Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Mampiasa dikan-tranonkala misy fanohanana CSS voafetra ianao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hanafoana ny Compatibility Mode ao amin'ny Internet Explorer). Ho fanampin'izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia asehonay ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript.
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 manankarena amin'ny 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. Ny famaritana ny toetran'ny EWNS (fiampangana, habe ary votoatin'ny ROS) dia natao tamin'ny alàlan'ny fomba famakafakana maoderina. Ho fanampin'izany, ny mikraoba ara-tsakafo toy ny Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortitum, ary Saccharomyces cerevisiae dia natsofoka teo amin'ny velaran'ny voatabia voaloboka organika mba hanombanana ny fahafahany manafoana mikraoba. Ny valiny aseho eto dia mampiseho fa ny toetran'ny EWNS dia azo amboarina mandritra ny fananganana, ka miteraka fitomboana haingana amin'ny fahombiazan'ny fanafoanana. Indrindra indrindra, nitombo in-efatra heny ny fiampangana ety ambonin'ny tany, ary nitombo ny votoatin'ny ROS. Miankina amin'ny mikrôba ny tahan'ny fanesorana mikraoba ary teo anelanelan'ny 1.0 sy 3.8 log rehefa afaka 45 minitra nidirana tamin'ny fatra aerosol 40.000 #/cm3 EWNS.
Ny fahalotoan'ny mikraoba no antony lehibe mahatonga ny aretina azo avy amin'ny sakafo vokatry ny fihinanana mikraoba na ny poizina avy amin'izy ireo. Ny aretina azo avy amin'ny sakafo dia miteraka aretina eo amin'ny 76 tapitrisa eo ho eo, fidirana hopitaly 325,000, ary fahafatesana 5,000 isan-taona any Etazonia fotsiny1. Ankoatra izany, ny Departemantan'ny Fambolena any Etazonia (USDA) dia manombana fa ny fitomboan'ny fihinanana vokatra vaovao no tompon'andraikitra amin'ny 48 isan-jaton'ny aretina rehetra azo avy amin'ny sakafo voalaza any Etazonia2. Ny vidin'ny aretina sy ny fahafatesana vokatry ny mikraoba azo avy amin'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 antimikrobia mba hiantohana ny fiarovana ny sakafo dia ampiharina indrindra amin'ny teboka fanaraha-maso mitsikera (CCP) voafetra ao amin'ny rojo famokarana (matetika aorian'ny fijinjana sy/na mandritra ny fonosana) fa tsy ampiharina tsy tapaka amin'ny fomba izay ahafahan'ny vokatra vaovao iharan'ny fahalotoana miampita 7. Ilaina ny fitsaboana antimikrobia mba hifehezana tsara kokoa ny aretina entin'ny sakafo sy ny fahasimban'ny sakafo ary mety hampiharina manerana ny fitohizan'ny vokatra avy any amin'ny toeram-pambolena ka hatrany amin'ny latabatra. Kely kokoa ny fiantraikany sy ny vidiny.
Vao haingana no novolavolaina ny sehatra antimikrobia tsy misy simika mifototra amin'ny nanoteknolojia mba hanafoanana ny bakteria eny amin'ny velarana sy eny amin'ny rivotra amin'ny alàlan'ny nanostructures rano artifisialy (EWNS). Ho an'ny fananganana EVNS, dia nisy dingana roa mifanitsy nampiasaina: electrospray sy water ionization (Sary 1a). Ny EWNS dia efa naseho teo aloha fa manana toetra ara-batana sy biolojika miavaka8,9,10. Ny EWNS dia manana elektrôna 10 eo ho eo isaky ny rafitra ary haben'ny nanometer 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 mihetsika (ROS) betsaka, indrindra ny hydroxyl (OH•) sy ny superoxide (O2-) radicals (Sary 1c)8. Ny EWNS dia nijanona teny amin'ny rivotra nandritra ny fotoana ela ary mety hifandona amin'ny mikraoba mihantona eny amin'ny rivotra sy eo amin'ny velarana, ka manome ny enta-mavesany ROS ary miteraka tsy fahavitrihana mikraoba (Sary 1d). Ireo fanadihadiana teo aloha ireo dia naneho ihany koa fa ny EWNS dia afaka mifandray sy manafoana ireo bakteria gram-negatif sy gram-positif isan-karazany izay manan-danja amin'ny fahasalamam-bahoaka, anisan'izany ny mycobacteria, eny amin'ny velarana sy eny amin'ny rivotra8,9. Ny mikroskopia elektrôna fandefasana dia naneho fa ny fanafoanana dia vokatry ny fikorontanan'ny fonon'ny sela. Ankoatra izany, ny fanadihadiana momba ny fifohana rivotra tampoka dia naneho fa ny fatra avo amin'ny EWNS dia tsy miteraka fahasimban'ny havokavoka na fivontosana8.
(a) Mitranga ny electrospray rehefa ampiharina eo anelanelan'ny ranoka misy kapila sy ny elektroda mifanohitra ny voltazy avo lenta. (b) Ny fampiharana ny voltazy avo lenta dia miteraka tranga roa samy hafa: (i) ny electrospraying ny rano ary (ii) ny famokarana karazana oksizenina mihetsika (ion) voafandrika ao amin'ny EWNS. (c) Ny rafitra miavaka amin'ny EWNS. (d) Mora mihetsika ny EWNS noho ny toetrany bitika kely ary afaka mifandray amin'ny otrikaretina 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 dia azo ampiasaina miaraka amin'ny sehatra elektrika ho an'ny fanaterana kendrena. Ny tena zava-dehibe dia ny vokatra voalohany mampanantena amin'ny fihenan'ny asan'ny voatabia organika eo amin'ny 1.4 log eo ho eo amin'ny zavamiaina bitika isan-karazany toy ny E. coli sy Listeria no hita tao anatin'ny 90 minitra taorian'ny nidiran'ny EWNS tamin'ny fifantohana eo amin'ny 50,000#/cm311 eo ho eo. Ankoatra izany, ny fitsapana fanombanana organoleptika mialoha dia tsy naneho fiantraikany organoleptika raha oharina amin'ny voatabia fanaraha-maso. Na dia mampanantena fiarovana ara-tsakafo aza ireo vokatra fanafoanana voalohany ireo 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 hanatsarana ny masontsivana fananganana sy hanatsarana ny toetra ara-fizika sy simika an'ny EWNS mba hampitomboana ny fahafahany manohitra ny bakteria. Indrindra indrindra, ny fanatsarana dia nifantoka tamin'ny fampitomboana ny fiampangana amboniny (mba hanatsarana ny fandefasana kendrena) sy ny votoatin'ny ROS (mba hanatsarana ny fahombiazan'ny inactivation). Famaritana ny toetra ara-fizika sy simika nohatsaraina (habeny, fiampangana ary votoatin'ny ROS) amin'ny fampiasana fomba famakafakana maoderina ary fampiasana zavamiaina bitika mahazatra toy ny E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ary M. parafortuitum.
Noforonina tamin'ny alalan'ny famafazana herinaratra miaraka sy ny ionization rano madio avo lenta (18 MΩ cm–1) ny EVNS. Ny atomizer elektrika 12 dia matetika ampiasaina hanapotika ranoka sy poti-polymer sy seramika sentetika 13 ary fibre 14 izay manana habe voafehy.
Araka ny voalaza amin'ny antsipiriany tao amin'ny boky teo aloha 8, 9, 10, 11, amin'ny andrana mahazatra, dia ampiharina eo anelanelan'ny kapila metaly sy ny elektroda mifanohitra amin'ny tany ny voltase avo lenta. Mandritra ity dingana ity, dia misy tranga roa samihafa mitranga: 1) electrospray sy 2) ionisation ny 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 Taylor cones. Vokatr'izany, dia miforona ny rano mitete-drano be dia be, izay mitohy vaky ho poti-javatra kely kokoa, araka ny teoria Rayleigh16. Mandritra izany fotoana izany, ny saha elektrika matanjaka dia mahatonga ny sasany amin'ireo molekiola rano hisaraka sy hanala ireo elektrôna (ionisation), ka miteraka karazana oksizenina mihetsika (ROS) betsaka17. Ny fonosana 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) mankany amin'ny fanjaitra vy tsy misy harafesina 30G (kapila metaly). Araka ny aseho amin'ny sary 2b, ny fikorianan'ny rano dia fehezin'ny tsindrin'ny rivotra ao anatin'ny tavoahangy. Ny fanjaitra dia miraikitra amin'ny console Teflon izay 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). Ny singa rehetra amin'ny fakana santionany dia voapetraka amin'ny alalan'ny herinaratra mba hisorohana ny fiangonan'ny fiampangana izay mety hanimba ny fakana santionany poti.
(a) Rafitra Famokarana Nanostructure Rano Namboarina (EWNS). (b) Fizarana mitsivalana amin'ny santionany sy ny fitaovana 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 [V (kV), L (cm)] dia ampiasaina hanehoana fitambarana samihafa. Amboary ny fikorianan'ny rano mba hahazoana kôna Taylor marin-toerana amin'ny seta iray [V, L]. Ho an'ny tanjon'ity fandalinana ity, ny fisokafan'ny elektroda mifanohitra (D) dia napetraka amin'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 Sizer (SMPS, modely 3936, TSI, Shoreview, Minnesota) mba handrefesana ny fifantohan'ny isan'ny poti ary nampiasaina niaraka tamin'ny electrometer aerosol Faraday (TSI, modely 3068B, Shoreview, Etazonia). MN) mba handrefesana ny fikorianan'ny aerosol, araka ny voalaza tao amin'ny boky navoakanay teo aloha9. 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 s ny fifantohan'ny poti sy ny fikorianan'ny aerosol. Avereno in-30 ny fandrefesana. Ny totalin'ny fiampangana aerosol dia kajy avy amin'ny fandrefesana ankehitriny, ary ny salan'isan'ny fiampangana EWNS dia tombanana avy amin'ny totalin'ny poti EWNS nojerena. Ny salan'isan'ny vidin'ny EWNS dia azo kajy amin'ny fampiasana ny Equation (1):
izay IEl no courant voarefy, NSMPS no isan'ny fifantohana voarefy amin'ny SMPS, ary φEl no tahan'ny fikorianan'ny herinaratra mankany amin'ny electrometer.
Satria misy fiantraikany amin'ny fiampangana eny ambonin'ny tany ny hamandoana (RH), dia notazonina ho tsy miova amin'ny 21°C sy 45% ny mari-pana sy ny (RH) nandritra ny andrana.
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 tahan'ny fitiliana AFM dia 1 Hz ary ny velaran'ny fitiliana dia 5 µm × 5 µm miaraka amin'ny tsipika fitiliana 256. Ny sary rehetra dia nampiharina tamin'ny alàlan'ny fampifanarahana sary voalohany tamin'ny alàlan'ny rindrambaiko Asylum (saron-tava misy elanelana 100 nm ary tokonam-baravarana 100 pm).
Esory ny fantsona fakana santionany ary apetraho amin'ny elanelana 2.0 sm miala ny elektroda mifanohitra mandritra ny fotoana 120 segondra eo ho eo ny velaran'ny mika mba hisorohana ny fiarahan'ny poti-javatra sy ny fiforonan'ny ranoka tsy ara-dalàna eo amin'ny velaran'ny mika. Nampiharina mivantana tamin'ny velaran'ny mika vao notapatapahina ny EWNS (Ted Pella, Redding, CA). Taorian'ny fanindronana avy hatrany, dia nojerena tamin'ny AFM ny velaran'ny mika. Akaiky ny 0° ny zoro fifandraisan'ny velaran'ny mika vao notapatapahina tsy novaina, ka miparitaka eo amin'ny velaran'ny mika amin'ny endrika boribory ny EWNS20. Ny savaivony (a) sy ny haavony (h) amin'ny ranoka miparitaka dia norefesina mivantana avy amin'ny topografia AFM ary nampiasaina hikajiana ny volume diffusion boribory EWNS amin'ny fampiasana ny fomba efa nohamarinina teo aloha8. Raha heverina fa mitovy ny volume an'ny EVNS an-tsambo, dia azo kajy avy amin'ny equation (2) ny savaivony mitovy:
Araka 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. Nalefa tamin'ny vahaolana misy DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) 235 mM (Oxis International Inc., Portland, Oregon) ireo aerosol. Ny fandrefesana EPR rehetra dia natao tamin'ny fampiasana spektrometera Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Etazonia) sy ireo sela fisaka. Ny rindrambaiko Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, Etazonia) no nampiasaina hanangonana sy handinihana ny angon-drakitra. Ny famaritana 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 SMPS rehefa avy nandinika ny fahaverezan'ny 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 sandan'ny fandrefesana dia ny salan'isa amin'ny fandrefesana, ary ny hadisoana fandrefesana dia ny fivilian-dàlana mahazatra. 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 Fandalovan'ny Electrostatic Precipitation Pass Through System (EPES) efa novolavolaina sy nohazavaina teo aloha izay azo ampiasaina hikendrena ny EWNS11 amin'ny velarana. Mampiasa fiampangana EWNS miaraka amin'ny saha herinaratra matanjaka ny EPES mba "hanondro" mivantana ny velaran'ny lasibatra. Aseho ao amin'ny boky navoakan'i Pyrgiotakis et al.11 vao haingana ny antsipirian'ny rafitra EPES. Noho izany, ny EPES dia misy efitrano PVC vita pirinty 3D misy tendrony miendrika tendrony misy takelaka metaly vy tsy misy harafesina roa mifanitsy (vy tsy misy harafesina 304, voaporitra fitaratra) eo afovoany, 15.24 sm ny elanelany. Ireo takelaka dia mifandray amin'ny loharano voltase avo lenta ivelany (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), ny takelaka ambany dia tsara foana ary ny takelaka ambony dia miorim-paka (mitsinkafona) foana. Rakotra foil aluminium ny rindrin'ny efitrano, izay miorim-paka amin'ny herinaratra mba hisorohana ny fahaverezan'ny poti-javatra. Ny efitrano dia manana varavarana fidirana eo anoloana voaisy tombo-kase izay ahafahana mametraka ny velaran'ny fitsapana amin'ny fitoeran-plastika, manala azy ireo amin'ny takelaka metaly ambany mba hisorohana ny fitsabahana 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, ny fikorianan'ny rivotra faharoa mandalo ny efitrano boribory dia mifandray mifanesy amin'ny rafitra EPES amin'ny alàlan'ny sivana HEPA mpanelanelana mba hanesorana ny EWNS. Araka ny aseho amin'ny sary 2c, ny aerosol EWNS dia natsipy tamin'ny alalan'ny efitrano roa mifandray mifanesy. Ny sivana eo anelanelan'ny efitrano 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 ny vokatra vaovao ireo zavamiaina bitika manan-danja entin'ny sakafo toy ny Escherichia coli (ATCC #27325), izay famantarana ny diky, Salmonella enterica (ATCC #53647), izay mikraoba entin'ny sakafo, Listeria innocua (ATCC #33090), izay solon'ny Listeria monocytogenes mikraoba. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) ho solon'ny leviora simba, ary Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ho bakteria velona mahatohitra kokoa no novidina avy amin'ny ATCC (Manassas, Virginia).
Mividiana kisendrasendra boaty voatabia voaloboka biolojika avy 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). Misafidiana voatabia ho andramana amin'ny habe iray, eo amin'ny 1/2 santimetatra eo ho eo ny savaivony.
Ny fomba fiasa amin'ny fampidirana, ny fampidirana, ny fampitana ary ny fanisana zanatany dia efa nohazavaina amin'ny antsipiriany tao amin'ny boky navoakanay teo aloha ary nohazavaina amin'ny antsipiriany ao amin'ny Data Fanampiny 11. Ny fahombiazan'ny EWNS dia nojerena tamin'ny alàlan'ny fampiharihariana voatabia voatsindrona tamin'ny 40,000 #/cm3 nandritra ny 45 minitra. Raha fintinina, tamin'ny fotoana t = 0 minitra, voatabia telo no nampiasaina handinihana ireo zavamiaina bitika velona. Voatabia telo no napetraka tao amin'ny EPES ary nampiharina tamin'ny EWNS tamin'ny 40,000 #/cc (voatabia tratran'ny EWNS) ary telo hafa no napetraka tao amin'ny efitrano fanaraha-maso (voatabia fanaraha-maso). Tsy nisy tamin'ireo vondrona voatabia no nanaovana fanodinana fanampiny. Nesorina ireo voatabia sy ireo fanaraha-maso tratran'ny EWNS 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.
Ireo santionan'ny bakteria E. coli, Enterobacter, ary L. innocua izay naseho tamin'ny EWNS (45 minitra, fifantohana aerosol EWNS 40,000 #/cm3) ary tsy naseho dia nopotehina mba hanombanana ny mekanisma tsy mihetsika. Ny precipitate dia napetraka nandritra ny 2 ora tamin'ny mari-pana ao amin'ny efitrano tao anaty vahaolana sodium cacodylate 0.1 M (pH 7.4) miaraka amin'ny fixative 2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde ary 0.03% picric acid. Rehefa avy nosasana dia nohavaozina tamin'ny osmium tetroxide 1% (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) nandritra ny 2 ora, nosasana in-3 tamin'ny rano ary notehirizina tao anaty uranyl acetate 1% nandritra ny 1 ora, avy eo nosasana indroa tamin'ny rano. Fanamainana aorian'izay dia nafanaina nandritra ny 10 minitra avy ny 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 JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Japon), mikraoskaopy elektrôna fandefasana mahazatra misy fakantsary AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, Etazonia).
Natao intelo ny andrana rehetra. Isaky ny fotoana, dia nozaraina intelo ny santionan'ny bakteria, ka nahatratra sivy ny teboka data isaky ny teboka, ary ny salan'isa dia nampiasaina ho toy ny fifantohana bakteria ho an'io zavamananaina io. Ny fivilian-dàlana mahazatra no nampiasaina ho toy ny 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 fahasimbana voajanahary ateraky ny bakteria mandritra ny fe-potoana 45 minitra, dia nokajiana ihany koa ny Log-Reduction raha oharina amin'ny fanaraha-maso tamin'ny 45 minitra toy izao manaraka izao:
Izay Cn no fifantohan'ny bakteria ao amin'ny santionany fanaraha-maso amin'ny fotoana n ary Cn-Control no 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 isan-karazany. Tranga roa no nofantenana ho an'ny fandalinana feno izay mampiseho toetra marin-toerana sy azo averina (Taylor cone, famokarana EWNS, ary ny fahamarinan-toerana rehefa mandeha ny fotoana). Ao amin'ny sary 3 dia mampiseho ny valiny momba ny fiampangana, ny habeny ary ny votoatin'ny ROS ho an'ny tranga roa. Voafintina ao amin'ny Tabilao 1 ihany koa ny valiny. Ho fanondroana, ny Sary 3 sy ny Tabilao 1 dia ahitana ny toetran'ny EWNS8, 9, 10, 11 (baseline-EWNS) izay tsy nohatsaraina teo aloha. Ny kajy ara-statistika amin'ny fampiasana fitsapana t roa dia averina avoaka ao amin'ny Tabilao Fanampiny S2. Ho fanampin'izany, ny angon-drakitra fanampiny dia ahitana fandalinana momba ny fiantraikan'ny savaivony lavaka santionan'ny elektroda mifanohitra (D) sy ny elanelana misy eo amin'ny elektroda amin'ny tany sy ny tendron'ny fanjaitra (L) (Sary Fanampiny S2 sy S3).
(a–c) Fizarana haben'ny AFM. (d – f) Toetran'ny fiampangana ety ambonin'ny tany. (g) Famaritana ny ROS sy ESR.
Zava-dehibe ihany koa ny manamarika fa ho an'ireo fepetra rehetra voalaza etsy ambony ireo, ny fikorianan'ny ionisation voarefy dia teo anelanelan'ny 2-6 µA, ary ny voltazy dia teo anelanelan'ny -3.8 sy -6.5 kV, ka nahatonga ny fandaniana herinaratra ho an'ity EWNS tokana ity latsaky ny 50 mW. . môdioly famokarana. 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]. Ny saha araka ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm] dia kajy ho 2 × 105 V/m sy 4.7 × 105 V/m. Izany dia azo antenaina, satria ny tahan'ny voltase amin'ny halavirana dia avo kokoa amin'ny tranga faharoa.
Ao amin'ny sary 3a sy b dia aseho ny savaivony EWNS voarefy tamin'ny AFM8. Ny savaivony EWNS antonony ho an'ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm] dia nokajiana ho 27 nm sy 19 nm tsirairay avy. Ny fivilian-dàlana ara-jeometrika amin'ny fizarana ho an'ny tranga [-6.5 kV, 4.0 cm] sy [-3.8 kV, 0.5 cm] dia 1.41 sy 1.45, tsirairay avy, izay manondro fizarana habe tery. Samy akaiky ny EWNS fototra ny salan'isa sy ny fivilian-dàlana ara-jeometrika, izay 25 nm sy 1.41. Ao amin'ny sary 3c dia aseho 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]. Raha ampitahaina amin'ny Baseline-EWNS (10 ± 2 e-), ny fiampangana ambonin'izy ireo dia avo kokoa, avo roa heny noho ny an'ny [-6.5 kV, 4.0 cm] ary inefatra noho ny an'ny [-3 .8 kV, 0.5 cm]. Ny 3f dia mampiseho ny angon-drakitra fototra momba ny fandoavam-bola EWNS.
Avy amin'ny sarintany fifantohana isa EWNS (Sary Fanampiny S5 sy S6), dia hita fa ny sehatra [-6.5 kV, 4.0 cm] dia manana isa poti betsaka kokoa noho ny sehatra [-3.8 kV, 0.5 cm]. Tsara homarihina ihany koa fa ny fifantohana isa EWNS dia narahina hatramin'ny 4 ora (Sary Fanampiny S5 sy S6), izay nanehoan'ny fahamarinan'ny famokarana EWNS ny haavon'ny fifantohana isa poti mitovy amin'ny tranga roa.
Ny Sary 3g dia mampiseho ny spektrum EPR aorian'ny fanalana fanaraha-maso (fototra) ho an'ny EWNS nohatsaraina amin'ny [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ny spektrum ROS dia ampitahaina amin'ny fototra EWNS ao amin'ny lahatsoratra navoaka teo aloha. Ny isan'ny EWNS voakajy mihetsika amin'ny spin trap dia 7.5 × 104 EWNS/s, izay mitovy amin'ny Baseline-EWNS8 navoaka teo aloha. Ny spektrum EPR dia nanondro mazava tsara ny fisian'ny karazana ROS roa, izay nanjaka ny O2-, raha kely kokoa ny OH•. 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 EUNS roa ireo, ny fametrahana dia akaiky ny 100% na dia amin'ny voltase ambany 3.0 kV aza. Matetika, ny 3.0 kV dia ampy hahazoana 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).
Ny Sary 5 sy ny Tabilao 2 dia mamintina ny haavon'ny tsy fiasan'ny zavamiaina bitika nampidirina teo amin'ny velaran'ny voatabia rehefa avy niharan'ny EWNS eo amin'ny 40.000 #/cm3 mandritra ny 45 minitra eo ambanin'ny toe-javatra tsara indrindra [-6.5 kV, 4.0 cm]. Ny E. coli sy L. innocua nampidirina dia naneho fihenana be dia be 3.8 log taorian'ny 45 minitra niharan'ny fihanaky ny aretina. Tao anatin'izany toe-javatra izany ihany, ny S. enterica dia naneho fihenana log ambany kokoa 2.2 log, raha ny S. cerevisiae sy M. parafortuitum kosa naneho fihenana 1.0 log.
Mikrografy elektrôna (Sary 6) mampiseho ny fiovana ara-batana ateraky ny EWNS ao amin'ny sela E. coli, Salmonella enterica, ary L. innocua izay mitarika ho amin'ny tsy fahavitrihana. Ny bakteria fanaraha-maso dia naneho fonon-sela tsy simba, raha toa kosa ka simba ny fonon-sela ivelany an'ny bakteria niharan'izany.
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 toetran'ny EWNS (fiakaran'ny ety ambonin'ny tany sy ny votoatin'ny ROS) 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, izay mitovy be amin'ny valiny navoaka teo aloha, mamela azy ireo hijanona eny amin'ny rivotra mandritra ny fotoana maharitra. Ny polydispersity hita dia azo hazavaina amin'ny alàlan'ny fiovan'ny fiakaran'ny ety ambonin'ny tany, izay mamaritra ny haben'ny vokatry ny Rayleigh, ny kisendrasendra, ary ny mety ho fifangaroan'ny EWNS. Na izany aza, araka ny nohazavain'i Nielsen et al.22, ny fiakaran'ny ety ambonin'ny tany avo dia mampihena ny etona amin'ny alàlan'ny fampitomboana ny angovo/fihenjanan'ny ety ambonin'ny rano. Nohamafisina tamin'ny fanandramana ho an'ny microdroplets22 sy EWNS tao amin'ny famoahana teo aloha8 ity teoria ity. Ny fahaverezan'ny fotoana fanampiny dia mety hisy fiantraikany amin'ny habeny ihany koa ary mandray anjara amin'ny fizarana ny habe hita maso.
Ankoatra izany, ny fiampangana isaky ny rafitra dia eo amin'ny 22–44 e- eo ho eo, arakaraka ny toe-javatra, izay avo kokoa raha oharina amin'ny EWNS fototra, izay manana fiampangana antonony 10 ± 2 elektrôna isaky ny rafitra. Na izany aza, tokony homarihina fa io no fiampangana antonony an'ny EWNS. Seto et al. Naseho fa tsy mitovy ny fiampangana ary manaraka fizarana log-normal21. Raha ampitahaina amin'ny asanay teo aloha, ny fampitomboana avo roa heny ny fiampangana ambonin'ny tany dia mampitombo avo roa heny ny fahombiazan'ny fametrahana ao amin'ny rafitra EPES ho efa ho 100%11.