Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Voafetra ny fanohanana CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hanafoana ny Compatibility Mode ao amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia hampiseho ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript izahay.
Carousel mampiseho slide telo miaraka. Ampiasao ny bokotra Previous sy Next mba hivezivezena amin'ny slide telo indray mandeha, na ampiasao ny bokotra slider eo amin'ny farany mba hivezivezena amin'ny slide telo indray mandeha.
Vao haingana, sehatra mikraoba tsy misy simika mifototra amin'ny nanoteknolojia mampiasa nanostructures rano artifisialy (EWNS) no novolavolaina. Ny EWNS dia manana fiampangana ambony ety ambonin'ny tany ary feno karazana oksizenina mihetsika (ROS) izay afaka mifandray sy manafoana mikraoba maromaro, anisan'izany ny mikraoba entin'ny sakafo. Eto dia aseho fa ny toetrany mandritra ny fananganana dia azo amboarina sy hatsaraina mba hampitomboana bebe kokoa ny fahafahany manohitra ny bakteria. Ny sehatra laboratoara EWNS dia natao hanatsarana ny toetran'ny EWNS amin'ny alàlan'ny fanovana ny masontsivana fananganana. Famaritana ny toetran'ny EWNS (fiampangana, habe ary votoatin'ny ROS) amin'ny alàlan'ny fomba famakafakana maoderina. Ho fanampin'izany, dia nodinihina ny fahafahany manafoana mikraoba amin'ny mikraoba entin'ny sakafo toy ny Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum ary Saccharomyces cerevisiae. Ny valiny aseho eto dia mampiseho fa ny toetran'ny EWNS dia azo amboarina tsara mandritra ny fananganana, ka miteraka fitomboana eksponensialy amin'ny fahombiazan'ny fanafoanana. Indrindra indrindra, nitombo efatra heny ny fiampangana ety ambonin'ny tany ary nitombo ny karazana oksizenina mihetsika. Niankina tamin'ny mikrôba ny tahan'ny fanesorana mikraoba ary teo anelanelan'ny 1.0 sy 3.8 log rehefa avy niharan'ny fatra aerosol 40,000 #/cc EWNS nandritra ny 45 minitra.
Ny fahalotoan'ny mikraoba no antony lehibe mahatonga ny aretina ateraky ny sakafo vokatry ny fihinanana mikraoba na ny poizina avy amin'izy ireo. Any Etazonia fotsiny, ny aretina ateraky ny sakafo dia miteraka aretina eo amin'ny 76 tapitrisa eo ho eo, fidirana hopitaly 325,000, ary fahafatesana 5,000 isan-taona1. Ankoatra izany, ny Departemantan'ny Fambolena any Etazonia (USDA) dia manombana fa ny fitomboan'ny fihinanana vokatra vaovao no tompon'andraikitra amin'ny 48% amin'ny aretina rehetra ateraky ny sakafo voalaza any Etazonia2. Ny vidin'ny aretina sy fahafatesana vokatry ny mikraoba ateraky ny sakafo any Etazonia dia tena avo, araka ny tombantomban'ny Centers for Disease Control and Prevention (CDC) ho mihoatra ny US$15.6 miliara isan-taona3.
Amin'izao fotoana izao, ny fitsaboana simika4, taratra5 ary hafanana6 amin'ny alalan'ny antimikrobia mba hiantohana ny fiarovana ny sakafo dia matetika atao amin'ny teboka fanaraha-maso mitsikera (CCP) voafetra eo amin'ny rojo famokarana (matetika aorian'ny fijinjana sy/na mandritra ny fonosana) fa tsy mitohy. Noho izany, mora voan'ny loto miampita izy ireo. 7. Ny fanaraha-maso tsara kokoa ny aretina entin'ny sakafo sy ny fahasimban'ny sakafo dia mitaky fitsaboana antimikrobia izay azo ampiharina manerana ny fitohizan'ny vokatra avy any amin'ny toeram-pambolena ka hatrany amin'ny latabatra sady mampihena ny fiantraikany sy ny fandaniana amin'ny tontolo iainana.
Vao haingana, nisy sehatra antimikrobia tsy misy simika, mifototra amin'ny nanoteknolojia, novolavolaina izay afaka manafoana ny bakteria ety ambonin'ny tany sy eny amin'ny rivotra amin'ny alàlan'ny nanostructures artifisialy (EWNS). Ny EWNS dia novokarina tamin'ny alàlan'ny dingana roa mifanitsy, electrospray sy water ionization (Sary 1a). Ny fanadihadiana teo aloha dia naneho fa ny EWNS dia manana toetra ara-batana sy biolojika miavaka8,9,10. Ny EWNS dia manana elektrôna 10 eo ho eo isaky ny rafitra ary haben'ny nanoscale antonony 25 nm (Sary 1b,c)8,9,10. Ho fanampin'izany, ny electron spin resonance (ESR) dia naneho fa ny EWNS dia misy karazana oksizenina reactive (ROS) betsaka, indrindra ny hydroxyl (OH•) sy superoxide (O2-) radicals (Sary 1c)8. Ny EVNS dia eny amin'ny rivotra mandritra ny fotoana maharitra ary mety hifandona amin'ny zavamananaina mihantona eny amin'ny rivotra sy eo amin'ny velarana, ka manome ny enta-mavesany ROS ary mahatonga ny zavamananaina tsy miasa (Sary 1d). Ireo fanadihadiana voalohany ireo dia naneho ihany koa fa ny EWNS dia afaka mifandray amin'ny bakteria gram-negatif sy gram-positif isan-karazany, anisan'izany ny mycobacteria, eny amin'ny velarana sy eny amin'ny rivotra. Ny mikroskopia elektrôna fandefasana dia naneho fa ny tsy fahavitrihana dia vokatry ny fikorontanan'ny fonon'ny sela. Ankoatra izany, ny fanadihadiana momba ny fifohana rivotra tampoka dia naneho fa ny fatra avo lenta amin'ny EWNS dia tsy miteraka fahasimban'ny havokavoka na fivontosana 8.
(a) Mitranga ny electrospray rehefa ampiharina eo anelanelan'ny fantsona kapilary misy ranoka sy ny electrode mifanohitra ny voltazy avo lenta. (b) Ny fampiharana ny tsindry avo lenta dia miteraka tranga roa samy hafa: (i) electrospraying ny rano ary (ii) fiforonan'ny karazana oksizenina mihetsika (ion) voafandrika ao amin'ny EWNS. (c) Ny rafitra miavaka an'ny EWNS. (d) Noho ny toetrany bitika kely, ny EWNS dia mora mihetsika ary afaka mifandray amin'ny pathogens eny amin'ny rivotra.
Naseho vao haingana ihany koa ny fahafahan'ny sehatra antimikrobia EWNS manafoana ireo zavamiaina bitika entin'ny sakafo eo amin'ny velaran'ny sakafo vaovao. Naseho ihany koa fa ny fiampangana ety ambonin'ny EWNS miaraka amin'ny sehatra elektrika dia azo ampiasaina mba hahazoana ny fandefasana kendrena. Ankoatra izany, ny vokatra voalohany ho an'ny voatabia biolojika taorian'ny fiparitahana 90 minitra tamin'ny EWNS eo amin'ny 50,000 #/cm3 dia nampahery, miaraka amin'ny zavamiaina bitika entin'ny sakafo isan-karazany toy ny E. coli sy Listeria 11 hita. Ankoatra izany, ny fitsapana organoleptika voalohany dia tsy naneho fiantraikany ara-tsaina raha oharina amin'ny voatabia fanaraha-maso. Na dia mampahery aza ireo vokatra voalohany amin'ny fanafoanana ny asa ho an'ny fiarovana ara-tsakafo na dia amin'ny fatra EWNS ambany dia ambany 50,000#/cc aza, dia mazava fa ny mety ho fanafoanana ambony kokoa dia ho mahasoa kokoa mba hampihenana bebe kokoa ny mety hisian'ny aretina sy ny fahasimbana.
Eto izahay dia hifantoka amin'ny fampivoarana sehatra famokarana EWNS mba ahafahana manitsy tsara ny masontsivana fananganana sy manatsara ny toetra ara-fizika sy simika an'ny EWNS mba hampitomboana ny fahafahany manohitra bakteria. Indrindra indrindra, ny fanatsarana dia nifantoka tamin'ny fampitomboana ny fiampangana amboniny (mba hanatsarana ny fanaterana kendrena) sy ny votoatin'ny ROS (mba hanatsarana ny fahombiazan'ny inactivation). Hamaritra ny toetra ara-fizika sy simika nohatsaraina (habeny, fiampangana ary votoatin'ny ROS) amin'ny fampiasana fomba famakafakana maoderina ary mampiasa zavamiaina bitika mahazatra toy ny E.
Ny EVNS dia novokarina tamin'ny alalan'ny famafazana herinaratra miaraka sy ny ionization amin'ny rano madio avo lenta (18 MΩ cm–1). Ny nebulizer elektrika 12 dia matetika ampiasaina amin'ny atomization ny ranoka sy ny famokarana poti-polymer sy seramika 13 ary fibre 14 amin'ny habe voafehy.
Araka ny voalaza amin'ny antsipiriany tao amin'ny boky teo aloha 8, 9, 10, 11, tao anatin'ny andrana mahazatra, dia nampiharina teo anelanelan'ny kapila metaly sy ny elektroda mifanohitra amin'ny tany ny voltazy avo lenta. Mandritra ity dingana ity, dia misy tranga roa samy hafa mitranga: i) electrospray ary ii) ionization rano. Ny saha elektrika matanjaka eo anelanelan'ny elektroda roa dia miteraka fiampangana ratsy miangona eo amin'ny velaran'ny rano mivaingana, ka miteraka fiforonan'ny kônina Taylor. Vokatr'izany, dia miforona ny rano mitete-drano be dia be, izay mitohy vaky ho poti-javatra kely kokoa, toy ny ao amin'ny teoria Rayleigh16. Mandritra izany fotoana izany, ny saha elektrika matanjaka dia mahatonga ny molekiola rano sasany hisaraka sy hanala ny elektrôna (ionize), izay mitarika ho amin'ny fiforonan'ny karazana oksizenina mihetsika (ROS) betsaka17. Ny ROS18 novokarina niaraka tamin'izay dia nofonosina tao amin'ny EWNS (Sary 1c).
Asehon'ny sary 2a ny rafitra famokarana EWNS novolavolaina sy nampiasaina tamin'ny fanamboarana EWNS tamin'ity fandalinana ity. Ny rano voadio voatahiry ao anaty tavoahangy mihidy dia nampidirina tamin'ny alalan'ny fantsona Teflon (savaivony anatiny 2 mm) tao anaty fanjaitra vy tsy misy harafesina 30G (kapila metaly). Ny fikorianan'ny rano dia fehezin'ny tsindrin'ny rivotra ao anatin'ny tavoahangy, araka ny aseho amin'ny sary 2b. Ny fanjaitra dia napetraka eo amin'ny console Teflon ary azo amboarina amin'ny tanana amin'ny halavirana iray avy amin'ny elektroda mifanohitra. Ny elektroda mifanohitra dia kapila aluminium voapoloka misy lavaka eo afovoany ho an'ny fakana santionany. Eo ambanin'ny elektroda mifanohitra dia misy fantsona fakana santionany aluminium, izay mifandray amin'ny ambin'ny fametrahana fanandramana amin'ny alàlan'ny seranana fakana santionany (Sary 2b). Mba hisorohana ny fiangonan'ny fiampangana izay mety hanelingelina ny fiasan'ny sampler, dia voafatotry ny herinaratra ny singa sampler rehetra.
(a) Rafitra Famokarana Nanostructure Rano Namboarina (EWNS). (b) Fizarana mitsivalana amin'ny santionany sy ny electrospray, mampiseho ireo masontsivana manan-danja indrindra. (c) Fametrahana andrana ho an'ny famonoana bakteria.
Ny rafitra famokarana EWNS voalaza etsy ambony dia afaka manova ireo masontsivana fiasana fototra mba hanamorana ny fanitsiana tsara ny toetran'ny EWNS. Amboary ny voltazy ampiharina (V), ny elanelana misy eo amin'ny fanjaitra sy ny elektroda mifanohitra (L), ary ny fikorianan'ny rano (φ) amin'ny alàlan'ny kapila mba hanatsarana ny toetran'ny EWNS. Ny marika ampiasaina hanehoana ireo fitambarana samihafa: [V (kV), L (cm)]. Amboary ny fikorianan'ny rano mba hahazoana kôna Taylor marin-toerana amin'ny andiany iray [V, L]. Ho an'ny tanjon'ity fandalinana ity, ny savaivony fisokafan'ny elektroda mifanohitra (D) dia nohazonina tamin'ny 0.5 santimetatra (1.29 cm).
Noho ny jeometrika voafetra sy ny tsy fitoviana, ny tanjaky ny saha elektrika dia tsy azo kajy avy amin'ny fitsipika voalohany. Ny rindrambaiko QuickField™ (Svendborg, Danemark)19 kosa no nampiasaina hikajiana ny saha elektrika. Tsy mitovy ny saha elektrika, ka ny sandan'ny saha elektrika eo amin'ny tendron'ny kapila dia nampiasaina ho toy ny sanda fanondroana ho an'ny firafitra isan-karazany.
Nandritra ny fandalinana, dia nojerena ny fitambaran'ny voltazy sy ny elanelana misy eo amin'ny fanjaitra sy ny elektroda mifanohitra amin'ny lafiny fiforonan'ny kônina Taylor, ny fahamarinan'ny kônina Taylor, ny fahamarinan'ny famokarana EWNS, ary ny fahafahana mamerina azy. Aseho ao amin'ny Tabilao Fanampiny S1 ny fitambarana isan-karazany.
Ny vokatra azo avy amin'ny rafitra famokarana EWNS dia nampifandraisina mivantana tamin'ny Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) ho an'ny fandrefesana ny fifantohana amin'ny isan'ny poti, ary koa tamin'ny Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN). ) ho an'ny fikorianan'ny aerosol dia norefesina araka ny voalaza tao amin'ny boky navoakanay teo aloha. Samy nojerena tamin'ny tahan'ny fikorianan'ny 0.5 L/min (fikorianan'ny santionany manontolo 1 L/min) ny SMPS sy ny electrometer aerosol. Norefesina nandritra ny 120 segondra ny fifantohana amin'ny isan'ny poti sy ny fikorianan'ny aerosol. Averina in-30 ny fandrefesana. Mifototra amin'ny fandrefesana ny fikorianan'ny aerosol, kajy ny totalin'ny fiampangana aerosol ary tombanana ho an'ny isan'ny poti EWNS voafantina ny salan'isa vidin'ny EWNS. Azo kajy amin'ny fampiasana ny Equation (1) ny salan'isan'ny vidin'ny EWNS:
izay IEl no courant voarefy, NSMPS no fifantohana nomerika voarefy amin'ny SMPS, ary φEl no tahan'ny fikorianan'ny herinaratra isaky ny electrometer.
Satria misy fiantraikany amin'ny herinaratra eny ambonin'ny tany ny hamandoana (RH), dia notazonina ho tsy miova ny mari-pana sy ny (RH) nandritra ny andrana tamin'ny 21°C sy 45% tsirairay avy.
Mikroskôpia hery atomika (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) ary probe AC260T (Olympus, Tokyo, Japon) no nampiasaina handrefesana ny habeny sy ny androm-piainan'ny EWNS. Ny fatran'ny fitiliana AFM dia 1 Hz, ny velaran'ny fitiliana dia 5 μm × 5 μm, ary tsipika fitiliana 256. Ny sary rehetra dia nampiharina tamin'ny alàlan'ny rindrambaiko Asylum (elan'ny saron-tava 100 nm, ambangovangony 100 pm).
Nesorina ny fantsona fitsapana ary napetraka teo amin'ny elanelana 2.0 sm miala ny elektroda mpifanandrina ny velaran'ny mika mandritra ny fotoana antonony 120 segondra mba hisorohana ny fivontosana poti-javatra sy ny fiforonan'ny ranoka tsy ara-dalàna eo amin'ny velaran'ny mika. Nafafy mivantana teo amin'ny velaran'ny mika vao notapatapahina ny EWNS (Ted Pella, Redding, CA). Sarin'ny velaran'ny mika avy hatrany taorian'ny fiparitahan'ny AFM. Akaiky ny 0° ny zoro fifandraisana eo amin'ny velaran'ny mika vao notapatapahina tsy novaina, ka miparitaka eo amin'ny velaran'ny mika ny EVNS amin'ny endrika dome. Ny savaivony (a) sy ny haavony (h) amin'ny ranoka miparitaka dia norefesina mivantana avy amin'ny topografia AFM ary nampiasaina hikajiana ny habetsaky ny fiparitahan'ny dome EWNS amin'ny fampiasana ny fomba efa nohamarinina teo aloha. Raha heverina fa mitovy ny haben'ny EWNS an-tsambo, dia azo kajy amin'ny fampiasana ny Equation (2) ny savaivony mitovy:
Mifototra amin'ny fomba efa novolavolainay teo aloha, dia nampiasaina ny fandrika fihodinan'ny elektrôna (ESR) mba hamantarana ny fisian'ny akora mpanelanelana radikala fohy aina ao amin'ny EWNS. Natsoboka tao anaty sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) misy vahaolana 235 mM an'ny DEPMPO(5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.). Portland, Oregon ny aerosols. Ny fandrefesana ESR rehetra dia natao tamin'ny fampiasana spectrometer Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Etazonia) sy sela fisaka. Ny rindrambaiko Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Etazonia) no nampiasaina hanangonana sy handinihana ny angon-drakitra. Ny famaritana ny toetran'ny ROS dia natao ho an'ny andiana fepetra fiasana [-6.5 kV, 4.0 cm2] ihany. Ny fifantohana EWNS dia norefesina tamin'ny fampiasana ny SMPS rehefa avy nikajy ny fatiantoka EWNS tao amin'ny impactor.
Nojerena tamin'ny alalan'ny 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 ny haavon'ny ozôna.
Ho an'ny toetran'ny EWNS rehetra, ny salan'isa no ampiasaina ho sandan'ny fandrefesana, ary ny fivilian-dàlana mahazatra no ampiasaina ho hadisoana fandrefesana. Natao ny fitsapana-T mba hampitahana ny sandan'ny toetran'ny EWNS nohatsaraina amin'ny sandan'ny EWNS fototra mifanaraka amin'izany.
Ny Sary 2c dia mampiseho rafitra "fisintonana" elektrostatika (EPES) efa novolavolaina sy voafaritra tsara izay azo ampiasaina amin'ny fandefasana EWNS amin'ny velarana. Ny EPES dia mampiasa fiampangana EVNS izay azo "tarihina" mivantana mankany amin'ny velaran'ny lasibatra eo ambany fiantraikan'ny saha elektrika mahery. Ny antsipirian'ny rafitra EPES dia aseho ao amin'ny boky navoakan'i Pyrgiotakis et al. 11 vao haingana. Noho izany, ny EPES dia misy efitrano PVC vita pirinty 3D misy tendrony miendrika tendrony ary misy takelaka metaly vy tsy misy harafesina roa mifanitsy (vy tsy misy harafesina 304, voarakotra fitaratra) eo afovoany, 15.24 sm ny elanelany. Ny takelaka dia mifandray amin'ny loharano voltase avo lenta ivelany (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ny takelaka ambany dia mifandray amin'ny voltase tsara foana, ary ny takelaka ambony dia mifandray amin'ny tany (tany mitsingevana) foana. Ny rindrin'ny efitrano dia rakotra foil aluminium, izay voapetaka amin'ny tany elektrika mba hisorohana ny fahaverezan'ny poti-javatra. Manana varavarana fampidirana herinaratra voaisy tombo-kase eo anoloana ilay efitrano izay ahafahana mametraka ny velaran'ny fitsapana eo amin'ny fitoeran-javatra plastika izay manandratra azy ireo ambonin'ny takelaka metaly ambany mba hisorohana ny fitsabahana amin'ny voltase avo lenta.
Ny fahombiazan'ny fametrahana ny EWNS ao amin'ny EPES dia nokajiana araka ny protocole novolavolaina teo aloha izay voalaza ao amin'ny Sary Fanampiny S111.
Amin'ny maha-efitra fanaraha-maso azy, dia nisy efitra fikorianan'ny rivotra boribory faharoa nampifandraisina tamin'ny rafitra EPES, izay nampiasana sivana HEPA mpanelanelana mba hanesorana ny EWNS. Araka ny aseho amin'ny Sary 2c, ny aerosol EWNS dia natsipy tamin'ny alalan'ny efitra roa efa tafiditra. Ny sivana eo anelanelan'ny efitra fanaraha-maso sy ny EPES dia manala izay EWNS sisa tavela ka miteraka mari-pana (T), hamandoana (RH) ary haavon'ny ozona mitovy.
Hita fa mandoto sakafo vaovao ireo zavamananaina bitika manan-danja entin'ny sakafo toy ny E. coli (ATCC #27325), ny mari-pamantarana diky, Salmonella enterica (ATCC #53647), ny pathogen entin'ny sakafo, Listeria tsy manimba (ATCC #33090), solon'ny Listeria monocytogenes pathogenic, avy amin'ny ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098), solon'ny leviora simba, ary bakteria tsy miasa mahatohitra kokoa, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Mividiana boaty voatabia voaloboka biolojika kisendrasendra eny an-tsena eo an-toerana ary tehirizo ao anaty vata fampangatsiahana amin'ny 4°C mandra-pahatongan'ny fampiasana azy (hatramin'ny 3 andro). Mitovy habe avokoa ireo voatabia andrana, eo amin'ny 1/2 santimetatra eo ho eo ny savaivony.
Ny fomba fiasa momba ny fambolena, ny fampidirana, ny fampitana ary ny fanisana zanatany dia voalaza amin'ny antsipiriany ao amin'ny boky navoakanay teo aloha ary voalaza amin'ny antsipiriany ao amin'ny Data Fanampiny. Ny fahombiazan'ny EWNS dia nodinihina tamin'ny alàlan'ny fampiharihariana voatabia voatsindrona tamin'ny 40,000 #/cm3 nandritra ny 45 minitra. Raha fintinina, voatabia telo no nampiasaina handinihana ireo zavamiaina bitika velona tamin'ny fotoana t = 0 minitra. Voatabia telo no napetraka tao amin'ny EPES ary nampiharina tamin'ny EWNS tamin'ny 40,000 #/cc (voatabia tratran'ny EWNS) ary ny telo ambiny dia napetraka tao amin'ny efitrano fanaraha-maso (voatabia fanaraha-maso). Tsy nisy fanodinana fanampiny ny voatabia tamin'ireo vondrona roa ireo. Nesorina ny voatabia tratran'ny EWNS sy ny voatabia fanaraha-maso rehefa afaka 45 minitra mba handinihana ny vokatry ny EWNS.
Natao intelo ny andrana tsirairay. Natao araka ny protokol voalaza ao amin'ny Data Fanampiny ny famakafakana angon-drakitra.
Nodinihina tamin'ny alalan'ny fametrahana ireo santionan'ny EWNS niharan'ny taratra (45 minitra amin'ny fifantohana aerosol EWNS 40,000 #/cm3) sy ireo santionan'ny bakteria tsy mampidi-doza E. coli, Salmonella enterica ary Lactobacillus tsy notarafina. Napetraka tao anaty glutaraldehyde 2.5%, paraformaldehyde 1.25% ary asidra picric 0.03% tao anaty buffer sodium cacodylate 0.1 M (pH 7.4) nandritra ny 2 ora tamin'ny mari-pana ao an-trano ireo poti-javatra. Rehefa avy nosasana, dia natsofoka tamin'ny osmium tetroxide 1% (OsO4)/potassium ferrocyanide 1.5% (KFeCN6) nandritra ny 2 ora, sasao in-3 ao anaty rano ary atsobohy ao anaty uranyl acetate 1% mandritra ny 1 ora, avy eo sasao indroa ao anaty rano, avy eo dia ariana mandritra ny 10 minitra ao anaty alikaola 50%, 70%, 90%, 100%. Avy eo dia napetraka tao anaty propylene oxide nandritra ny adiny 1 ireo santionany ary nototoina tamin'ny fangaro 1:1 misy propylene oxide sy TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA). Natsofoka tao anaty TAAB Epon ireo santionany ary nopolimorina tamin'ny 60°C nandritra ny 48 ora. Ny resina granular efa sitrana dia notapatapahina ary nojerena tamin'ny alalan'ny TEM tamin'ny fampiasana mikroskopia elektrôna mahazatra JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japon) miaraka amin'ny fakantsary AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, Etazonia).
Natao intelo ny andrana rehetra. Isaky ny fotoana dia nafafy intelo ny fanasana bakteria, ka nahatratra sivy ny teboka data isaky ny teboka, ary ny salan'isa dia nampiasaina ho fifantohana bakteria ho an'io zavamananaina bitika io. Ny fivilian-dàlana mahazatra no nampiasaina ho hadisoana fandrefesana. Isaina avokoa ny teboka rehetra.
Ny logaritma amin'ny fihenan'ny fifantohan'ny bakteria raha oharina amin'ny t = 0 min dia nokajiana tamin'ny fampiasana ity raikipohy manaraka ity:
izay C0 ny fifantohan'ny bakteria ao amin'ny santionany fanaraha-maso amin'ny fotoana 0 (izany hoe rehefa maina ny ety ambonin'ny tany fa alohan'ny hametrahana azy ao amin'ny efitrano) ary Cn ny fifantohan'ny bakteria eo amin'ny ety ambonin'ny tany aorian'ny n minitra nipoiran'ny taratra.
Mba handraisana an-tsaina ny fahasimban'ny bakteria voajanahary mandritra ny 45 minitra, dia nokajiana toy izao manaraka izao ny fihenan'ny logaritmika raha oharina amin'ny fanaraha-maso rehefa afaka 45 minitra:
izay Cn ny fifantohan'ny bakteria ao amin'ny santionany fanaraha-maso amin'ny fotoana n ary Cn-Control ny fifantohan'ny bakteria fanaraha-maso amin'ny fotoana n. Aseho ho toy ny fihenan'ny log raha oharina amin'ny fanaraha-maso ny angon-drakitra (tsy misy fihanaky ny EWNS).
Nandritra ny fandalinana, dia nisy fitambarana maromaro teo amin'ny voltazy sy ny elanelana misy eo amin'ny fanjaitra sy ny elektroda mifanohitra no nodinihina raha ny amin'ny fiforonan'ny Taylor cone, ny fahamarinan'ny Taylor cone, ny fahamarinan'ny famokarana EWNS, ary ny fahafahana mamerina azy. Aseho ao amin'ny Tabilao Fanampiny S1 ny fitambarana samihafa. Tranga roa mampiseho toetra marin-toerana sy azo averina (Taylor cone, ny famokarana EWNS, ary ny fahamarinan-toerana rehefa mandeha ny fotoana) no nofantenana ho an'ny fandalinana feno. Ao amin'ny sary, ny Sary 3 dia mampiseho ny valin'ny fiampangana, ny habeny ary ny votoatin'ny ROS amin'ireo tranga roa ireo. Aseho ao amin'ny Tabilao 1 ihany koa ny valiny. Ho fanondroana, ny Sary 3 sy ny Tabilao 1 dia samy ahitana ny toetran'ny EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS) tsy nohatsaraina novokarina teo aloha. Ny kajy ara-statistika amin'ny fampiasana fitsapana t roa-rambony dia averina avoaka ao amin'ny Tabilao Fanampiny S2. Ho fanampin'izany, ny angon-drakitra fanampiny dia ahitana ny fandalinana ny fiantraikan'ny savaivony lavaka santionan'ny elektroda mifanohitra (D) sy ny elanelana misy eo amin'ny elektroda amin'ny tany sy ny tendrony (L) (Sary Fanampiny S2 sy S3).
(ac) Fizarana habe refesina amin'ny AFM. (df) Toetran'ny fiampangana ambonin'ny tany. (g) Toetran'ny ROS an'ny EPR.
Zava-dehibe ihany koa ny manamarika fa ho an'ireo fepetra rehetra voalaza etsy ambony ireo, ny courant ionisation voarefy dia teo anelanelan'ny 2 sy 6 μA ary ny voltase teo anelanelan'ny -3.8 sy -6.5 kV, ka nahatonga ny fandaniana herinaratra latsaky ny 50 mW ho an'ity môdioly fifandraisana EWNS tokana ity. Na dia novokarina tamin'ny tsindry avo aza ny EWNS, dia ambany dia ambany ny haavon'ny ozona, tsy nihoatra ny 60 ppb mihitsy.
Ny Sary Fanampiny S4 dia mampiseho ny saha elektrika nohadihadiana ho an'ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm]. Ho an'ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm], ny kajy saha dia 2 × 105 V/m sy 4.7 × 105 V/m. Izany dia antenaina, satria amin'ny tranga faharoa dia avo kokoa ny tahan'ny voltazy-elanelana.
Ao amin'ny sary 3a sy b dia mampiseho ny savaivony EWNS voarefy tamin'ny AFM8. Ny savaivony EWNS antonony voakajy dia 27 nm sy 19 nm ho an'ny tetika [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm]. Ho an'ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm], ny fivilian-dàlana ara-jeometrika amin'ny fizarana dia 1.41 sy 1.45, izay manondro fizarana habe tery. Samy akaiky ny EWNS fototra ny salan'isa sy ny fivilian-dàlana ara-jeometrika, amin'ny 25 nm sy 1.41. Ao amin'ny sary 3c dia mampiseho ny fizarana habe amin'ny EWNS fototra voarefy tamin'ny fampiasana fomba mitovy amin'ny fepetra mitovy.
Ao amin'ny sary 3d, ny e dia mampiseho ny vokatry ny famaritana ny fiampangana. Ny angon-drakitra dia fandrefesana salan'isa amin'ny fandrefesana 30 miaraka amin'ny fifantohana (#/cm3) sy ny courant (I). Ny fanadihadiana dia mampiseho fa ny fiampangana salan'isa amin'ny EWNS dia 22 ± 6 e- sy 44 ± 6 e- ho an'ny [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm]. Manana fiampangana ambonin'ny tany ambony kokoa izy ireo raha oharina amin'ny EWNS fototra (10 ± 2 e-), avo roa heny noho ny toe-javatra [-6.5 kV, 4.0 cm] ary avo efatra heny noho ny [-3 .8 kV, 0.5 cm]. Ny sary 3f dia mampiseho ny angon-drakitra momba ny fiampangana ho an'ny Baseline-EWNS.
Avy amin'ny sarintany fifantohana amin'ny isa EWNS (Sary Fanampiny S5 sy S6), dia hita fa ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] dia manana poti betsaka kokoa noho ny tranga [-3.8 kV, 0.5 cm]. Tsara homarihina ihany koa fa ny fifantohana isa EWNS dia nojerena hatramin'ny 4 ora (Sary Fanampiny S5 sy S6), izay nanehoan'ny fahamarinan'ny famokarana EWNS ny haavon'ny fifantohana isan'ny poti mitovy amin'ny tranga roa.
Ao amin'ny sary 3g dia mampiseho ny spektrum EPR aorian'ny fanesorana ny fanaraha-maso EWNS nohatsaraina (fototra) amin'ny [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ny spektrum ROS dia nampitahaina tamin'ny scenario Baseline-EWNS tao amin'ny asa navoaka teo aloha ihany koa. Ny isan'ny EWNS mihetsika amin'ny spin traps dia nokajiana ho 7.5 × 104 EWNS/s, izay mitovy amin'ny Baseline-EWNS8 navoaka teo aloha. Ny spektrum EPR dia naneho mazava tsara ny fisian'ny karazana ROS roa, miaraka amin'ny O2- izay karazana manjaka ary ny OH• izay tsy dia betsaka loatra. Ho fanampin'izany, ny fampitahana mivantana ny hamafin'ny tampony dia naneho fa ny EWNS nohatsaraina dia manana votoatin'ny ROS ambony kokoa raha oharina amin'ny EWNS fototra.
Asehon'ny sary 4 ny fahombiazan'ny fametrahana ny EWNS ao amin'ny EPES. Voafintina ao amin'ny Tabilao I ihany koa ny angon-drakitra ary ampitahaina amin'ny angon-drakitra EWNS tany am-boalohany. Ho an'ireo tranga roa ireo amin'ny EUNS, ny fametrahana dia manakaiky ny 100% na dia amin'ny voltase ambany 3.0 kV aza. Matetika, ny 3.0 kV dia ampy ho an'ny fametrahana 100%, na inona na inona fiovan'ny fiampangana ambonin'ny tany. Amin'ny toe-javatra mitovy, ny fahombiazan'ny fametrahana ny Baseline-EWNS dia 56% monja noho ny fiampangana ambany kokoa (salan'isa elektrôna 10 isaky ny EWNS).
Ao amin'ny sary 5 sy ao amin'ny tabilao 2 dia mamintina ny sandan'ny tsy fiasan'ny zavamiaina bitika nampidirina teo amin'ny velaran'ny voatabia ny EWNS 40.000 #/cm3 mandritra ny 45 minitra amin'ny fomba tsara indrindra [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ny E. coli sy Lactobacillus innocuous nampidirina dia naneho fihenana be dia be 3.8 logs nandritra ny 45 minitra. Tao anatin'izany toe-javatra izany ihany, ny S. enterica dia nihena 2.2 logs, raha ny S. cerevisiae sy M. parafortutum kosa nihena 1.0 logs.
Ny mikrôgrafia elektrôna (Sary 6) dia mampiseho ireo fiovana ara-batana ateraky ny EWNS amin'ny sela Escherichia coli, Streptococcus, ary Lactobacillus tsy mampidi-doza izay nitarika ho amin'ny tsy fiasan'izy ireo. Ny bakteria fanaraha-maso dia nanana fonon-sela tsy simba, raha toa kosa ny bakteria hita fa nanana fonon-sela ivelany simba.
Ny fakana sary mikroskopika elektronika ny bakteria fanaraha-maso sy ny bakteria hita dia nampiseho fahasimban'ny fonony ivelany.
Ny angon-drakitra momba ny toetra fizika sy simika an'ny EWNS nohatsaraina dia mampiseho fa ny toetra (fiakaran'ny ety ambonin'ny tany sy ny votoatin'ny ROS) an'ny EWNS dia nihatsara be raha oharina amin'ny angon-drakitra fototra EWNS navoaka teo aloha8,9,10,11. Etsy ankilany, ny haben'izy ireo dia nijanona tao anatin'ny elanelana nanometer, mitovy amin'ny valiny notaterina teo aloha, ka namela azy ireo hijanona eny amin'ny rivotra mandritra ny fotoana maharitra. Ny polydispersity hita dia azo hazavaina amin'ny fiovan'ny fiampangana ety ambonin'ny tany izay mamaritra ny haben'ny EWNS, ny kisendrasendra amin'ny vokatry ny Rayleigh, ary ny mety ho fiaraha-miasa. Na izany aza, araka ny fanazavan'i Nielsen et al. 22, ny fiampangana ety ambonin'ny tany avo dia mampihena ny etona amin'ny alàlan'ny fampitomboana ny angovo/fihenjanan'ny ety ambonin'ny rano. Tao amin'ny famoahanay teo aloha8 dia nohamafisina tamin'ny fanandramana ho an'ny microdroplets 22 sy EWNS ity teoria ity. Ny fahaverezan'ny fiampangana mandritra ny fotoana maharitra dia mety hisy fiantraikany amin'ny habeny ihany koa ary mandray anjara amin'ny fizarana ny haben'ny hita maso.