Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат.Сиз колдонуп жаткан серепчинин версиясы чектелген CSS колдоосуна ээ.Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү).Ал ортодо, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Бир эле учурда үч слайдды көрсөткөн карусель.Бир убакта үч слайд аркылуу өтүү үчүн Мурунку жана Кийинки баскычтарын колдонуңуз, же бир эле учурда үч слайд аркылуу өтүү үчүн аягындагы сыдырма баскычтарын колдонуңуз.
Жакында жасалма суунун наноструктураларын (EWNS) колдонуу менен нанотехнологияга негизделген химиясыз микробго каршы платформа иштелип чыкты.EWNS жогорку беттик зарядга ээ жана реактивдүү кычкылтек түрлөрү (ROS) менен каныккан, алар бир катар микроорганизмдер менен, анын ичинде тамак-аш аркылуу таралган козгогучтар менен өз ара аракеттенишип, активдештире албайт.Бул жерде алардын антибактериалдык потенциалын андан ары жогорулатуу үчүн синтез учурунда алардын касиеттерин жакшылап жөндөөгө жана оптималдаштырууга боло тургандыгы көрсөтүлгөн.EWNS лабораториялык платформасы синтез параметрлерин өзгөртүү менен EWNS касиеттерин тактоо үчүн иштелип чыккан.Заманбап аналитикалык методдорду колдонуу менен EWNS касиеттерин (ROS заряды, өлчөмү жана мазмуну) мүнөздөмөсү.Мындан тышкары, алар Escherichia coli, Salmonella enterica, Innocuous Listeria, Mycobacterium paraaccidentum жана Saccharomyces cerevisiae сыяктуу тамак-аш микроорганизмдерине каршы микробдук инактивациялоо потенциалы үчүн бааланган.Бул жерде келтирилген натыйжалар EWNS касиеттерин синтез учурунда жакшылап жөнгө салууга болоорун көрсөтүп турат, натыйжада инактивациянын натыйжалуулугу экспоненциалдуу жогорулайт.Атап айтканда, беттик заряд төрт эсе көбөйгөн жана реактивдүү кычкылтек түрлөрү көбөйгөн.Микробдорду жок кылуу ылдамдыгы микробдук жактан көз каранды болгон жана 40,000 #/cc EWNS аэрозолдук дозасынын 45 мүнөттүк таасиринен кийин 1,0 дан 3,8 журналга чейин өзгөргөн.
Микробдук булгануу оору козгогучтарды же алардын токсиндерин жутуудан келип чыккан тамак-аштан таралган оорулардын негизги себеби болуп саналат.Бир гана Америка Кошмо Штаттарында тамак-аш оорулары жыл сайын 76 миллион ооруну, 325 000 ооруканага жаткырууну жана 5 000 адамдын өлүмүн алып келет1.Кошумчалай кетсек, Америка Кошмо Штаттарынын Айыл чарба департаменти (USDA) жаңы продуктыларды керектөөнүн көбөйүшү Кошмо Штаттардагы бардык билдирилген тамак-аштан жуккан оорулардын 48% ына жооптуу экенин эсептейт2.Америка Кошмо Штаттарында тамактануучу патогендерден келип чыккан оорулардын жана өлүмдөрдүн баасы өтө жогору, Ооруларды көзөмөлдөө жана алдын алуу борборлору (CDC) тарабынан жылына 15,6 миллиард АКШ долларынан ашык бааланат3.
Учурда азык-түлүк коопсуздугун камсыз кылуу үчүн химиялык4, радиациялык5 жана термикалык6 микробго каршы кийлигишүүлөр үзгүлтүксүз эмес, көбүнчө өндүрүш чынжырынын (адатта оруп-жыйноодон кийин жана/же таңгактоо учурунда) чектелген критикалык контролдоо пункттарында (КПП) жүргүзүлөт.ошентип, алар кайчылаш булганууга жакын болушат.7. Тамак-аш аркылуу жугуучу ооруларды жана тамак-аштын бузулушун жакшыраак контролдоо микробго каршы кийлигишүүнү талап кылат, алар айлана-чөйрөгө тийгизген таасирин жана чыгымдарды азайтып, чарбадан столго чейин колдонулушу мүмкүн.
Жакында, жасалма суунун наноструктураларын (EWNS) колдонуу менен жер үстүндөгү жана абадагы бактерияларды активдештирбей турган химиясыз, нанотехнологияга негизделген микробго каршы платформа иштелип чыкты.EWNS эки параллелдүү процессти, электроспрейди жана сууну иондоштурууну колдонуу менен синтезделген (сүрөт 1а).Мурунку изилдөөлөр EWNS физикалык жана биологиялык касиеттердин уникалдуу жыйындысына ээ экенин көрсөттү8,9,10.EWNS түзүмүндө орточо 10 электрон жана 25 нм орточо наношкала өлчөмү бар (сүрөт 1b,c)8,9,10.Мындан тышкары, электрондук спиндик резонанс (ESR) EWNS реактивдүү кычкылтек түрлөрүн (ROS), негизинен гидроксил (OH•) жана супероксид (O2-) радикалдарын (сүр. 1c) камтыганын көрсөттү8.EVNS абада узак убакыт бою абада илинген жана жер үстүндөгү микроорганизмдер менен кагылышып, алардын ROS жүгүн жеткирип, микроорганизмдердин инактивацияланышына алып келиши мүмкүн (сүрөт 1d).Бул алгачкы изилдөөлөр ошондой эле EWNS ар кандай грам-терс жана грам-оң бактериялар, анын ичинде микобактериялар менен өз ара аракеттенип, жер бетинде жана абада таасирсиз кыла аларын көрсөттү.Трансмиссиялык электрондук микроскопия инактивация клетка мембранасынын бузулушунан келип чыкканын көрсөттү.Мындан тышкары, курч дем алуу изилдөөлөр EWNS жогорку дозасы өпкө зыян же сезгенүү 8 алып келбейт экенин көрсөттү.
(а) Электр спрей суюктугу бар капиллярдык түтүк менен каршы электроддун ортосуна жогорку чыңалуу колдонулганда пайда болот.(б) Жогорку басымдын колдонулушу эки башка кубулушка алып келет: (i) сууну электр менен чачыратуу жана (ii) EWNSда кармалып калган реактивдүү кычкылтек түрлөрүнүн (иондорунун) пайда болушу.(c) EWNS уникалдуу структурасы.(г) Нано масштабдуу табиятынан улам EWNS абдан мобилдүү жана абадагы патогендер менен өз ара аракеттене алат.
EWNS микробго каршы платформасынын жаңы тамак-аштын бетиндеги тамак-аш микроорганизмдерин инактивациялоо жөндөмдүүлүгү да жакында көрсөтүлдү.Ошондой эле электр талаасы менен айкалышта EWNS беттик заряды максаттуу жеткирүүгө жетишүү үчүн колдонулушу мүмкүн экендиги көрсөтүлгөн.Мындан тышкары, E. coli жана Listeria 11 сыяктуу тамак-аш аркылуу таралган ар кандай микроорганизмдер байкалган, болжол менен 50 000 #/см3 болгон EWNSде 90 мүнөттүк экспозициядан кийин органикалык помидорлор боюнча алдын ала жыйынтыктар кубандырат.Кошумчалай кетсек, алдын ала органолептикалык тесттер контролдук помидорго салыштырмалуу эч кандай сезимтал таасир көрсөткөн эмес.Бул баштапкы инактивациялоо натыйжалары 50,000#/cc өтө төмөн EWNS дозаларында да тамак-аш коопсуздугу боюнча колдонмолор үчүн кубаттайт.карасаңыз, инфекция жана бузулуу коркунучун андан ары азайтуу үчүн активдештирүүнүн жогорку потенциалы пайдалуураак болору анык.
Бул жерде биз изилдөөбүздү EWNS генерациялоо платформасын иштеп чыгууга, алардын антибактериалдык потенциалын жогорулатуу үчүн EWNSтин физика-химиялык касиеттерин оптималдаштырууга жана синтездин параметрлерин так жөнгө салууга багыттайбыз.Атап айтканда, оптималдаштыруу алардын беттик зарядын жогорулатууга багытталган (максаттуу жеткирүүнү жакшыртуу үчүн) жана ROS мазмунун (инактивациялоонун натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн).Заманбап аналитикалык ыкмаларды колдонуу менен оптималдаштырылган физикалык-химиялык касиеттерин (өлчөмү, заряды жана ROS мазмуну) мүнөздөө жана E. сыяктуу жалпы тамак-аш микроорганизмдерин колдонуу.
EVNS жогорку тазалыктагы сууну (18 MΩ см–1) бир эле убакта электроспрейлөө жана иондоштуруу жолу менен синтезделген.Электр небулайзер 12 адатта суюктуктарды атомизациялоо жана полимердик жана керамикалык бөлүкчөлөрдү 13 жана контролдонуучу өлчөмдөгү жипчелерди 14 синтездөө үчүн колдонулат.
Мурунку басылмаларда 8, 9, 10, 11 деталдаштырылгандай, типтүү экспериментте металл капилляр менен жерге туташтырылган каршы электроддун ортосунда жогорку чыңалуу колдонулган.Бул процесстин жүрүшүндө эки түрдүү кубулуш пайда болот: i) электроспрей жана ii) суу иондошуу.Эки электроддун ортосундагы күчтүү электр талаасы конденсацияланган суунун бетинде терс заряддардын пайда болушуна алып келет, натыйжада Тейлор конустары пайда болот.Натыйжада жогорку заряддуу суу тамчылары пайда болуп, алар Рэйлинин теориясындагыдай майда бөлүкчөлөргө ажырай беришет16.Ошол эле учурда күчтүү электрдик талаалар кээ бир суунун молекулаларынын бөлүнүшүнө жана электрондордун ажыратылышына алып келет (иондошот), бул реактивдүү кычкылтек түрлөрүнүн (ROS) көп сандагы пайда болушуна алып келет17.Бир эле учурда түзүлгөн ROS18 EWNS менен капсулдалган (сүрөт 1c).
fig боюнча.2а бул изилдөөдө EWNS синтезинде иштелип чыккан жана колдонулган EWNS муун системасын көрсөтөт.Жабык бөтөлкөдө сакталган тазаланган суу тефлон түтүгү (ички диаметри 2 мм) аркылуу 30G дат баспас болоттон жасалган ийнеге (металл капиллярга) берилди.Суунун агымы 2б-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бөтөлкөнүн ичиндеги аба басымы менен башкарылат.Ийне Teflon консолуна орнотулган жана аны кол менен эсептегич электроддон белгилүү бир аралыкка чейин жөнгө салууга болот.Эсептөөчү электрод – бул үлгү алуу үчүн борборунда тешиги бар жылмаланган алюминий диск.Эсептөөчү электроддун ылдый жагында үлгү алуу порту аркылуу эксперименталдык орнотуунун калган бөлүгүнө туташтырылган алюминий үлгүсүн алуу воронкасы жайгашкан (сүрөт 2b).Үлгү алуучунун ишин үзгүлтүккө учуратышы мүмкүн болгон заряддын топтолушуна жол бербөө үчүн, үлгү алуучунун бардык компоненттери электр менен негизделет.
(a) Инженердик суу наноструктурасын түзүү системасы (EWNS).(б) Эң маанилүү параметрлерди көрсөтүүчү үлгү алуучунун жана электроспрейдин кесилиши.(c) Бактерияларды инактивациялоо үчүн эксперименттик орнотуу.
Жогоруда сүрөттөлгөн EWNS генерация системасы EWNS касиеттерин так тууралоону жеңилдетүү үчүн негизги иштөө параметрлерин өзгөртүүгө жөндөмдүү.Колдонулган чыңалууну (V), ийне менен эсептегич электроддун (L) ортосундагы аралыкты жана капилляр аркылуу суунун агымын (φ) EWNS мүнөздөмөлөрүн тактоо үчүн тууралаңыз.Ар кандай комбинацияларды көрсөтүү үчүн колдонулган символ: [V (kV), L (см)].Белгилүү бир топтомдун туруктуу Тейлор конусун алуу үчүн суунун агымын тууралаңыз [V, L].Бул изилдөөнүн максаттары үчүн эсептегич электроддун (D) апертура диаметри 0,5 дюймда (1,29 см) сакталган.
Чектелген геометрия жана асимметриядан улам электр талаасынын күчүн биринчи принциптерден эсептөө мүмкүн эмес.Анын ордуна QuickField™ программасы (Svendborg, Дания)19 электр талаасын эсептөө үчүн колдонулган.Электр талаасы бирдей эмес, ошондуктан капиллярдын учундагы электр талаасынын мааниси ар кандай конфигурациялар үчүн эталондук маани катары колдонулган.
Изилдөөнүн жүрүшүндө ийне менен эсептегич электроддун ортосундагы чыңалуу жана аралыктын бир нече айкалышы Тейлор конусунун пайда болушу, Тейлор конусунун туруктуулугу, EWNS өндүрүшүнүн туруктуулугу жана кайталануучулук жагынан бааланган.Ар кандай айкалыштар S1 кошумча таблицада көрсөтүлгөн.
EWNS генерация системасынын чыгарылышы бөлүкчөлөрдүн санынын концентрациясын өлчөө үчүн Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN), ошондой эле Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) түз туташтырылган.) аэрозоль агымдары үчүн биздин мурунку басылмада сүрөттөлгөндөй өлчөнгөн.SMPS жана аэрозолдук электрометр экөө тең 0,5 л/мин агым ылдамдыгында үлгү алды (жалпы үлгү агымы 1 л/мин).Бөлүкчөлөрдүн саны концентрациясы жана аэрозолдун агымы 120 секундада өлчөнгөн.Өлчөө 30 жолу кайталанат.Учурдагы өлчөөлөрдүн негизинде жалпы аэрозоль заряды эсептелет жана тандалган EWNS бөлүкчөлөрүнүн берилген жалпы саны үчүн орточо EWNS заряды эсептелет.EWNS орточо наркы Теңдеме (1) менен эсептелсе болот:
мында IEl - өлчөнгөн ток, NSMPS - SMPS менен өлчөнгөн санариптик концентрация, ал эми φEl - электрометрдеги агымдын ылдамдыгы.
Салыштырмалуу нымдуулук (RH) беттик зарядга таасирин тийгизгендиктен, эксперимент учурунда температура жана (RH) тиешелүүлүгүнө жараша 21°C жана 45% туруктуу сакталган.
Атомдук күч микроскопиясы (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) жана AC260T зонд (Олимп, Токио, Япония) EWNS өлчөмүн жана иштөө мөөнөтүн өлчөө үчүн колдонулган.AFM сканерлөө жыштыгы 1 Гц, сканерлөө аянты 5 мкм × 5 мкм жана 256 сканерлөө сызыгы болгон.Бардык сүрөттөр Asylum программасын колдонуу менен 1-тартиптеги сүрөттөрдү тегиздөөдөн өткөрүлдү (маска диапазону 100 нм, босого 100 pm).
Слюда бетинде бөлүкчөлөрдүн агломерациясын жана туура эмес тамчылардын пайда болушун болтурбоо үчүн сыноо воронкасы алынып, слюда бети эсептегич электроддон 2,0 см аралыкта 120 с орточо убакытка жайгаштырылды.EWNS жаңы кесилген слюданын бетине түз чачылган (Тед Пелла, Реддинг, CA).AFM чачыраткандан кийин дароо слюда бетинин сүрөтү.Жаңы кесилген модификацияланбаган слюда бетинин контакт бурчу 0°ка жакын, ошондуктан EVNS слюда бетинде купол түрүндө таралган.Диффузиялык тамчылардын диаметри (а) жана бийиктиги (h) түздөн-түз AFM топографиясынан өлчөнгөн жана биздин мурда тастыкталган ыкманы колдонуу менен EWNS куполдуу диффузиялык көлөмүн эсептөө үчүн колдонулган.Борттогу EWNS бирдей көлөмгө ээ деп ойлосок, эквиваленттүү диаметрди (2) теңдеменин жардамы менен эсептөөгө болот:
Биздин мурда иштелип чыккан методубуздун негизинде, EWNSда кыска мөөнөттүү радикалдык ортоңку заттардын болушун аныктоо үчүн электрондук спиндик-резонанстык (ESR) спиндик капкан колдонулган.DEPMPO(5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc.) 235 мМ эритмесин камтыган 650 мкм Миджет шпаргери (Ace Glass, Vineland, NJ) аркылуу аэрозолдор көбүртүлгөн.Портленд, Орегон).Бардык ESR өлчөө Bruker EMX спектрометри (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) жана жалпак панелдик клетканын жардамы менен аткарылган.Маалыматтарды чогултуу жана талдоо үчүн Acquisit программасы (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) колдонулган.РОСтун мүнөздөмөлөрүн аныктоо эксплуатациялоо шарттарынын комплекси үчүн гана жүргүзүлдү [-6,5 кВ, 4,0 см].EWNS концентрациялары SMPSтин жардамы менен таасир этүүчүдөгү EWNS жоготууларын эсепке алгандан кийин өлчөнгөн.
Озондун деңгээли 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 аркылуу көзөмөлдөндү.
Бардык EWNS касиеттери үчүн өлчөө мааниси катары орточо маани, ал эми өлчөө катасы катары стандарттык четтөө колдонулат.T-тесттер оптималдаштырылган EWNS атрибуттарынын маанилерин базалык EWNSтин тиешелүү маанилери менен салыштыруу үчүн аткарылган.
Сүрөт 2c бетинде EWNS максаттуу жеткирүү үчүн колдонулушу мүмкүн мурда иштелип чыккан жана мүнөздөлгөн электростатикалык жаан (EPES) "тартуу" системасын көрсөтөт.EPES күчтүү электр талаасынын таасири астында түздөн-түз бутанын бетине "башкаруу" мүмкүн болгон EVNS заряддарын колдонот.EPES системасынын деталдары Pyrgiotakis et al.11 .Ошентип, EPES конус учтары бар 3D басып чыгарылган PVC камерадан турат жана ортосунда 15,24 см аралыкта эки параллель дат баспас болоттон жасалган (304 дат баспас болоттон жасалган, күзгү капталган) металл плиталарды камтыйт.Такталар тышкы жогорку чыңалуу булагына туташтырылган (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), астыңкы пластина дайыма оң чыңалууга, ал эми үстүнкү плита дайыма жерге туташтырылган (сүзүүчү жерге).Камера дубалдары алюминий фольга менен капталган, ал бөлүкчөлөрдүн жоголушуна жол бербөө үчүн электр менен негизделген.Камерада пломбаланган алдыңкы жүктөө эшиги бар, ал жогорку чыңалуудагы тоскоолдуктарды болтурбоо үчүн тесттик беттерди ылдыйкы металл пластинанын үстүнө көтөргөн пластикалык стенддерге жайгаштырууга мүмкүндүк берет.
EPESде EWNSти жайгаштыруу натыйжалуулугу S111 Кошумча сүрөттө баяндалган мурда иштелип чыккан протоколго ылайык эсептелген.
Башкаруу камерасы катары экинчи цилиндрдик агым камерасы EPES тутумуна сериялык түрдө туташтырылып, анда EWNSти алып салуу үчүн аралык HEPA чыпкасы колдонулган.2c-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, EWNS аэрозолу эки орнотулган камера аркылуу сордурулган.Башкаруу бөлмөсү менен EPES ортосундагы чыпка бир эле температура (T), салыштырмалуу нымдуулук (RH) жана озон деңгээлине алып келген бардык калган EWNSти жок кылат.
Маанилүү тамак-аш аркылуу таралган микроорганизмдер жаңы тамак-аш азыктарын булганышы аныкталган, мисалы E. coli (ATCC #27325), фекалдык индикатор, Salmonella enterica (ATCC #53647), тамак-аш аркылуу таралган патоген, Listeria зыянсыз (ATCC #33090), патогендик Listeria monocytogenes, Savachacerom (ATCC) derived. ae (ATCC №4098), бузулуучу ачыткыларды алмаштыруучу жана туруктуураак инактивдештирилген бактерия, Mycobacterium paralucky (ATCC №19686).
Жергиликтүү базарыңыздан туш келди кутучаларды сатып алып, муздаткычта 4°C температурада колдонуңуз (3 күнгө чейин).Эксперименталдык помидорлордун бардыгы бирдей өлчөмдө, диаметри болжол менен 1/2 дюйм болгон.
Маданият, эмдөө, экспозиция жана колонияларды эсептөө протоколдору биздин мурунку басылмада жана Кошумча маалыматтарда кеңири берилген.EWNSтин эффективдүүлүгү эмделген помидорлорду 40 000 #/см3 45 мүнөткө экспозициялоо менен бааланган.Кыскача айтканда, үч помидор t = 0 мин убакытта аман калган микроорганизмдерди баалоо үчүн колдонулган.Үч помидор EPESке жайгаштырылды жана 40,000 #/cc (EWNS ачык помидорлор) менен EWNS таасири астында калды, ал эми калган үчөө башкаруу камерасына (контролдук помидор) жайгаштырылды.Эки группада помидорлорду кошумча иштетуу жургузулбогон.EWNS таасирине баа берүү үчүн 45 мүнөттөн кийин EWNS-ачык помидорлор жана контролдук помидор алынып салынды.
Ар бир эксперимент үч нускада жүргүзүлдү.Маалыматтарды талдоо Кошумча маалыматтарда сүрөттөлгөн протоколго ылайык жүргүзүлдү.
Инактивациялоо механизмдери ачыкка чыккан EWNS үлгүлөрүн (40 000 #/см3 EWNS аэрозоль концентрациясында 45 мин) жана E. coli, Salmonella enterica жана Lactobacillus зыянсыз бактериялардын нурланбаган үлгүлөрүн чөктүрүү аркылуу бааланган.Бөлүкчөлөр 2,5% глутаральдегидде, 1,25% параформальдегидде жана 0,03% пикрин кислотасында 0,1 М натрий какодилат буферинде (рН 7,4) бөлмө температурасында 2 саатка бекитилди.Жугандан кийин 1% осмий тетроксиди (OsO4)/1,5% калий ферроцианид (KFeCN6) менен 2 саат постфиксациялап, 3 жолу сууга жууп, 1% уранилацетатта 1 саат инкубациялоо, андан кийин 2 жолу сууга жууп, андан кийин 10 мүнөт, спиртте суусуздандыруу, 10%, 0%10.Андан кийин үлгүлөр пропилен оксидине 1 саатка салынып, пропилен кычкылы менен TAAP Epon (Marivac Canada Inc. Сент-Лорен, CA) 1:1 аралашмасы менен импрегнацияланган.Үлгүлөр TAAB Eponга салынып, 60°C температурада 48 саат полимерлешти.Айыккан гранулдуу чайыр AMT 2k CCD камерасы (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Массачусетс, АКШ) менен жабдылган JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония) кадимки өткөргүч электрондук микроскоптун жардамы менен TEM тарабынан кесилген жана визуализацияланган.
Бардык эксперименттер үч нускада жүргүзүлдү.Ар бир убакыт чекити үчүн бактериялык жуулмалар үч нускада себилди, натыйжада ар бир пунктка жалпысынан тогуз маалымат чекити пайда болду, алардын орточо көрсөткүчү ошол микроорганизм үчүн бактерия концентрациясы катары колдонулган.Өлчөө катасы катары стандарттык четтөө колдонулган.Бардык упайлар эсептелет.
t = 0 мин менен салыштырганда бактериялардын концентрациясынын төмөндөшүнүн логарифми төмөнкү формула менен эсептелген:
мында С0 - контролдук үлгүдөгү 0 убакыттагы бактериялардын концентрациясы (б.а. бет кургагандан кийин, бирок камерага коюлганга чейин) жана Cn - n мүнөттөн кийин таасир эткенден кийин беттеги бактериялардын концентрациясы.
45 мүнөттүк экспозиция учурунда бактериялардын табигый деградациясын эсепке алуу үчүн 45 мүнөттөн кийин башкарууга салыштырмалуу журналдын кыскаруусу да төмөнкүдөй эсептелген:
мында Cn - n убакытындагы контролдук үлгүдөгү бактериялардын концентрациясы жана Cn-Control - n убакытындагы контролдук бактериялардын концентрациясы.Берилиштер башкарууга салыштырмалуу журналдын кыскаруусу катары берилген (EWNS таасири жок).
Изилдөөнүн жүрүшүндө ийне менен эсептегич электроддун ортосундагы чыңалуу жана аралыктын бир нече айкалышы Тейлор конусунун пайда болушу, Тейлор конусунун туруктуулугу, EWNS өндүрүшүнүн туруктуулугу жана кайталануучулук жагынан бааланган.Ар кандай айкалыштар S1 кошумча таблицада көрсөтүлгөн.Туруктуу жана кайталануучу касиеттерин көрсөткөн эки учур (Тейлор конусу, EWNS мууну жана убакыттын өтүшү менен туруктуулук) комплекстүү изилдөө үчүн тандалган.fig боюнча.3-сүрөттө эки учурда тең ROSтун заряды, өлчөмү жана мазмуну боюнча жыйынтыктар көрсөтүлгөн.Натыйжалар 1-таблицада да көрсөтүлгөн. Маалымат үчүн, 3-сүрөт да, 1-таблица да мурда синтезделген оптималдаштырылбаган EWNS8, 9, 10, 11 (базалык-EWNS) касиеттерин камтыйт.Эки тараптуу t-тесттин жардамы менен статистикалык маанилик эсептөөлөр S2 кошумча таблицада кайрадан басылып чыккан.Мындан тышкары, кошумча маалыматтар каршы электрод үлгү алуу тешик диаметри таасирин изилдөөлөрдү камтыйт (D) жана жер электрод менен учу (L) ортосундагы аралыкты (Кошумча Figures S2 жана S3).
(ac) AFM менен өлчөнгөн өлчөмдөгү бөлүштүрүү.(df) Жер үстүндөгү заряддын мүнөздөмөсү.(ж) EPRдын ROS мүнөздөмөсү.
Ошондой эле, жогоруда көрсөтүлгөн шарттардын бардыгы үчүн өлчөнгөн иондошуу агымы 2 жана 6 мкА жана чыңалуу -3,8 жана -6,5 кВ ортосунда болгонун, натыйжада бул жалгыз EWNS генерациясынын байланыш модулу үчүн 50 мВттан азыраак энергия керектелгенин белгилей кетүү маанилүү.EWNS жогорку басым астында синтезделсе да, озондун деңгээли өтө төмөн болгон жана эч качан 60 ppb ашкан эмес.
Кошумча S4 сүрөттө [-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлер үчүн симуляцияланган электр талаалары көрсөтүлгөн.[-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлери үчүн талаа эсептөөлөрү тиешелүүлүгүнө жараша 2 × 105 В/м жана 4,7 × 105 В/м түзөт.Бул күтүлөт, анткени экинчи учурда чыңалуу-аралык катышы алда канча жогору.
fig боюнча.3a, b AFM8 менен өлчөнгөн EWNS диаметрин көрсөтөт.Эсептелген орточо EWNS диаметрлери тиешелүүлүгүнө жараша [-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] схемалары үчүн 27 нм жана 19 нм болгон.[-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлери үчүн бөлүштүрүүнүн геометриялык стандарттык четтөөлөрү тиешелүүлүгүнө жараша 1,41 жана 1,45ти түзөт, бул тар өлчөмдөгү бөлүштүрүүнү көрсөтөт.Орточо өлчөм да, геометриялык стандарттык четтөө да, тиешелүүлүгүнө жараша, 25 нм жана 1,41 боюнча базалык EWNSге абдан жакын.fig боюнча.3c ошол эле шарттарда бир эле ыкманы колдонуу менен өлчөнгөн базалык EWNS өлчөмүн бөлүштүрүүнү көрсөтөт.
fig боюнча.3d,e заряддын мүнөздөмөлөрүнүн натыйжаларын көрсөтөт.Берилиштер концентрацияны (#/см3) жана токтун (I) бир эле убакта 30 өлчөөчү орточо өлчөөлөрү болуп саналат.Талдоо көрсөткөндөй, ЭВНС боюнча орточо заряд [-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] үчүн 22 ± 6 e- жана 44 ± 6 e- түзөт.Алардын беттик заряды баштапкы EWNS (10 ± 2 e-) менен салыштырганда кыйла жогору, [-6,5 кВ, 4,0 см] сценарийден эки эсе жана [-3 ,8 кВ, 0,5 см] сценарийден төрт эсе көп.3f-сүрөттө заряд көрсөтүлгөн.Baseline-EWNS үчүн маалыматтар.
EWNS номеринин концентрация карталарынан (кошумча S5 жана S6 сүрөттөрү) [-6,5 кВ, 4,0 см] сценарийде [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийге караганда бир кыйла көп бөлүкчөлөр бар экенин көрүүгө болот.Ошондой эле белгилей кетүүчү нерсе, EWNS номеринин концентрациясы 4 саатка чейин көзөмөлдөнүп турган (кошумча S5 жана S6 фигуралары), мында EWNS генерациясынын туруктуулугу эки учурда тең бөлүкчөлөрдүн саны концентрациясынын бирдей деңгээлдерин көрсөткөн.
fig боюнча.3g [-6,5 кВ, 4,0 см] боюнча оптималдаштырылган EWNS башкарууну (фон) алып салгандан кийин EPR спектрин көрсөтөт.ROS спектрлери ошондой эле мурда жарыяланган эмгекте Базалык-EWNS сценарийи менен салыштырылган.Айлануучу капкандар менен реакция кылган EWNS саны 7,5 × 104 EWNS/s деп эсептелген, бул мурда жарыяланган Baseline-EWNS8ге окшош.EPR спектрлери ROSтун эки түрүнүн бар экендигин ачык көрсөттү, анын ичинде O2- басымдуу түр жана OH• азыраак.Кошумчалай кетсек, эң жогорку интенсивдүүлүктөрдү түз салыштыруу оптималдаштырылган EWNS базалык EWNSге салыштырмалуу бир кыйла жогору ROS мазмунуна ээ экенин көрсөттү.
fig боюнча.4 EPESде EWNSтин депозиттик эффективдүүлүгүн көрсөтөт.Маалыматтар I таблицада жалпыланган жана баштапкы EWNS маалыматтары менен салыштырылган.EUNSтин эки учуру үчүн чыңалуу 3,0 кВ төмөн чыңалууда да 100% жакын.Эреже катары, 3,0 кВ беттик заряддын өзгөрүшүнө карабастан, 100% туташтыруу үчүн жетиштүү.Ошол эле шарттарда, Baseline-EWNSтин жайгаштыруу эффективдүүлүгү алардын төмөнкү зарядынан улам 56% гана болгон (бир EWNS үчүн орточо 10 электрон).
fig боюнча.5 жана таблицада.2 оптималдуу режимде [-6,5 кВ, 4,0 см] 45 мүнөт бою болжол менен 40 000 #/см3 EWNS таасир эткенден кийин помидордун бетине сепкен микроорганизмдердин инактивациялык маанисин жалпылайт.Инокуляцияланган E. coli жана Lactobacillus innocuous 45 мүнөттүк экспозиция учурунда 3,8 журналга олуттуу кыскарганын көрсөттү.Ошол эле шарттарда S. enterica 2,2 лог, S. cerevisiae жана M. parafortutum 1,0 лог төмөндөгөн.
Электрондук микросүрөттөр (6-сүрөт) Escherichia coli, Streptococcus жана Lactobacillus клеткаларында EWNS тарабынан индукцияланган физикалык өзгөрүүлөр, алардын инактивацияланышына алып келген.Көзөмөлдөөчү бактериялардын клетка кабыкчалары бузулбаган, ал эми ачык калган бактериялар сырткы кабыкчаларды бузушкан.
Контролдук жана ачык бактериялардын электрондук микроскопиялык сүрөтү мембрананын бузулушун аныктады.
оптималдаштырылган EWNS физикалык-химиялык касиеттери боюнча маалыматтар жамааттык EWNS касиеттери (беттик заряды жана ROS мазмуну) мурда жарыяланган EWNS базалык маалыматтар8,9,10,11 салыштырганда кыйла жакшырганын көрсөтүп турат.Башка жагынан алып караганда, алардын өлчөмү нанометрдик диапазондо калды, мурда билдирилген натыйжаларга абдан окшош, бул аларга абада узак убакытка калууга мүмкүндүк берди.Байкалуучу полидисперстикти EWNS өлчөмүн, Рэйли эффектинин кокустугун жана потенциалдуу коалесценцияны аныктоочу беттик заряддын өзгөрүшү менен түшүндүрүүгө болот.Бирок, Nielsen et al.22, жогорку беттик заряд суу тамчысынын беттик энергиясын / чыңалууну натыйжалуу жогорулатуу менен бууланууну азайтат.Биздин мурунку жарыялообузда8 бул теория 22 микротамчы жана EWNS үчүн эксперименталдык түрдө тастыкталган.Ашыкча иштөө учурунда зарядды жоготуу да өлчөмүнө таасир этет жана байкалган өлчөмдөгү бөлүштүрүүгө салым кошо алат.