Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз чектелген CSS колдоосу менен серепчи версиясын колдонуп жатасыз. Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү). Мындан тышкары, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Жакында жасалма суунун наноструктураларын (EWNS) колдонуу менен нанотехнологияга негизделген химиясыз микробго каршы платформа иштелип чыкты. EWNS жогорку беттик зарядга ээ жана реактивдүү кычкылтек түрлөрүнө (ROS) бай, алар бир катар микроорганизмдер менен, анын ичинде тамак-аш аркылуу тараган 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. EWNS касиеттеринин мүнөздөмөсү (заряд, өлчөмү жана ROS мазмуну) заманбап аналитикалык методдорду колдонуу менен аткарылган. Мындан тышкары, Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum жана Saccharomyces cerevisiae сыяктуу тамак-аш микроорганизмдери алардын микробдук инактивациялоо потенциалын баалоо үчүн органикалык жүзүм помидорлорунун бетине себилди. Бул жерде келтирилген натыйжалар EWNS касиеттерин синтез учурунда жакшылап жөнгө салууга болоорун көрсөтүп турат, натыйжада инактивациянын натыйжалуулугу экспоненциалдуу жогорулайт. Атап айтканда, беттик заряд терт эсеге кебейду, РОСтун мазмуну жогорулады. Микробдорду жок кылуу ылдамдыгы микробдук жактан көз каранды жана 40 000 #/см3 EWNS аэрозолдук дозасынын 45 мүнөттүк таасири астында 1,0дон 3,8 логго чейин өзгөрдү.
Микробдук булгануу оору козгогучтарды же алардын токсиндерин жутуудан келип чыккан тамак-аштан таралган оорулардын негизги себеби болуп саналат. Бир гана Америка Кошмо Штаттарында жыл сайын 76 миллионго жакын оору, 325 000 ооруканага жаткырылган жана 5 000 адам өлүмгө учурайт1. Кошумчалай кетсек, Америка Кошмо Штаттарынын Айыл чарба департаменти (USDA) жаңы азыктарды керектөөнүн көбөйүшү Кошмо Штаттарда билдирилген бардык тамак-аштан жуккан оорулардын 48 пайызына жооп берерин эсептейт2. Америка Кошмо Штаттарында тамактануучу патогендик оорулардын жана өлүмдүн 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 жаңы продуктылар кайчылаш булганууга дуушар боло тургандай тынымсыз ишке ашырылбастан, негизинен өндүрүш чынжырындагы чектелген критикалык контролдоо пункттарында (ККП) ишке ашырылат (көбүнчө түшүм жыйналгандан кийин жана/же таңгактоо учурунда) чарбадан дасторконго континуум. Азыраак таасир жана чыгым.
Нанотехнологияга негизделген химиялык таза микробго каршы платформа жакында жасалма суу наноструктураларын (EWNS) колдонуу менен беттерде жана абада бактерияларды активдештирүү үчүн иштелип чыккан. EVNS синтези үчүн эки параллелдүү процесс колдонулган: электроспрей жана сууну иондоштуруу (1а-сүрөт). EWNS мурда физикалык жана биологиялык касиеттердин уникалдуу жыйындысына ээ экени көрсөтүлдү8,9,10. EWNS түзүмүндө орточо 10 электрон жана орточо нанометр өлчөмү 25 нм (1б,в-сүрөт)8,9,10. Мындан тышкары, электрондук спиндик резонанс (ESR) EWNS реактивдүү кычкылтек түрлөрүнүн (ROS), негизинен, гидроксил (OH•) жана супероксид (O2-) радикалдарын (сүрөт. 1c) 8 көп камтыйт экенин көрсөттү. EWNS абада узак убакыт бою калды жана абада илинген жана беттерде жайгашкан микробдор менен кагылышып, алардын ROS жүктөмүн жеткирип, микробдун активсиздигине алып келиши мүмкүн (сүрөт 1d). Бул мурунку изилдөөлөр ошондой эле EWNS коомдук ден соолук үчүн маанилүү болгон ар кандай грамм-терс жана грам-оң бактериялар, анын ичинде микобактериялар, беттерде жана абада 8,9 менен өз ара аракеттениши мүмкүн экенин көрсөттү. Трансмиссиялык электрондук микроскопия инактивация клетка мембранасынын бузулушунан келип чыкканын көрсөттү. Мындан тышкары, курч ингаляциялык изилдөөлөр көрсөткөндөй, EWNS жогорку дозасы өпкө зыян же сезгенүү алып келбейт8.
(а) Электр чачыратуу капиллярды камтыган суюктук менен каршы электроддун ортосунда жогорку чыңалуу колдонулганда пайда болот. (б) Жогорку чыңалууларды колдонуу эки башка кубулушка алып келет: (i) сууну электр менен чачыратуу жана (ii) EWNSда камалып калган кычкылтектин реактивдүү түрлөрүн (иондорун) генерациялоо. (c) EWNS уникалдуу структурасы. (г) EWNS нано масштабдуу табиятынан улам өтө мобилдүү жана абадагы козгогучтар менен өз ара аракеттене алат.
EWNS микробго каршы платформасынын жаңы тамак-аштын бетиндеги тамак-аш микроорганизмдерин инактивациялоо жөндөмдүүлүгү да жакында көрсөтүлдү. Ошондой эле EWNS беттик заряды максаттуу жеткирүү үчүн электр талаасы менен айкалыштырып колдонулушу мүмкүн экени далилденген. Андан да маанилүүсү, E. coli жана Listeria сыяктуу ар кандай тамак-аш микроорганизмдерине каршы органикалык помидор активдүүлүгүнүн болжол менен 1,4 лог кыскарышынын келечектүү баштапкы натыйжасы болжол менен 50,000#/cm311 концентрациясында EWNS таасири 90 мүнөттүн ичинде байкалган. Мындан тышкары, алдын ала органолептикалык баалоо тесттер контролдоо помидоруна салыштырмалуу органолептикалык таасир көрсөткөн эмес. Бул баштапкы инактивациялоо натыйжалары 50,000#/cc өтө төмөн EWNS дозаларында да тамак-аш коопсуздугун убада кылат. карасаңыз, инфекция жана бузулуу коркунучун андан ары азайтуу үчүн активдештирүүнүн жогорку потенциалы пайдалуураак болору анык.
Бул жерде биз изилдөөбүздү EWNS генерациялоо платформасын иштеп чыгууга багыттайбыз, алардын антибактериалдык потенциалын жогорулатуу үчүн синтез параметрлерин тактоо жана EWNS физикалык-химиялык касиеттерин оптималдаштыруу. Атап айтканда, оптималдаштыруу алардын беттик зарядын жогорулатууга багытталган (максаттуу жеткирүүнү жакшыртуу үчүн) жана ROS мазмунун (инактивациялоонун натыйжалуулугун жогорулатуу үчүн). Заманбап аналитикалык ыкмаларды колдонуу менен жана E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae жана M. parafortuitum сыяктуу кеңири таралган тамак-аш микроорганизмдерин колдонуу менен оптималдаштырылган физика-химиялык касиеттердин (көлөмү, заряды жана ROS мазмуну) мүнөздөмөсү.
EVNS жогорку тазалыктагы сууну (18 MΩ см–1) бир эле убакта электроспрейлөө жана иондоштуруу жолу менен синтезделген. Электр атомизатору 12 адатта суюктуктарды жана синтетикалык полимерди жана керамикалык бөлүкчөлөрдү 13 жана контролдонуучу өлчөмдөгү жипчелерди 14 атомизациялоо үчүн колдонулат.
Мурунку басылмаларда 8, 9, 10, 11 деталдаштырылгандай, типтүү экспериментте металл капилляр менен жерге туташтырылган каршы электроддун ортосунда жогорку чыңалуу колдонулат. Бул процессте эки түрдүү кубулуш пайда болот: 1) электроспрей жана 2) суунун иондошуусу. Эки электроддун ортосундагы күчтүү электр талаасы конденсацияланган суунун бетинде терс заряддардын пайда болушуна алып келет, натыйжада Тейлор конустары пайда болот. Натыйжада, Рэйлинин теориясы боюнча16 чоң заряддуу суу тамчылары пайда болуп, алар майда бөлүкчөлөргө ажырай беришет. Ошол эле учурда, күчтүү электр талаасы суу молекулаларынын бир бөлүгүн бөлүп, электрондорду ажыратып (иондоштуруу) алып келет, ошону менен көп сандагы реактивдүү кычкылтек түрлөрүн (ROS) пайда кылат17. Бир эле учурда түзүлгөн ROS18 пакеттери EWNSке 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. 2б-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, суунун агымы бөтөлкөнүн ичиндеги аба басымы менен башкарылат. Ийне тефлон консолуна тиркелет, аны кол менен эсептегич электроддон белгилүү бир аралыкка чейин жөнгө салууга болот. Эсептөөчү электрод – бул үлгү алуу үчүн ортосунда 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 бардык компоненттери бөлүкчөлөрдүн үлгүсүн начарлатуучу заряддын топтолушуна жол бербөө үчүн электр менен негизделет.
(a) Инженердик суу наноструктурасын түзүү системасы (EWNS). (б) Эң маанилүү параметрлерди көрсөткөн үлгү алуучу жана электроспрей агрегатынын 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. [V (kV), L (см)] символдору ар кандай комбинацияларды белгилөө үчүн колдонулат. Белгилүү бир топтомдун туруктуу Тейлор конусун алуу үчүн суунун агымын тууралаңыз [V, L]. Бул изилдөөнүн максаттары үчүн эсептегич электроддун (D) апертурасы 0,5 дюймга (1,29 см) коюлган.
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 муун системасынын чыгарылышы бөлүкчөлөрдүн санынын концентрациясын өлчөө үчүн Scanning Mobility Particle Sizeer (SMPS, модель 3936, TSI, Shoreview, Миннесота) түздөн-түз туташтырылган жана Фарадей аэрозолдук электрометри (TSI, модель 3068B, Shoreview, АКШ) менен колдонулган. MN) биздин мурунку жарыялоодо сүрөттөлгөндөй, аэрозолдук агымдарды өлчөө үчүн. SMPS жана аэрозолдук электрометр экөө тең 0,5 л/мин агым ылдамдыгында үлгү алды (жалпы үлгү агымы 1 л/мин). Бөлүкчөлөрдүн концентрациялары жана аэрозоль агымдары 120 с. Өлчөөнү 30 жолу кайталаңыз. Аэрозолдун жалпы заряды учурдагы өлчөөлөрдөн эсептелет, ал эми орточо EWNS заряды үлгү алынган EWNS бөлүкчөлөрүнүн жалпы санынан бааланат. EWNS орточо наркы Теңдеме (1) менен эсептелсе болот:
мында IEl - өлчөнгөн ток, NSMPS - SMPS менен өлчөнгөн сандын концентрациясы, ал эми φEl - электрометрге 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 скандоо ылдамдыгы 1 Гц жана сканерлөө аянты 256 сканерлөө сызыгы менен 5 мкм×5 мкм. Бардык сүрөттөр Asylum программасын (100 нм диапазону жана 100 pm босогосу бар маска) колдонуу менен биринчи иреттеги сүрөттөрдү тегиздөөдөн өткөрүлдү.
Үлгү алуу воронкасын алып салыңыз жана слюда бетинде бөлүкчөлөрдүн биригүүсүн жана слюда бетинде туура эмес тамчылардын пайда болушун болтурбоо үчүн орто эсеп менен 120 с убакытка эсептегич электроддон 2,0 см аралыкта жайгаштырыңыз. EWNS жаңы кесилген слюда беттерине түз колдонулган (Тед Пелла, Реддинг, CA). Дароо чачырагандан кийин, слюда бети AFM аркылуу элестетилди. Жаңы кесилген модификацияланбаган слюданын беттик байланыш бурчу 0°ка жакын, ошондуктан EWNS слюда бетинде күмбөздүү формада тарайт20. Диффузиялык тамчылардын диаметри (а) жана бийиктиги (h) түздөн-түз AFM топографиясынан өлчөнгөн жана биздин мурун тастыкталган методубузду колдонуп, куполдуу диффузиянын көлөмүн EWNS эсептөө үчүн колдонулган. Борттогу EVNS бирдей көлөмгө ээ деп эсептесек, эквиваленттүү диаметрди (2) теңдемеден эсептөөгө болот:
Биздин мурда иштелип чыккан методубузга ылайык, EWNSда кыска мөөнөттүү радикалдык ортоңку заттардын болушун аныктоо үчүн электрондук спиндик-резонанстык (ESR) спиндик кармагыч колдонулган. Аэрозольдор 235 мМ DEPMPO (5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) камтыган эритмеден өткөрүлдү (Oxis International Inc., Портленд, Орегон). Бардык EPR өлчөөлөрү Bruker EMX спектрометри (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) жана жалпак клетка массивдери аркылуу аткарылган. Маалыматтарды чогултуу жана талдоо үчүн Acquisit программасы (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, АКШ) колдонулган. ROS мүнөздөмөсү иштөө шарттарынын жыйындысы үчүн гана аткарылган [-6,5 кВ, 4,0 см]. EWNS концентрациялары SMPS жардамы менен таасир этүүчүдө EWNS жоголушун эске алуу менен өлчөнгөн.
Озондун деңгээли 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co) 8,9,10 аркылуу көзөмөлдөндү.
Бардык EWNS касиеттери үчүн өлчөө мааниси өлчөөлөрдүн орточо мааниси, ал эми өлчөө катасы стандарттык четтөө болуп саналат. Оптимизацияланган EWNS атрибутунун маанисин базалык EWNSтин тиешелүү мааниси менен салыштыруу үчүн t-тест аткарылды.
2c-сүрөттө EWNS11ди беттерге бутага алуу үчүн колдонулушу мүмкүн болгон мурда иштелип чыккан жана мүнөздөлгөн Электростатикалык Жаан-чачындын өтүү системасы (EPES) көрсөтүлгөн. EPES EWNS зарядын күчтүү электр талаасы менен айкалыштырып, түздөн-түз бутанын бетине “көзөмөлдөө” үчүн колдонот. EPES системасынын майда-чүйдөсүнө чейин Pyrgiotakis et al.11 тарабынан акыркы басылмада берилген. Ошентип, EPES ортосунда 15,24 см аралыкта эки параллелдүү дат баспас болоттон жасалган (304 дат баспас болоттон жасалган, күзгү жылмаланган) металл плиталары бар конус учтары бар 3D басып чыгарылган PVC камерадан турат. Такталар тышкы жогорку чыңалуу булагына туташтырылган (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ылдыйкы такта ар дайым оң жана үстүнкү такта дайыма жерге туташтырылган (сүзүүчү). 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 пластикалык стеллаждарга жайгаштырууга, аларды төмөнкү металл пластинкадан көтөрүүгө мүмкүндүк берет.
EPESде EWNSти жайгаштыруу натыйжалуулугу S111 Кошумча сүрөттө баяндалган мурда иштелип чыккан протоколго ылайык эсептелген.
Башкаруу камерасы катары, цилиндрдик камера аркылуу экинчи агым EWNS алып салуу үчүн аралык HEPA чыпкасы аркылуу EPES системасы менен катар туташтырылган. Сүрөттө көрсөтүлгөндөй. 2c, EWNS аэрозолу катар менен туташтырылган эки камера аркылуу айдалды. 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 микроорганизмдери жаңы азыктарды, мисалы, ичеги таякчасын (ATCC #27325), заң индикаторун, Salmonella enterica (ATCC #53647), тамак-аш аркылуу жугуучу патогенди, Listeria innocua (ATCC #33090), патогендик Listeria monocyte альтернативасын булгаганы аныкталган. , бузулуучу ачыткыга альтернатива катары Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) жана туруктуураак тирүү бактерия катары Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ATCCден (Манас, Вирджиния) сатылып алынган.
Жергиликтүү базарыңыздан капысынан кутучаларды сатып алыңыз жана колдонууга чейин (3 күнгө чейин) 4°C муздаткычта сактаңыз. Диаметри болжол менен 1/2 дюйм болгон бир өлчөм менен эксперимент кылуу үчүн помидорду тандаңыз.
Инкубациялоо, эмдөө, экспозиция жана колонияларды эсептөө протоколдору биздин мурунку басылмаларыбызда кеңири баяндалган жана 11-Кошумча маалыматтарда кеңири түшүндүрүлгөн. EWNS натыйжалуулугу эмделген помидорлорду 40 000 #/см3 45 мүнөткө экспозициялоо менен бааланган. Кыскача айтканда, t = 0 мин убакытта, аман калган микроорганизмдерди баалоо үчүн үч помидор колдонулган. Үч помидор EPESге жайгаштырылды жана 40,000 #/cc (EWNS ачык помидорлор) менен EWNS таасири астында калды жана дагы үчөө башкаруу камерасына (контролдук помидор) жайгаштырылды. Помидор топторунун бири да кошумча иштетүүгө дуушар болгон эмес. EWNS таасирине баа берүү үчүн 45 мүнөттөн кийин EWNS-ачык помидорлор жана башкаруу алынып салынды.
Ар бир эксперимент үч нускада жүргүзүлдү. Маалыматтарды талдоо Кошумча маалыматтарда сүрөттөлгөн протоколго ылайык жүргүзүлдү.
E. coli, Enterobacter жана L. innocua бактериялык үлгүлөрү EWNS (45 мин, EWNS аэрозоль концентрациясы 40,000 #/см3) жана экспозициядан өтпөгөндүгү менен инактивациялоо механизмдерин баалоо үчүн гранулдашкан. Чөкмө 2 саат бою бөлмө температурасында 0,1 М натрий какодилатынын эритмесинде (рН 7,4) 2,5% глутаральдегид, 1,25% параформальдегид жана 0,03% пикрин кислотасынын фиксатору менен бекитилди. Жуулгандан кийин алар 1% осмий тетроксиди (OsO4)/1,5% калий ферроцианид (KFeCN6) менен 2 саатка бекитилип, 3 жолу суу менен жууп, 1% уранилацетатта 1 саат инкубацияланды, андан кийин эки жолу суу менен жуулат. Кийинки дегидратация 10 мүнөттөн ар бири 50%, 70%, 90%, 100% спирт. 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 TEM тарабынан JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япония), AMT 2k CCD камерасы менен жабдылган кадимки өткөрүүчү электрондук микроскоптун (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, АКШ) жардамы менен кесилген жана визуализацияланган.
Бардык эксперименттер үч нускада жүргүзүлдү. Ар бир убакыт чекити үчүн бактериялык жуулмалар үч нускада жабылган, натыйжада ар бир пунктка жалпысынан тогуз маалымат чекити пайда болгон, алардын орточо көрсөткүчү ошол организм 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 мезгилиндеги бактериялардын табигый деградациясын эсепке алуу үчүн, 45 мүнөттө башкарууга салыштырмалуу Log-Reduction да төмөндөгүдөй эсептелген:
Бул жерде 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 (Тейлор конусу, EWNS өндүрүшү жана убакыттын өтүшү менен туруктуулугу) көрсөткөн толук изилдөө үчүн эки учур тандалып алынган. fig боюнча. 3 эки учур үчүн ROS заряды, өлчөмү жана мазмуну боюнча натыйжаларды көрсөтөт. Натыйжалар 1-таблицада да жалпыланган. Маалымат үчүн, 3-сүрөт жана 1-таблица 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 таасири боюнча изилдөөлөрдү камтыйт (D) жана жер электрод менен ийне учу (L) ортосундагы аралык (Кошумча Figures S2 жана S3).
(a–c) AFM өлчөмүн бөлүштүрүү. (d – f) Жер үстүндөгү заряддын мүнөздөмөсү. (ж) ROS жана ESR мүнөздөмөсү.
Ошондой эле белгилей кетүүчү нерсе, жогоруда көрсөтүлгөн бардык шарттар үчүн өлчөнгөн иондошуу агымдары 2-6 мкА диапазондо, ал эми чыңалуулар -3,8ден -6,5 кВга чейинки диапазондо болгон, натыйжада бул бир терминалдуу ЭВНС үчүн 50 мВттан азыраак энергия керектөөсү пайда болгон. . муун модулу. 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 боюнча талаалар тиешелүүлүгүнө жараша 2 × 105 В/м жана 4,7 × 105 В/м деп эсептелет. Муну күтүү керек, анткени чыңалуу менен аралыктын катышы экинчи учурда бир топ жогору.
fig боюнча. 3a, b AFM8 менен өлчөнгөн EWNS диаметрин көрсөтөт. [-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] сценарийлери үчүн EWNS орточо диаметрлери тиешелүүлүгүнө жараша 27 нм жана 19 нм деп эсептелген. [-6,5 кВ, 4,0 см] жана [-3,8 кВ, 0,5 см] корпустары үчүн бөлүштүрүүнүн геометриялык стандарттык четтөөлөрү тиешелүүлүгүнө жараша 1,41 жана 1,45ти түзөт, бул тар өлчөмдөгү бөлүштүрүүнү көрсөтөт. Орточо өлчөмдөрү да, геометриялык стандарттык четтөөлөрү да базалык-EWNSге абдан жакын, тиешелүүлүгүнө жараша 25 нм жана 1,41. 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. Baseline-EWNS (10 ± 2 e-) менен салыштырганда, алардын беттик заряды кыйла жогору, [-6,5 кВ, 4,0 см] сценарийден эки эсе жана [-3 ,8 кВ, 0,5 см] караганда төрт эсе. 3f негизги EWNS төлөм маалыматтарын көрсөтөт.
EWNS номерлеринин концентрациялуу карталарынан (кошумча S5 жана S6 сүрөттөрү) [-6,5 кВ, 4,0 см] сценада [-3,8 кВ, 0,5 см] көрүнүшкө караганда бөлүкчөлөрдүн саны бир топ жогору экенин көрүүгө болот. Ошондой эле EWNS номерлеринин концентрациялары 4 саатка чейин көзөмөлдөнгөндүгүн белгилей кетүү керек (Кошумча S5 жана S6 сүрөттөрү), мында EWNS генерациясынын туруктуулугу эки учурда тең бөлүкчөлөрдүн санынын концентрацияларынын бирдей деңгээлин көрсөткөн.
3g-сүрөт [-6,5 кВ, 4,0 см] боюнча оптималдаштырылган EWNS үчүн контролдук (фондук) алып салуудан кийинки EPR спектрин көрсөтөт. ROS спектри ошондой эле мурда жарыяланган кагазда EWNS базалык көрсөткүчү менен салыштырылат. Айлануучу капканга реакция кылган EWNSтин эсептелген саны 7,5 × 104 EWNS/s, бул мурда жарыяланган Базалык-EWNS8ге окшош. EPR спектрлери ROSтун эки түрү бар экендигин ачык көрсөттү, мында O2 басымдуулук кылат, ал эми OH• азыраак өлчөмдө болгон. Мындан тышкары, эң жогорку интенсивдүүлүктөрдү түз салыштыруу оптималдаштырылган EWNS базалык EWNS менен салыштырганда 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. Эки EUNS учурлары үчүн, 3,0 кВ төмөн чыңалууда чөкмө 100% жакын болгон. Адатта, 3,0 кВ беттик заряддын өзгөрүшүнө карабастан 100% чөктүрүүгө жетишүү үчүн жетиштүү. Ошол эле шарттарда, Baseline-EWNSтин жайгаштыруу эффективдүүлүгү төмөн заряддын эсебинен болгону 56% түздү (EWNS үчүн орточо 10 электрон).
5-сүрөт жана 2-таблица оптималдуу сценарий боюнча [-6,5 кВ, 4,0 см] 45 мүнөткө болжол менен 40 000 #/см3 EWNS таасир эткенден кийин помидордун бетине себилген микроорганизмдердин инактивациясынын даражасын жалпылайт. Инокуляцияланган E. coli жана L. innocua таасири 45 мүнөттөн кийин 3,8 логго олуттуу кыскаргандыгын көрсөттү. Ошол эле шарттарда S. enterica 2,2 журналга азыраак лог кыскарган, ал эми S. cerevisiae жана M. parafortuitum 1,0 лог кыскарган.
E. coli, Salmonella enterica жана L. innocua клеткаларында EWNS тарабынан инактивацияга алып келген физикалык өзгөрүүлөрдү чагылдырган электрондук микросүрөттөр (6-сүрөт). Контролдук бактериялар клетка кабыкчалары бузулбаганын көрсөттү, ал эми ачык калган бактериялар сырткы кабыкчаларды бузду.
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 салыштырмалуу кыйла жакшырды экенин көрсөтүп турат. Башка жагынан алганда, алардын өлчөмү нанометрдик диапазондо калды, бул мурда жарыяланган натыйжаларга абдан окшош, бул аларга абада узак убакытка калууга мүмкүндүк берет. Байкалуучу полидисперстикти Рэйли эффектинин чоңдугун, кокустуктун жана EWNSтин потенциалдуу биригүүсүн аныктаган беттик заряддын өзгөрүшү менен түшүндүрүүгө болот. Бирок, Nielsen et al.22 деталдаштырылгандай, жогорку беттик заряд суу тамчысынын беттик энергиясын/чыңалуусун эффективдүү жогорулатуу менен бууланууну азайтат. Бул теория биздин мурунку басылмада8 microdroplets22 жана EWNS үчүн эксперименталдык түрдө тастыкталган. Ашыкча убакытты жоготуу да өлчөмүнө таасир этет жана байкалган өлчөмдөгү бөлүштүрүүгө салым кошо алат.
Мындан тышкары, структурасы боюнча заряд болжол менен 22-44 е-, жагдайга жараша, структурасы 10 ± 2 электрондор орточо заряды бар негизги EWNS салыштырмалуу кыйла жогору. Бирок, бул EWNS орточо төлөм экенин белгилей кетүү керек. Сето жана башкалар. Заряддын бир калыпта эместиги жана лог-нормалдуу бөлүштүрүүнүн 21 ээрчип турганы көрсөтүлгөн. Мурунку ишибизге салыштырмалуу, үстүнкү зарядды эки эсеге көбөйтүү EPES системасындагы чөктүрүүнүн эффективдүүлүгүн дээрлик 100%11ге чейин жогорулатат.