бағдарламалық құралы (Svendborg, Дания)19 пайдаланылды.Электр өрісі біркелкі емес, сондықтан әртүрлі конфигурациялар үшін анықтамалық шама ретінде капиллярдың ұшындағы электр өрісінің мәні пайдаланылды.
Зерттеу барысында ине мен қарсы электрод арасындағы кернеу мен қашықтықтың бірнеше комбинациясы Тейлор конусының қалыптасуы, Тейлор конусының тұрақтылығы, EWNS өндірісінің тұрақтылығы және қайталану мүмкіндігі тұрғысынан бағаланды.Әртүрлі комбинациялар S1 қосымша кестесінде көрсетілген.
EWNS генерациялау жүйесінің шығысы бөлшектер санының концентрациясын өлшеуге арналған Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN), сондай-ақ аэрозоль Фарадей электрометріне (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) тікелей қосылды.) аэрозольдық токтар үшін біздің алдыңғы жарияланымда сипатталғандай өлшенген.SMPS және аэрозоль электрометрі 0,5 л/мин (жалпы үлгі шығыны 1 л/мин) ағын жылдамдығымен сынама алды.Бөлшектердің сандық концентрациясы және аэрозоль ағыны 120 секунд бойы өлшенді.Өлшеу 30 рет қайталанады.Ағымдағы өлшемдер негізінде жалпы аэрозоль заряды есептеледі және таңдалған EWNS бөлшектерінің берілген жалпы саны үшін орташа EWNS заряды есептеледі.EWNS орташа құнын (1) теңдеу арқылы есептеуге болады:
мұндағы IEl – өлшенетін ток, NSMPS – SMPS көмегімен өлшенген цифрлық концентрация, ал φEl – бір электрометрдегі шығын жылдамдығы.
Салыстырмалы ылғалдылық (RH) беттік зарядқа әсер ететіндіктен, тәжірибе кезінде температура және (RH) сәйкесінше 21°C және 45% тұрақты сақталды.
EWNS өлшемін және қызмет ету мерзімін өлшеу үшін атомдық күш микроскопиясы (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта-Барбара, Калифорния) және AC260T зонды (Олимп, Токио, Жапония) пайдаланылды.AFM сканерлеу жиілігі 1 Гц, сканерлеу аумағы 5 мкм × 5 мкм және 256 сканерлеу сызығы болды.Барлық кескіндер Asylum бағдарламалық құралының көмегімен бірінші ретті кескін туралауына ұшырады (маска диапазоны 100 нм, шек 100 pm).
Сынақ шұңқыры алынып тасталды және слюда бетінде бөлшектердің агломерациясын және біркелкі емес тамшылардың пайда болуын болдырмау үшін орташа есеппен 120 с уақыт ішінде слюда беті қарсы электродтан 2,0 см қашықтықта орналастырылды.EWNS тікелей жаңа кесілген слюда бетіне шашыранды (Тед Пелла, Реддинг, CA).AFM шашыратқаннан кейін бірден слюда бетінің суреті.Жаңа кесілген модификацияланбаған слюда бетінің жанасу бұрышы 0°-қа жақын, сондықтан EVNS слюда бетінде күмбез түрінде таралады.Диффузиялық тамшылардың диаметрі (a) және биіктігі (h) тікелей AFM топографиясынан өлшенді және біздің бұрын расталған әдісіміз арқылы EWNS күмбезді диффузия көлемін есептеу үшін пайдаланылды.Борттық EWNS көлемі бірдей болса, эквивалентті диаметрді (2) теңдеу арқылы есептеуге болады:
Біздің бұрын әзірленген әдісімізге сүйене отырып, EWNS-де қысқа мерзімді радикалды аралық заттардың болуын анықтау үшін электронды спин-резонанстық (ESR) спиндік тұзақ пайдаланылды.Аэрозольдер 235 мМ DEPMPO(5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc.) ерітіндісі бар 650 мкм Midget шпаргері (Ace Glass, Vineland, NJ) арқылы көпіршікті.Портленд, Орегон).Барлық ESR өлшемдері Bruker EMX спектрометрі (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АҚШ) және жалпақ панельді ұяшық арқылы орындалды.Деректерді жинау және талдау үшін Acquisit бағдарламалық құралы (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АҚШ) пайдаланылды.ROS сипаттамаларын анықтау жұмыс жағдайларының жиынтығы үшін ғана жүзеге асырылды [-6,5 кВ, 4,0 см].EWNS концентрациясы импульстордағы EWNS шығындарын есептегеннен кейін SMPS көмегімен өлшенді.
Озон деңгейлері 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 көмегімен бақыланды.
Барлық EWNS қасиеттері үшін өлшеу мәні ретінде орташа мән, ал өлшеу қателігі ретінде стандартты ауытқу пайдаланылады.Оңтайландырылған EWNS атрибуттарының мәндерін базалық EWNS сәйкес мәндерімен салыстыру үшін T-тесттері орындалды.
2c суретінде бұрын әзірленген және сипатталған электростатикалық жауын-шашынның (EPES) «тарту» жүйесі көрсетілген, ол EWNS-ті бетке мақсатты жеткізу үшін пайдаланылуы мүмкін.EPES күшті электр өрісінің әсерінен нысананың бетіне тікелей «бағытталуға» болатын EVNS зарядтарын пайдаланады.EPES жүйесінің егжей-тегжейлері Pyrgiotakis et al.11 .Осылайша, EPES конустық ұштары бар 3D басып шығарылған ПВХ камерасынан тұрады және ортасында бір-бірінен 15,24 см қашықтықта екі параллель баспайтын болаттан (304 баспайтын болат, айнамен қапталған) металл пластиналардан тұрады.Тақталар сыртқы жоғары кернеу көзіне (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) қосылды, төменгі тақта әрқашан оң кернеуге, ал үстіңгі тақта әрқашан жерге (қалқымалы жерге) қосылды.Камера қабырғалары бөлшектердің жоғалуын болдырмау үшін электрлік жерге тұйықталған алюминий фольгамен жабылған.Камерада жоғары вольтты кедергілерді болдырмау үшін сынақ беттерін төменгі металл пластинадан жоғары көтеретін пластик тіректерге орналастыруға мүмкіндік беретін тығыздалған алдыңғы жүк тиеу есігі бар.
EPES ішіндегі EWNS тұндыру тиімділігі қосымша S111 суретте егжей-тегжейлі сипатталған бұрын әзірленген хаттамаға сәйкес есептелді.
Басқару камерасы ретінде екінші цилиндрлік ағынды камера EPES жүйесіне тізбектей қосылды, онда EWNS жою үшін аралық HEPA сүзгісі пайдаланылды.2c-суретте көрсетілгендей, EWNS аэрозольы екі кіріктірілген камера арқылы айдалды.Басқару бөлмесі мен EPES арасындағы сүзгі бірдей температура (T), салыстырмалы ылғалдылық (RH) және озон деңгейлеріне әкелетін қалған EWNS-ді жояды.
Тағам арқылы тасымалданатын маңызды микроорганизмдер E. coli (ATCC №27325), нәжіс индикаторы, Salmonella enterica (ATCC №53647), тағамдық қоздырғыш, Listeria зиянсыз (ATCC №33090), патогендік Listeria monocytogenes, Savaceromacey (ATCC) патогендік суррогат сияқты жаңа тағамдарды ластайтыны анықталды. ae (ATCC №4098), бұзылатын ашытқыларды алмастырғыш және анағұрлым төзімді инактивтендірілген бактерия, Mycobacterium paralucky (ATCC №19686).
Жергілікті нарықтан органикалық жүзім қызанақтарының кездейсоқ қораптарын сатып алыңыз және қолданғанға дейін 4 ° C температурада тоңазытқышта сақтаңыз (3 күнге дейін).Эксперименттік қызанақтардың барлығы бірдей мөлшерде болды, диаметрі шамамен 1/2 дюйм.
Мәдениет, егу, экспозиция және колонияларды санау хаттамалары біздің алдыңғы жарияланымда егжей-тегжейлі және Қосымша деректерде егжей-тегжейлі берілген.EWNS тиімділігі егілген қызанақтарды 45 минут ішінде 40 000 #/см3 әсер ету арқылы бағаланды.Қысқаша айтқанда, үш қызанақ t = 0 мин уақытында тірі қалған микроорганизмдерді бағалау үшін пайдаланылды.Үш қызанақ EPES-ке орналастырылды және 40,000 #/cc (EWNS ашық қызанақтар) EWNS әсеріне ұшырады, ал қалған үшеуі бақылау камерасына (бақылау қызанақтары) орналастырылды.Екі топта да қызанақтарды қосымша өңдеу жүргізілмеген.EWNS әсеріне ұшыраған қызанақтар мен бақылау қызанақтары EWNS әсерін бағалау үшін 45 минуттан кейін жойылды.
Әрбір эксперимент үш данада жүргізілді.Деректерді талдау Қосымша деректерде сипатталған хаттамаға сәйкес орындалды.
Инактивация механизмдері экспозицияға ұшыраған EWNS үлгілерінің (40 000 #/см3 EWNS аэрозоль концентрациясында 45 мин) және E. coli, Salmonella enterica және Lactobacillus зиянсыз бактерияларының сәулеленбеген үлгілерінің шөгуімен бағаланды.Бөлшектер 2,5% глутаральдегидте, 1,25% параформальдегидте және 0,03% пикрин қышқылында 0,1 М натрий какодилаты буферінде (рН 7,4) бөлме температурасында 2 сағат бойы бекітілді.Жуғаннан кейін 1% осмий тетроксиді (OsO4)/1,5% калий ферроцианидімен (KFeCN6) 2 сағат бойы фиксациялайды, 3 рет суда жуады және 1% уранилацетатта 1 сағат бойы инкубациялайды, содан кейін суда екі рет жуады, содан кейін 109% спиртте сусыздандырады, 10%, 105%.Содан кейін үлгілер пропилен оксидіне 1 сағатқа орналастырылды және пропилен оксиді мен TAAP Epon (Marivac Canada Inc. Сент Лоран, CA) 1:1 қоспасымен сіңдірілген.Үлгілер TAAB Epon ішіне ендірілген және 60°C температурада 48 сағат бойы полимерленген.Кептірілген түйіршікті шайыр AMT 2k CCD камерасымен (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Воберн, Массачусетс, АҚШ) жабдықталған JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Жапония) кәдімгі трансмиссиялық электронды микроскоп арқылы TEM арқылы кесілген және визуалды.
Барлық эксперименттер үш данада орындалды.Әр уақыт нүктесі үшін бактериялық жуулар үш данада себілді, нәтижесінде бір нүктеге барлығы тоғыз деректер нүктесі алынды, олардың орташа мәні сол микроорганизм үшін бактерия концентрациясы ретінде пайдаланылды.Өлшеу қатесі ретінде стандартты ауытқу қолданылды.Барлық ұпайлар есептеледі.
t = 0 мин салыстырғанда бактериялар концентрациясының төмендеуінің логарифмі келесі формула бойынша есептелді:
мұндағы C0 - 0 уақытындағы бақылау үлгісіндегі бактериялардың концентрациясы (яғни бет кептіргеннен кейін, бірақ камераға салынғанға дейін) және Cn - n минут әсер еткеннен кейін беттегі бактериялардың концентрациясы.
45 минуттық әсер ету кезінде бактериялардың табиғи деградациясын есепке алу үшін 45 минуттан кейінгі бақылаумен салыстырғанда журналдың қысқаруы да келесідей есептелді:
мұндағы Cn – n уақытындағы бақылау үлгісіндегі бактериялардың концентрациясы және Cn-Control – n уақытындағы бақылау бактерияларының концентрациясы.Деректер бақылаумен салыстырғанда журналды азайту ретінде ұсынылады (EWNS экспозициясы жоқ).
Зерттеу барысында ине мен қарсы электрод арасындағы кернеу мен қашықтықтың бірнеше комбинациясы Тейлор конусының қалыптасуы, Тейлор конусының тұрақтылығы, EWNS өндірісінің тұрақтылығы және қайталану мүмкіндігі тұрғысынан бағаланды.Әртүрлі комбинациялар S1 қосымша кестесінде көрсетілген.Тұрақты және қайталанатын қасиеттерді көрсететін екі жағдай (Тейлор конусы, EWNS генерациясы және уақыт бойынша тұрақтылық) жан-жақты зерттеу үшін таңдалды.Суретте.3-суретте екі жағдайда да ROS заряды, өлшемі және мазмұны бойынша нәтижелер көрсетілген.Нәтижелер де 1-кестеде көрсетілген. Анықтама үшін 3-суретте де, 1-кестеде де бұрын синтезделген оңтайландырылмаған EWNS8, 9, 10, 11 (базалық-EWNS) қасиеттері бар.Екі жақты t-тестінің көмегімен статистикалық маңыздылық есептеулері S2 қосымша кестесінде қайта жарияланды.Сонымен қатар, қосымша деректерге қарсы электродты іріктеу саңылауының диаметрінің (D) және жердегі электрод пен ұшының (L) арасындағы қашықтықтың әсерін зерттеу кіреді (қосымша S2 және S3 суреттері).
(ac) AFM арқылы өлшенген өлшемді бөлу.(df) Беттік зарядтың сипаттамасы.(g) EPR ROS сипаттамасы.
Сондай-ақ, жоғарыда аталған жағдайлардың барлығы үшін өлшенген иондану тогы 2 мен 6 мкА және кернеу -3,8 және -6,5 кВ арасында болғанын, нәтижесінде осы жалғыз EWNS генерациялау контакті модулі үшін 50 мВт-тан аз қуат тұтынуды ескерген жөн.EWNS жоғары қысымда синтезделгенімен, озон деңгейлері өте төмен болды, ешқашан 60 ppb аспады.
Қосымша S4 суретте сәйкесінше [-6,5 кВ, 4,0 см] және [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлері үшін модельденген электр өрістері көрсетілген.[-6,5 кВ, 4,0 см] және [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлері үшін өрісті есептеулер сәйкесінше 2 × 105 В/м және 4,7 × 105 В/м құрайды.Бұл күтілуде, өйткені екінші жағдайда кернеу-қашықтық қатынасы әлдеқайда жоғары.
Суретте.3a,b AFM8 көмегімен өлшенген EWNS диаметрін көрсетеді.Есептелген орташа EWNS диаметрлері [-6,5 кВ, 4,0 см] және [-3,8 кВ, 0,5 см] схемалары үшін сәйкесінше 27 нм және 19 нм болды.[-6,5 кВ, 4,0 см] және [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлері үшін таралулардың геометриялық стандартты ауытқулары тиісінше 1,41 және 1,45 құрайды, бұл тар өлшемді бөлуді көрсетеді.Орташа өлшем де, геометриялық стандартты ауытқу да, тиісінше, 25 нм және 1,41-де бастапқы EWNS-ге өте жақын.Суретте.3c бірдей жағдайларда бірдей әдіспен өлшенген базалық EWNS өлшемдерінің таралуын көрсетеді.
Суретте.3d,e зарядты сипаттау нәтижелерін көрсетеді.Деректер концентрацияның (#/см3) және токтың (I) бір уақыттағы 30 өлшемінің орташа өлшемдері болып табылады.Талдау көрсеткендей, EWNS орташа заряды [-6,5 кВ, 4,0 см] және [-3,8 кВ, 0,5 см] үшін сәйкесінше 22 ± 6 e- және 44 ± 6 e- құрайды.Олар бастапқы EWNS (10 ± 2 e-) салыстырғанда айтарлықтай жоғары беттік зарядтарға ие, [-6,5 кВ, 4,0 см] сценарийден екі есе және [-3 ,8 кВ, 0,5 см] сценарийден төрт есе көп.3f суретінде заряд көрсетілген.Baseline-EWNS деректері.
EWNS нөмірінің концентрация карталарынан (S5 және S6 қосымша суреттері) [-6,5 кВ, 4,0 см] сценарийде [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийге қарағанда әлдеқайда көп бөлшектер бар екенін көруге болады.Сондай-ақ, EWNS санының концентрациясы 4 сағатқа дейін бақыланғанын атап өткен жөн (Қосымша суреттер S5 және S6), мұнда EWNS генерациясының тұрақтылығы екі жағдайда да бөлшектер саны концентрациясының бірдей деңгейлерін көрсетті.
Суретте.3g оңтайландырылған EWNS басқаруын (фон) [-6,5 кВ, 4,0 см] алып тастағаннан кейінгі EPR спектрін көрсетеді.ROS спектрлері де бұрын жарияланған жұмыста Baseline-EWNS сценарийімен салыстырылды.Айналдыру тұзақтарымен әрекеттесетін EWNS саны 7,5 × 104 EWNS/с болып есептелді, бұл бұрын жарияланған Baseline-EWNS8-ге ұқсас.EPR спектрлері ROS екі түрінің болуын анық көрсетті, оның ішінде O2- басым түр, ал OH• азырақ.Сонымен қатар, ең жоғары қарқындылықтарды тікелей салыстыру оңтайландырылған EWNS негізгі EWNS салыстырғанда айтарлықтай жоғары ROS мазмұнына ие екенін көрсетті.
Суретте.4 EPES-те EWNS тұндыру тиімділігін көрсетеді.Деректер сонымен қатар I кестеде жинақталған және бастапқы EWNS деректерімен салыстырылған.EUNS екі жағдайда да тұндыру 3,0 кВ төмен кернеуде де 100%-ға жақын.Әдетте, беттік зарядтың өзгеруіне қарамастан 100% тұндыру үшін 3,0 кВ жеткілікті.Дәл осындай жағдайларда Baseline-EWNS тұндыру тиімділігі олардың зарядының аз болуына байланысты небәрі 56% құрады (әр EWNS үшін орташа 10 электрон).
Суретте.5 және кестеде.2 оңтайлы режимде [-6,5 кВ, 4,0 см] 45 минут бойы шамамен 40 000 #/см3 EWNS әсерінен кейін қызанақ бетіне егілген микроорганизмдердің инактивация мәнін қорытындылайды.Екілген E. coli және Lactobacillus innocuous 45 минуттық экспозиция кезінде 3,8 журналға айтарлықтай азайғанын көрсетті.Дәл осындай жағдайларда S. enterica 2,2 лог, S. cerevisiae және M. parafortutum 1,0 лог төмендеген.
Электрондық микросуреттер (6-сурет) зиянсыз ішек таяқшалары, стрептококктар және лактобациллалар жасушаларында EWNS индукциялаған физикалық өзгерістерді бейнелейді, олардың инактивациялануына әкеледі.Бақылау бактерияларының жасушалық қабықшалары бұзылмаған, ал ашық бактериялардың сыртқы қабықтары зақымдалған.
Бақылау және ашық бактериялардың электронды микроскопиялық кескіні мембрананың зақымдалуын анықтады.
Оңтайландырылған EWNS физикалық-химиялық қасиеттері туралы деректер жиынтықта EWNS қасиеттері (беттік заряд және ROS мазмұны) бұрын жарияланған EWNS бастапқы деректерімен салыстырғанда айтарлықтай жақсарғанын көрсетеді8,9,10,11.Екінші жағынан, олардың мөлшері нанометрлік диапазонда қалды, бұл бұрын хабарланған нәтижелерге өте ұқсас, бұл оларға ауада ұзақ уақыт қалуға мүмкіндік берді.Бақыланатын полидисперстілік EWNS өлшемін, Рэйлей эффектінің кездейсоқтығын және потенциалды біріктіруді анықтайтын беттік зарядтың өзгеруімен түсіндіруге болады.Дегенмен, Nielsen және т.б.22, жоғары беттік заряд су тамшысының беттік энергиясын/кернеуін тиімді арттыру арқылы булануды азайтады.Біздің алдыңғы жарияланымда8 бұл теория 22 және EWNS микротамшылары үшін эксперименталды түрде расталды.Үстеме жұмыс уақытында зарядтың жоғалуы өлшемге әсер етуі және байқалатын өлшемдердің таралуына ықпал етуі мүмкін.