Spas ji bo serdana Nature.com. Hûn guhertoyek gerokê bi piştgiriya CSS-ê ya sînorkirî bikar tînin. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê di Internet Explorer-ê de neçalak bikin). Wekî din, ji bo misogerkirina piştgiriya domdar, em malperê bê şêwaz û JavaScript nîşan didin.
Di demên dawî de, platformek antîmîkrobî ya bê kîmyewî li ser bingeha nanoteknolojiyê bi karanîna nanostruktûrên ava sûnî (EWNS) hatiye pêşxistin. EWNS bargiraniyek rûyê bilind heye û dewlemend bi cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) ne ku dikarin bi hejmarek mîkroorganîzmayan re têkilî daynin û wan neçalak bikin, di nav de patojenên xwarinê jî. Li vir tê nîşandan ku taybetmendiyên wan di dema sentezê de dikarin werin başkirin û çêtirkirin da ku potansiyela wan a antîbakteriyal bêtir zêde bikin. Platforma laboratîfê ya EWNS ji bo başkirina taybetmendiyên EWNS bi guhertina parametreyên sentezê hate sêwirandin. Taybetmendiya taybetmendiyên EWNS (bar, mezinahî, û naveroka ROS) bi karanîna rêbazên analîtîk ên nûjen hate kirin. Wekî din, mîkroorganîzmayên xwarinê yên wekî Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, û Saccharomyces cerevisiae li ser rûyê tomatoyên tirî yên organîk hatin derzîkirin da ku potansiyela wan a neçalakkirina mîkrobî were nirxandin. Encamên ku li vir têne pêşkêş kirin nîşan didin ku taybetmendiyên EWNS dikarin di dema sentezê de werin başkirin, ku di encamê de karîgeriya neçalakkirinê bi rengek eksponansiyel zêde dibe. Bi taybetî, barkirina rûvî çar qat zêde bû, û naveroka ROS jî zêde bû. Rêjeya rakirina mîkroban bi mîkrobî ve girêdayî bû û piştî 45 hûrdeman ji ber dozeke aerosolê ya 40,000 #/cm3 EWNS, di navbera 1.0 û 3.8 log de diguhere.
Gemarbûna mîkrobî sedema sereke ya nexweşiyên ji xwarinê çêdibe ku ji ber xwarina mîkroban an toksînên wan çêdibin. Nexweşiyên ji xwarinê çêdibin, tenê li Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê, her sal nêzîkî 76 milyon nexweşiyan, 325,000 nexweşxaneyan û 5,000 mirinan pêk tînin1. Wekî din, Wezareta Çandiniyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê (USDA) texmîn dike ku zêdebûna vexwarina berhemên teze berpirsiyarê ji sedî 48ê hemî nexweşiyên ji xwarinê çêdibin ên li Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê ye2. Mesrefa nexweşî û mirinê ji ber mîkroban li Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê pir zêde ye, ji hêla Navendên Kontrol û Pêşîlêgirtina Nexweşiyan (CDC) ve ji zêdetirî 15.6 mîlyar dolarê Amerîkî salane tê texmîn kirin3.
Niha, destwerdanên antîmîkrobî yên kîmyewî4, tîrêjên5 û germî6 ji bo misogerkirina ewlehiya xwarinê bi piranî li xalên kontrolê yên krîtîk (CCP) yên sînorkirî di zincîra hilberînê de (bi gelemperî piştî çinînê û/an di dema pakkirinê de) têne bicîh kirin, ne ku bi berdewamî bi awayekî ku berhemên teze rastî gemarîbûna xaçerêyî werin. 7 Destwerdanên antîmîkrobî hewce ne da ku nexweşiyên ji xwarinê çêdibin û xerabûna xwarinê çêtir kontrol bikin û potansiyela wan heye ku li seranserê berdewamiya çandiniyê-ber-maseyê werin sepandin. Bandor û lêçûn kêmtir.
Platformek dijî-mîkrobî ya bê kîmyewî ya li ser bingeha nanoteknolojiyê vê dawiyê ji bo bêçalakkirina bakteriyan li ser rûyan û di hewayê de bi karanîna nanostrukturên ava sûnî (EWNS) hatiye pêşxistin. Ji bo senteza EVNS, du pêvajoyên paralel hatine bikar anîn: elektrospray û îyonîzasyona avê (Wêne 1a). Berê hatiye nîşandan ku EWNS xwedan komek taybetmendiyên fîzîkî û biyolojîkî yên bêhempa ye8,9,10. EWNS xwedan navînî 10 elektron di her avahiyê de ye û mezinahiya nanometreyê ya navînî 25 nm e (Wêne 1b,c)8,9,10. Wekî din, rezonansa spîna elektronê (ESR) nîşan da ku EWNS mîqdarek mezin ji cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS) dihewîne, bi piranî radîkalên hîdroksîl (OH•) û superoksîd (O2-) (Wêne 1c)8. EWNS demek dirêj di hewayê de ma û dikare bi mîkrobên ku di hewayê de daliqandî û li ser rûyan hene re li hev bikeve, barê ROS-a xwe radest bike û bibe sedema bêçalakkirina mîkroban (Wêne 1d). Van lêkolînên berê jî nîşan dan ku EWNS dikare bi gelek bakteriyên gram-neyînî û gram-pozîtîf ên girîng ji bo tenduristiya giştî, di nav de mîkobakterî, li ser rûyan û di hewayê de têkilî dayne û wan neçalak bike8,9. Mîkroskopiya elektronê ya veguheztinê nîşan da ku neçalakkirin ji ber têkçûna parzûna şaneyê çêbûye. Wekî din, lêkolînên bêhnvedana akût nîşan dane ku dozên bilind ên EWNS zirarê an iltîhaba pişikê nadin8.
(a) Elektrospray çêdibe dema ku voltaja bilind di navbera kapîlarek ku şilek tê de heye û elektroda dijber de tê sepandin. (b) Sepandina voltaja bilind dibe sedema du diyardeyên cûda: (i) elektrospraykirina avê û (ii) çêbûna cureyên oksîjenê yên reaktîf (îyon) ên di EWNS de asê mane. (c) Avahiya bêhempa ya EWNS. (d) EWNS ji ber xwezaya xwe ya nanopîvan pir mobîl in û dikarin bi patojenên hewayî re têkilî daynin.
Qabîliyeta platforma dijî-mîkrobî ya EWNS ji bo bêçalakkirina mîkroorganîzmayên xwarinê yên li ser rûyê xwarina teze jî vê dawiyê hatiye nîşandan. Her wiha hatiye nîşandan ku barkirina rûyê EWNS dikare bi hev re bi qadeke elektrîkê re ji bo radestkirina armanckirî were bikar anîn. Ya girîngtir, encamek destpêkê ya sozdar a kêmkirina çalakiya tomato ya organîk a bi qasî 1.4 log li dijî mîkroorganîzmayên xwarinê yên cûrbecûr ên wekî E. coli û Listeria di nav 90 hûrdeman de piştî têkiliya bi EWNS re di konsantrasyona bi qasî 50,000#/cm311 de hate dîtin. Wekî din, testên nirxandina organoleptîk ên pêşîn li gorî tomato ya kontrolê bandorek organoleptîk nîşan nedan. Her çend ev encamên bêçalakkirinê yên destpêkê ewlehiya xwarinê soz didin, tewra di dozên EWNS yên pir kêm ên 50,000#/cc de jî. bibînin, eşkere ye ku potansiyelek bêçalakkirinê ya bilindtir dê ji bo kêmkirina xetera enfeksiyon û xerakirinê bêtir sûdmend be.
Li vir, em ê lêkolîna xwe li ser pêşxistina platformek nifşê EWNS-ê bikin da ku parametreyên sentezê baştir bikin û taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî yên EWNS-ê baştir bikin da ku potansiyela wan a antîbakteriyal zêde bikin. Bi taybetî, baştirkirin li ser zêdekirina barkirina rûyê wan (ji bo baştirkirina radestkirina armanckirî) û naveroka ROS-ê (ji bo baştirkirina karîgeriya neçalakkirinê) hûr bûye. Taybetmendiya taybetmendiyên fîzîkî-kîmyewî yên çêtirkirî (mezinahî, bar û naveroka ROS) bi karanîna rêbazên analîtîk ên nûjen û bi karanîna mîkroorganîzmayên xwarinê yên hevpar ên wekî E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae û M. parafortuitum.
EVNS bi elektrospraying û iyonîzasyona ava paqijiya bilind (18 MΩ cm–1) ya hevdem hate sentezkirin. Atomîzera elektrîkê 12 bi gelemperî ji bo atomîzekirina şilekan û polîmerên sentetîk û perçeyên seramîk 13 û fîberan 14 yên bi mezinahiya kontrolkirî tê bikar anîn.
Wekî ku di weşanên berê 8, 9, 10, 11 de bi berfirehî hatiye ravekirin, di ceribandinek tîpîk de, voltaja bilind di navbera kapîlarek metalî û elektrodek dijber a erdî de tê sepandin. Di vê pêvajoyê de, du diyardeyên cûda çêdibin: 1) elektrospray û 2) iyonîzasyona avê. Qadeke elektrîkê ya bihêz di navbera her du elektrodan de dibe sedema kombûna barên neyînî li ser rûyê ava kondenskirî, ku di encamê de dibe sedema çêbûna konên Taylor. Di encamê de, dilopên avê yên bi barek bilind çêdibin, ku li gorî teoriya Rayleigh16 berdewam dikin ku di nav perçeyên piçûktir de parçe bibin. Di heman demê de, qadeke elektrîkê ya bihêz dibe sedema ku hin molekulên avê parçe bibin û elektronan jê bikin (iyonîzasyon), bi vî rengî mîqdarek mezin ji cureyên oksîjenê yên reaktîf (ROS)17 çêdikin. Pakêtên ROS18 ên ku di heman demê de hatine çêkirin di EWNS de hatin kapsulkirin (Wêne 1c).
Di wêneya 2a de pergala çêkirina EWNS-ê ya ku di senteza EWNS-ê de di vê lêkolînê de hatî pêşve xistin û bikar anîn nîşan dide. Ava paqijkirî ya ku di şûşeyek girtî de hatî hilanîn, bi rêya lûleyek Teflonê (bi qutra hundurîn a 2 mm) ji derziyek pola zengarnegir a 30G (kapîlarek metalî) re hatî şandin. Wekî ku di Wêne 2b de tê xuyang kirin, herikîna avê ji hêla zexta hewayê ya di hundurê şûşeyê de tê kontrol kirin. Derzî bi konsolek Teflonê ve girêdayî ye ku dikare bi destan li dûrbûnek diyarkirî ji elektroda dijber were verast kirin. Elektroda dijber dîskek aluminiumê ya cilkirî ye ku di navîn de qulikek ji bo nimûnegirtinê heye. Li binê elektroda dijber hêlînek nimûnegirtinê ya aluminiumê heye, ku bi rêya porta nimûnegirtinê bi mayîna sazkirina ceribandinê ve girêdayî ye (Wêne 2b). Hemî pêkhateyên nimûnegir bi elektrîkî têne erdê kirin da ku ji kombûna bargiraniyê dûr bikevin ku dikare nimûnegirtina perçeyan xirab bike.
(a) Sîstema Çêkirina Nanostruktûra Avê ya Endezyarîkirî (EWNS). (b) Beşa xaçerê ya nimûnegir û yekîneya elektrospray ku parametreyên herî girîng nîşan dide. (c) Sazkirina ceribandinê ji bo bêçalakkirina bakteriyan.
Sîstema çêkirina EWNS-ê ya ku li jor hatî vegotin dikare parametreyên xebitandinê yên sereke biguherîne da ku taybetmendiyên EWNS-ê bi hêsanî mîheng bike. Voltaja sepandî (V), dûrahiya di navbera derzî û elektroda dijber (L), û herikîna avê (φ) di nav kapîlarê de rast bike da ku taybetmendiyên EWNS-ê bi rengekî baş mîheng bike. Sembolên [V (kV), L (cm)] ji bo destnîşankirina kombînasyonên cûda têne bikar anîn. Herikîna avê rast bike da ku konek Taylor a sabît a komek diyarkirî [V, L] bi dest bixe. Ji bo armancên vê lêkolînê, vebûna elektroda dijber (D) li 0,5 înç (1,29 cm) hat danîn.
Ji ber geometrî û nehevsengiya sînorkirî, hêza qada elektrîkê nikare ji prensîbên yekem were hesabkirin. Di şûna wê de, nermalava QuickField™ (Svendborg, Danîmarka)19 ji bo hesabkirina qada elektrîkê hate bikar anîn. Qada elektrîkê ne yekreng e, ji ber vê yekê nirxa qada elektrîkê ya li serê kapîlarê wekî nirxek referansê ji bo konfigurasyonên cûrbecûr hate bikar anîn.
Di dema lêkolînê de, çend kombînasyonên voltaja û dûrahiya di navbera derzî û elektroda dijber de ji hêla avakirina konê Taylor, aramiya konê Taylor, aramiya hilberîna EWNS, û dubarekirinê ve hatin nirxandin. Kombînasyonên cûrbecûr di Tabloya Pêvek S1 de têne nîşandan.
Derana sîstema çêkirina EWNS rasterast bi Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS, model 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) ve hate girêdan da ku rêjeya hejmara parçeyan bipîve û bi elektrometereke aerosol a Faraday (TSI, model 3068B, Shoreview, USA) re hate bikar anîn da ku herikîna aerosol bipîve, wekî ku di weşana me ya berê de hatî vegotin9. Hem SMPS û hem jî elektrometera aerosol bi rêjeya herikîna 0.5 L/min (herikîna tevahî ya nimûneyê 1 L/min) hatin nimûnekirin. Têkeliyên parçeyan û herikîna aerosol ji bo 120 saniyeyan hatin pîvandin. Pîvandinê 30 caran dubare bikin. Barkirina tevahî ya aerosol ji pîvandinên heyî tê hesibandin, û barkirina navînî ya EWNS ji hejmara tevahî ya parçeyên EWNS ên nimûnekirî tê texmîn kirin. Mesrefa navînî ya EWNS dikare bi karanîna Hevkêşeya (1) were hesibandin:
ku IEl herika pîvandî ye, NSMPS rêjeya hejmarî ya bi SMPS tê pîvandin e, û φEl rêjeya herikîna ber bi elektrometerê ye.
Ji ber ku şilbûna nisbî (RH) bandorê li ser barkirina rûyê dike, germahî û (RH) di dema ceribandinê de bi rêzê ve li 21°C û 45% sabît man.
Mîkroskopiya hêza atomî (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) û proba AC260T (Olympus, Tokyo, Japonya) ji bo pîvandina mezinahî û temenê EWNS hatin bikar anîn. Rêjeya şopandina AFM 1 Hz e û qada şopandinê 5 µm × 5 µm bi 256 xetên şopandinê ye. Hemû wêne bi karanîna nermalava Asylum (mask bi rêza 100 nm û eşikek 100 pm) ji bo hevrêzkirina wêneya rêza yekem hatin derbas kirin.
Hêlîna nimûnegirtinê derxînin û rûyê mîkayê bi dûrahiya 2.0 cm ji elektroda dijber ji bo demek navînî ya 120 saniyeyan deynin da ku ji hevgirtina perçeyan û çêbûna dilopên nerêkûpêk li ser rûyê mîkayê dûr bikevin. EWNS rasterast li ser rûyên mîkayê yên nû birîn hate sepandin (Ted Pella, Redding, CA). Di cih de piştî sputterkirinê, rûyê mîkayê bi karanîna AFM hate xuyang kirin. Goşeya têkiliya rûyê mîkayê ya nû birîn a neguherandî nêzîkî 0° ye, ji ber vê yekê EWNS li ser rûyê mîkayê bi şiklê qubeyî belav dibe20. Qûtra (a) û bilindahiya (h) ya dilopên belavbûnê rasterast ji topografiya AFM hatin pîvandin û ji bo hesabkirina qebareya belavbûna qubeyî EWNS bi karanîna rêbaza me ya berê pejirandî8 hatin bikar anîn. Bi texmînkirina ku EVNS-ya li ser panelê xwedî heman qebareyê ye, qûtra wekhev dikare ji hevkêşeya (2) were hesab kirin:
Li gorî rêbaza me ya berê pêşxistî, ji bo tespîtkirina hebûna navbeynkarên radîkal ên demkurt di EWNS de, dafikek spin rezonansa spin a elektronê (ESR) hat bikar anîn. Aerosol di çareseriyek ku 235 mM DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc., Portland, Oregon) tê de hebû, hatin derbaskirin. Hemî pîvandinên EPR bi karanîna spektrometreyek Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) û rêzikên şaneyên deşt hatin kirin. Nermalava Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ji bo berhevkirin û analîzkirina daneyan hat bikar anîn. Taybetmendiya ROS tenê ji bo komek şert û mercên xebitandinê [-6.5 kV, 4.0 cm] hat kirin. Konsantrasyonên EWNS bi karanîna SMPS piştî hesabkirina windabûna EWNS di bandorker de hatin pîvandin.
Asta ozonê bi karanîna 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 hate şopandin.
Ji bo hemû taybetmendiyên EWNS, nirxa pîvandinê navîniya pîvandinan e, û xeletiya pîvandinê jî devîasyona standard e. Ji bo berhevdana nirxa taybetmendiya EWNS ya çêtirkirî bi nirxa têkildar a EWNS ya bingehîn, testa t-yê hate kirin.
Wêneya 2c Sîstema Derbasbûna Elektrostatîk a Barînê (EPES) nîşan dide ku berê hatiye pêşxistin û taybetmendîkirin û dikare ji bo armanckirina EWNS11 ber bi rûberan ve were bikar anîn. EPES barkirinek EWNS bi hev re bi qadeke elektrîkê ya bihêz bikar tîne da ku rasterast ber bi rûyê hedefê ve "nîşan" bide. Hûrguliyên pergala EPES di weşanek dawî ya Pyrgiotakis et al.11 de têne pêşkêş kirin. Bi vî awayî, EPES ji odeyek PVC-ya çapkirî ya 3D pêk tê ku serên wê konîk in û du plakayên metal ên pola zengarnegir ên paralel (pola zengarnegir a 304, neynika cilkirî) di navîn de bi dûrahiya 15.24 cm ji hev dûr dihewîne. Taxte bi çavkaniyek voltaja bilind a derveyî (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) ve girêdayî bûn, tabloya jêrîn her gav erênî bû û tabloya jorîn her gav erdê bû (li ser avê diherikî). Dîwarên odeyê bi folya aluminiumê hatine nixumandin, ku ji bo pêşîgirtina li windabûna perçeyan bi elektrîkê hatiye erdê kirin. Ode deriyek barkirinê ya pêşîn a mohrkirî heye ku dihêle ku rûberên ceribandinê li ser refikên plastîk werin danîn, wan ji plakaya metal a jêrîn werin rakirin da ku ji destwerdana voltaja bilind dûr bikevin.
Karîgeriya danîna EWNS di EPES de li gorî protokoleke berê hatî pêşxistin ku di Şekila Pêvek S111 de bi hûrgilî hatîye destnîşan kirin, hat hesab kirin.
Wekî odeyeke kontrolê, herikîna duyemîn a di odeya silindirî re bi karanîna fîltereke HEPA ya navberî bi rêzê ve bi pergala EPES ve girêdayî ye da ku EWNS were rakirin. Wekî ku di şekil 2c de tê xuyang kirin, aerosolê EWNS bi du odeyên ku bi rêzê ve girêdayî ne ve hat pompe kirin. Fîltera di navbera odeya kontrolê û EPES de her EWNS-ya mayî radike û di encamê de germahî (T), şilbûna nisbî (RH) û asta ozonê wekhev dibe.
Mîkroorganîzmayên girîng ên ji xwarinê çêbûyî berhemên teze gemarî dikin, wek Escherichia coli (ATCC #27325), nîşanderek fekal, Salmonella enterica (ATCC #53647), patojenek ji xwarinê çêbûyî, Listeria innocua (ATCC #33090), alternatîfek ji bo Listeria monocytogenes a patogenîk. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) wekî alternatîfek ji bo hevîrtirşka xerakirinê, û Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) wekî bakteriyek zindî ya berxwedêrtir ji ATCC (Manassas, Virginia) hatin kirîn.
Qutîyên tomatoyên tirî yên organîk bi awayekî rasthatî ji bazara xweya herêmî bikirin û heta bikaranînê (heta 3 rojan) di 4°C de sarincokê de bihêlin. Tomatoyan ji bo ceribandinê bi yek mezinahî, bi qasî 1/2 înç di qûtra wan de hilbijêrin.
Protokolên ji bo înkubasyon, derzîkirin, eşkerekirin û jimartina koloniyan di weşanên me yên berê de bi berfirehî hatine ravekirin û di Daneyên Pêvek 11 de bi berfirehî hatine ravekirin. Performansa EWNS bi danîna tomatoyên derzîkirî bo 40,000 #/cm3 bo 45 hûrdeman hate nirxandin. Bi kurtasî, di dema t = 0 hûrdem de, sê tomato ji bo nirxandina mîkroorganîzmayên mayî hatin bikar anîn. Sê tomato di EPES de hatin danîn û bi 40,000 #/cc (tomatoyên eşkerekirî bo EWNS) li EWNS hatin danîn û sê yên din jî di odeya kontrolê de hatin danîn (tomatoyên kontrolê). Ti ji komên tomatoyan nehatin pêvajoya zêde. Tomatoyên eşkerekirî bo EWNS û kontrol piştî 45 hûrdeman hatin rakirin da ku bandora EWNS were nirxandin.
Her ceribandin sê caran hate kirin. Analîza daneyan li gorî protokola ku di Daneyên Pêvek de hatî vegotin hate kirin.
Nimûneyên bakteriyên E. coli, Enterobacter, û L. innocua yên ku rastî EWNS hatine (45 deqe, rêjeya aerosolê ya EWNS 40,000 #/cm3) û yên nehatine eşkerekirin, ji bo nirxandina mekanîzmayên neçalakkirinê hatine peletkirin. Bermayî 2 saetan di germahiya odeyê de di çareseriya sodyûm kakodîlat a 0.1 M (pH 7.4) de bi fîksatîfek ji %2.5 glutaraldehyde, %1.25 paraformaldehyde û %0.03 asîda pîkrîk hatiye sabîtkirin. Piştî şuştinê, ew bi %1 osmium tetroxide (OsO4)/%1.5 potassium ferrocyanide (KFeCN6) bo 2 saetan hatine sabîtkirin, 3 caran bi avê hatine şuştin û bo 1 saetê di 1 uranyl asetat de hatine înkubasyonkirin, paşê du caran bi avê hatine şuştin. Dehîdratkirina piştre 10 deqîqe ji her yekê ji %50, %70, %90, %100 alkolê. Piştre nimûne ji bo saetekê di nav propîlen oksîdê de hatin danîn û bi tevlîheviyek 1:1 a propîlen oksîdê û TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) hatin impregnkirin. Nimûne di nav TAAB Epon de hatin bicihkirin û 48 saetan di 60°C de polîmerîze bûn. Reçîna granulî ya saxlemkirî bi TEM-ê bi karanîna JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japonya), mîkroskopek elektronîkî ya veguheztinê ya kevneşopî ku bi kamerayek AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, USA) ve hatî çêkirin, hat birîn û dîtbarîkirin.
Hemû ceribandin sê caran hatin kirin. Ji bo her xala demê, şuştina bakteriyan sê caran hatin danîn, di encamê de bi tevahî neh xalên daneyê ji bo her xalekê çêbûn, ku navînîya wan wekî rêjeya bakteriyan ji bo wê organîzmaya taybetî hate bikar anîn. Devîasyona standard wekî xeletiya pîvandinê hate bikar anîn. Hemû xal têne hesibandin.
Logarîtma kêmbûna rêjeya bakteriyan li gorî t = 0 min bi karanîna formula jêrîn hate hesabkirin:
ku C0 rêjeya bakteriyan di nimûneya kontrolê de di dema 0 de ye (ango piştî ku rûber hişk bûye lê berî ku di odeyê de were danîn) û Cn rêjeya bakteriyan li ser rûber piştî n deqîqeyan ji ber bandora neyînî ye.
Ji bo hesabkirina hilweşîna xwezayî ya bakteriyan di dema 45 hûrdeman de, Kêmkirina Log jî li gorî kontrola di 45 hûrdeman de wiha hate hesabkirin:
Li vir de Cn rêjeya bakteriyan di nimûneya kontrolê de di dema n de ye û Cn-Kontrol rêjeya bakteriyan di dema n de ye. Daneyên wekî kêmkirina log-ê li gorî kontrolê (bêyî rûbirûbûna EWNS) têne pêşkêş kirin.
Di dema lêkolînê de, çend kombînasyonên voltaja û dûrahiya di navbera derzî û elektroda dijber de ji hêla avakirina konê Taylor, aramiya konê Taylor, aramiya hilberîna EWNS, û dubarekirinê ve hatin nirxandin. Kombînasyonên cûrbecûr di Tabloya Pêvek S1 de têne nîşandan. Du rewş ji bo lêkolînek tevahî hatin hilbijartin ku taybetmendiyên aram û dubarekirinê nîşan dide (Konê Taylor, hilberîna EWNS, û aramiya di demê re). Li ser şekil 3 encamên li ser barkirin, mezinahî û naveroka ROS ji bo du rewşan nîşan dide. Encam di heman demê de di Tabloya 1 de hatine kurt kirin. Ji bo referansê, Şekil 3 û Tabloya 1 taybetmendiyên EWNS8, 9, 10, 11-ên ne-çêtirkirî yên berê hatine sentezkirin (EWNS-ya bingehîn) vedihewîne. Hesabên girîngiya îstatîstîkî yên ku bi karanîna testa t-ya du-alî di Tabloya Pêvek S2 de ji nû ve têne weşandin. Wekî din, daneyên zêde lêkolînên li ser bandora qûtra qulika nimûneyê ya elektroda dijber (D) û dûrahiya di navbera elektroda erdê û serê derziyê (L) de vedihewîne (Şekilên Pêvek S2 û S3).
(a–c) Belavbûna mezinahiya AFM. (d–f) Taybetmendiya barkirina rûvî. (g) Taybetmendiya ROS û ESR.
Her wiha girîng e ku were zanîn ku ji bo hemû şert û mercên jorîn, herikên îyonîzasyonê yên pîvandî di navbera 2-6 µA de bûn, û voltaja di navbera -3.8 û -6.5 kV de bû, ku di encamê de xerckirina hêzê ji bo vê modula nifşê ya EWNS-ya yek-termînal ji 50 mW kêmtir bû. Her çend EWNS di bin zexta bilind de hatibe sentezkirin jî, asta ozonê pir kêm bû, qet ji 60 ppb derbas nebû.
Wêneya pêvek S4 zeviyên elektrîkê yên simulasyonkirî ji bo senaryoyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] nîşan dide. Zeviyên li gorî senaryoyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] bi rêzê ve wekî 2 × 105 V/m û 4.7 × 105 V/m têne hesibandin. Ev yek tê çaverêkirin, ji ber ku rêjeya voltaja bi dûrbûnê re di rewşa duyemîn de pir zêdetir e.
Di şekil 3a,b de qûtra EWNS-ê ya bi AFM8-ê hatî pîvandin nîşan dide. Qûtra navînî yên EWNS-ê ji bo senaryoyên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] bi rêzê ve wekî 27 nm û 19 nm hatine hesabkirin. Devîasyonên standard ên geometrîkî yên belavkirinan ji bo rewşên [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] bi rêzê ve 1.41 û 1.45 in, ku belavkirinek mezinahiyê ya teng nîşan dide. Hem mezinahiya navîn û hem jî devîasyona standard a geometrîkî pir nêzîkî EWNS-ya bingehîn in, bi rêzê ve 25 nm û 1.41 in. Di şekil 3c de belavkirina mezinahiyê ya EWNS-ya bingehîn a ku bi karanîna heman rêbazê di heman şert û mercan de hatî pîvandin nîşan dide.
Di şekil 3d, e de encamên taybetmendiya barkirinê nîşan dide. Daneyên pîvandinên navînî yên 30 pîvandinên hevdem ên konsantrasyonê (#/cm3) û herikê (I) ne. Analîz nîşan dide ku barkirina navînî li ser EWNS ji bo [-6.5 kV, 4.0 cm] û [-3.8 kV, 0.5 cm] bi rêzê ve 22 ± 6 e- û 44 ± 6 e- ye. Li gorî EWNS-ya bingehîn (10 ± 2 e-), barkirina rûyê wan bi girîngî bilindtir e, du qat ji senaryoya [-6.5 kV, 4.0 cm] û çar qat ji senaryoya [-3.8 kV, 0.5 cm] zêdetir e. 3f daneyên bingehîn ên dravdana EWNS nîşan dide.
Ji nexşeyên konsantrasyona hejmara EWNS (Wêneyên Pêvek S5 û S6), tê dîtin ku dîmena [-6.5 kV, 4.0 cm] hejmareke pir zêdetir a perçeyan ji dîmena [-3.8 kV, 0.5 cm] heye. Her wiha divê were zanîn ku konsantrasyonên hejmara EWNS heta 4 saetan hatine şopandin (Wêneyên Pêvek S5 û S6), ku tê de aramiya nifşa EWNS di her du rewşan de heman astên konsantrasyona hejmara perçeyan nîşan da.
Wêneya 3g spektruma EPR piştî jêbirina kontrolê (paşxane) ji bo EWNS-ya optîmîzekirî li [-6.5 kV, 4.0 cm] nîşan dide. Spekruma ROS di heman demê de bi xeta bingehîn a EWNS-ê di gotarek berê de hatî weşandin de tê berhev kirin. Hejmara hesabkirî ya EWNS-yên ku bi dafika spinê re reaksiyonê dikin 7.5 × 104 EWNS/s e, ku dişibihe xeta bingehîn-EWNS8-ya berê hatî weşandin. Spekrumên EPR bi zelalî hebûna du celeb ROS nîşan dan, ku O2- serdest bû, lê OH• bi mîqdarek piçûktir hebû. Wekî din, berhevdana rasterast a şîdeta lûtkeyan nîşan da ku EWNS-ya optîmîzekirî li gorî EWNS-ya bingehîn xwedî naverokek ROS-ê ya pir bilindtir bû.
Di şekil 4 de karîgeriya danîna EWNS di EPES de nîşan dide. Daneyên di Tabloya I de jî hatine kurtkirin û bi daneyên EWNS yên orîjînal re hatine berhev kirin. Ji bo her du rewşên EUNS, danîn nêzîkî %100 bû, tewra di voltaja nizm a 3.0 kV de jî. Bi gelemperî, 3.0 kV têrê dike ku bêyî guhertina barkirina rûyê erdê danîna %100 bi dest bixe. Di heman şert û mercan de, karîgeriya danîna EWNS ya Bingehîn tenê %56 bû ji ber barkirina kêmtir (bi navînî 10 elektron li ser EWNS).
Wêne 5 û Tablo 2 pileya bêçalakkirina mîkroorganîzmayên ku piştî 45 hûrdeman di senaryoya çêtirîn de [-6.5 kV, 4.0 cm], li ser rûyê tomatoyan hatine derzîkirin, kurteber dikin. E. coli û L. innocua yên derzîkirî piştî 45 hûrdeman, kêmbûnek girîng a 3.8 log nîşan dan. Di heman şert û mercan de, S. enterica kêmbûnek log a kêmtir a 2.2 log nîşan da, di heman demê de S. cerevisiae û M. parafortuitum kêmbûnek 1.0 log nîşan dan.
Mîkrografên elektronî (Wêne 6) guhertinên fîzîkî yên ku ji hêla EWNS ve di hucreyên E. coli, Salmonella enterica, û L. innocua de çêdibin nîşan didin ku bûne sedema bêçalakbûnê. Bakteriyên kontrolê membranên hucreyê yên sax nîşan dan, lê bakteriyên ku hatine eşkerekirin membranên derve yên zirardar hebûn.
Wênekirina mîkroskopiya elektronê ya bakteriyên kontrol û yên eşkerekirî zirara perdeyê nîşan da.
Daneyên li ser taybetmendiyên fîzîkî û kîmyayî yên EWNS-ya çêtirkirî bi hev re nîşan didin ku taybetmendiyên EWNS (barkirina rûberê û naveroka ROS) li gorî daneyên bingehîn ên EWNS-ya berê hatine weşandin bi girîngî baştir bûne8,9,10,11. Ji aliyekî din ve, mezinahiya wan di rêza nanometreyan de ma, ku pir dişibihe encamên berê yên weşandî, û dihêle ku ew ji bo demek dirêj di hewayê de bimînin. Polîdispersîteya çavdêrîkirî dikare bi guhertinên di barkirina rûberê de were ravekirin, ku mezinahiya bandora Rayleigh, bêserûberî û yekbûna potansiyel a EWNS-ê diyar dike. Lêbelê, wekî ku ji hêla Nielsen et al.22 ve bi berfirehî hatî destnîşan kirin, barkirina rûberê ya bilind bi zêdekirina bi bandor a enerjî/tansiyona rûberê ya dilopa avê buharbûnê kêm dike. Ev teorî ji bo mîkrodiloplet22 û EWNS di weşana me ya berê de bi ceribandinî hate piştrast kirin8. Windakirina zêdedemê jî dikare bandorê li mezinahiyê bike û beşdarî belavbûna mezinahiya çavdêrîkirî bibe.
Herwiha, barkirina her avahiyekê li gorî şert û mercan nêzîkî 22–44 e- ye, ku li gorî EWNS-ya bingehîn, ku barkirina wê ya navînî 10 ± 2 elektron li ser her avahiyekê ye, pir zêdetir e. Lêbelê, divê were zanîn ku ev barkirina navînî ya EWNS-ê ye. Seto et al. Hatiye nîşandan ku barkirin ne yekreng e û li gorî belavkirina log-normal dimeşe21. Li gorî xebata me ya berê, duqatkirina barkirina rûberî karîgeriya danîna di pergala EPES-ê de duqat dike heya hema hema 100%11.