Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Энэ хооронд байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг ямар ч загвар, JavaScript-гүйгээр үзүүлэх болно.
Гурван слайдыг нэгэн зэрэг үзүүлж буй тойруулга.Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Сүүлийн үед хиймэл усны нано бүтэц (EWNS) ашиглан нано технологид суурилсан, химийн бодис агуулаагүй нянгийн эсрэг платформ бүтээжээ.EWNS нь гадаргуугийн өндөр цэнэгтэй бөгөөд хоол хүнсээр дамждаг эмгэг төрүүлэгчид зэрэг олон тооны бичил биетүүдтэй харилцан үйлчилж, идэвхгүйжүүлдэг реактив хүчилтөрөгчийн төрлүүдээр ханасан байдаг.Синтезийн явцад тэдгээрийн шинж чанарыг илүү нарийн тохируулж, бактерийн эсрэг чадавхийг сайжруулахын тулд оновчтой болгож болохыг энд харуулав.EWNS лабораторийн платформ нь синтезийн параметрүүдийг өөрчлөх замаар EWNS-ийн шинж чанарыг нарийн тохируулах зорилготой юм.Орчин үеийн аналитик аргуудыг ашиглан EWNS шинж чанаруудын шинж чанар (ROS-ийн цэнэг, хэмжээ, агуулга).Нэмж дурдахад тэдгээрийг гэдэсний савханцар, Salmonella enterica, хоргүй Listeria, Mycobacterium paraaccidentum, Saccharomyces cerevisiae зэрэг хоол хүнсээр дамждаг бичил биетний эсрэг бичил биетнийг идэвхгүйжүүлэх чадамжийг үнэлэв.Энд үзүүлсэн үр дүн нь нийлэгжилтийн явцад EWNS-ийн шинж чанаруудыг нарийн тааруулж, идэвхгүйжүүлэх үр ашгийг экспоненциалаар нэмэгдүүлэх боломжтойг харуулж байна.Ялангуяа гадаргуугийн цэнэг дөрөв дахин нэмэгдэж, хүчилтөрөгчийн реактив төрөл нэмэгджээ.Микробыг устгах хурд нь микробоос хамааралтай байсан бөгөөд 40,000 #/cc EWNS аэрозолийн тунгаар 45 минутын турш өртсөний дараа 1.0-3.8 лог хооронд хэлбэлзэж байв.
Бичил биетний бохирдол нь эмгэг төрүүлэгч болон тэдгээрийн хорт бодисыг залгисанаас үүдэлтэй хоол хүнсээр дамжих өвчний гол шалтгаан болдог.Зөвхөн АНУ-д хоол хүнсээр дамжих өвчин жил бүр 76 сая орчим өвчнөөр өвчилж, 325,000 хүн эмнэлэгт хэвтэн эмчлүүлж, 5,000 хүн нас барж байна1.Нэмж дурдахад, АНУ-ын Хөдөө аж ахуйн яам (USDA) шинэ бүтээгдэхүүний хэрэглээ нэмэгдсэн нь АНУ-д бүртгэгдсэн нийт хоол хүнсээр дамжих өвчний 48% -ийг үүсгэдэг гэж тооцоолжээ2.АНУ-д хоол хүнсээр дамждаг эмгэг төрүүлэгчдийн улмаас учирсан өвчин, нас баралтын өртөг маш өндөр бөгөөд Өвчнийг хянах, урьдчилан сэргийлэх төвөөс (CDC) жил бүр 15.6 тэрбум ам.доллараас илүү байна3.
Одоогоор хүнсний аюулгүй байдлыг хангах химийн4, цацрагийн5, дулааны6 нянгийн эсрэг арга хэмжээг тасралтгүй бус үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээний дагуух хязгаарлагдмал чухал хяналтын цэгүүдэд (ихэвчлэн ургац хураалтын дараа болон/эсвэл савлагааны явцад) хийж байна.иймээс тэд хөндлөнгийн бохирдолд өртөмтгий байдаг.7. Хоол хүнсээр дамжих өвчин, хүнсний муудалтыг илүү сайн хянахын тулд фермээс ширээний хооронд үргэлжлэх боломжтой нянгийн эсрэг арга хэмжээ авахын зэрэгцээ байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл, зардлыг бууруулах шаардлагатай.
Саяхан химийн бодис агуулаагүй, нано технологид суурилсан нянгийн эсрэг платформ бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь хиймэл усны нано бүтэц (EWNS) ашиглан гадаргуу болон агаарт дамждаг бактерийг идэвхгүйжүүлэх боломжтой юм.EWNS-ийг цахилгаан шүрших ба усны ионжуулалт гэсэн хоёр зэрэгцээ процессыг ашиглан нийлэгжүүлсэн (Зураг 1а).Өмнөх судалгаагаар EWNS нь физик, биологийн өвөрмөц шинж чанартай болохыг харуулсан8,9,10.EWNS нь нэг бүтцэд дунджаар 10 электрон, дундаж нано хэмжээс нь 25 нм (Зураг 1b,c)8,9,10.Үүнээс гадна электрон спин резонанс (ESR) нь EWNS нь их хэмжээний реактив хүчилтөрөгчийн төрөл (ROS), гол төлөв гидроксил (OH•) ба хэт исэл (O2-) радикалуудыг агуулдаг болохыг харуулсан (Зураг 1c)8.EVNS нь агаарт удаан хугацаагаар байх ба агаарт түдгэлзсэн, гадаргуу дээр байгаа бичил биетүүдтэй мөргөлдөж, тэдгээрийн ROS ачааллыг хүргэж, бичил биетнийг идэвхгүйжүүлэхэд хүргэдэг (Зураг 1d).Эдгээр анхны судалгаанууд нь мөн EWNS нь гадаргуу болон агаарт байгаа микобактер зэрэг янз бүрийн грам сөрөг ба грам эерэг бактериудтай харилцан үйлчилж, идэвхгүйжүүлж болохыг харуулсан.Дамжуулах электрон микроскопоор идэвхгүй болох нь эсийн мембраны эвдрэлээс үүдэлтэй болохыг харуулсан.Үүнээс гадна цочмог амьсгалын замын судалгаагаар EWNS-ийн өндөр тун нь уушгины гэмтэл, үрэвслийг үүсгэдэггүй болохыг харуулсан 8 .
(a) Шингэн агуулсан хялгасан хоолой ба эсрэг электродын хооронд өндөр хүчдэл хэрэглэх үед цахилгаан шүрших үүсдэг.(б) Өндөр даралтыг хэрэглэснээр (i) усыг цахилгаанаар цацах, (ii) ЭБХБ-д баригдсан хүчилтөрөгчийн идэвхтэй төрөл (ион) үүсэх гэсэн хоёр өөр үзэгдэл үүсдэг.(в) EWNS-ийн өвөрмөц бүтэц.(г) Нано хэмжээний шинж чанараараа EWNS нь маш хөдөлгөөнт бөгөөд агаарт дамждаг эмгэг төрүүлэгчидтэй харьцаж чаддаг.
EWNS нянгийн эсрэг платформ нь шинэхэн хүнсний гадаргуу дээрх хоол хүнсээр дамждаг бичил биетнийг идэвхгүйжүүлэх чадварыг саяхан харуулсан.Мөн EWNS-ийн гадаргуугийн цэнэгийг цахилгаан оронтой хослуулан зорилтот хүргэлтэд хүрэх боломжтой болохыг харуулсан.Түүнчлэн, E. coli, Listeria 11 зэрэг хоол хүнсээр дамждаг янз бүрийн бичил биетүүд ажиглагдсан, 50,000 #/см3 орчим EWNS-д 90 минутын турш өртсөний дараа органик улаан лоолийн урьдчилсан үр дүн нь урам зоригтой байсан.Үүнээс гадна, урьдчилсан органолептик шинжилгээгээр хяналтын улаан лоольтой харьцуулахад мэдрэхүйд ямар ч нөлөө үзүүлээгүй.Хэдийгээр эдгээр анхны идэвхгүйжүүлэлтийн үр дүн нь EWNS-ийн 50,000#/cc тун бага тунгаар ч гэсэн хүнсний аюулгүй байдлын хэрэглээнд урам зориг өгч байна.Илүү өндөр идэвхгүйжүүлэх боломж нь халдвар авах, муудах эрсдлийг бууруулахад илүү ашигтай байх нь тодорхой байна.
Энд бид нийлэгжилтийн параметрүүдийг нарийн тохируулах, бактерийн эсрэг чадавхийг сайжруулахын тулд EWNS-ийн физик-химийн шинж чанарыг оновчтой болгох зорилгоор EWNS үүсгэх платформыг хөгжүүлэхэд судалгаагаа чиглүүлэх болно.Ялангуяа оновчлол нь тэдгээрийн гадаргуугийн цэнэгийг нэмэгдүүлэх (зорилтот хүргэлтийг сайжруулах) болон ROS агуулгыг (идэвхгүй болгох үр ашгийг дээшлүүлэх) дээр төвлөрүүлсэн.Орчин үеийн аналитик аргуудыг ашиглан оновчтой физик-химийн шинж чанарыг (хэмжээ, цэнэг, ROS-ийн агууламж) тодорхойлох, E. зэрэг нийтлэг хүнсний бичил биетүүдийг ашиглах.
EVNS нь өндөр цэвэршилттэй усыг (18 MΩ см–1) цахилгаанаар цацах, ионжуулах замаар нэгэн зэрэг нийлэгжүүлсэн.Цахилгаан мананцар үүсгэгч 12 нь ихэвчлэн шингэнийг атомжуулах, хяналттай хэмжээтэй полимер болон керамик хэсгүүд 13, утас 14 нийлэгжүүлэхэд ашиглагддаг.
Өмнөх нийтлэлүүдийн 8, 9, 10, 11-д дэлгэрэнгүй дурдсанчлан ердийн туршилтаар металл хялгасан судас болон газардуулсан тоолуурын электродын хооронд өндөр хүчдэл хэрэглэсэн.Энэ процессын явцад хоёр өөр үзэгдэл тохиолддог: i) цахилгаан шүрших, ii) усны ионжуулалт.Хоёр электродын хоорондох хүчтэй цахилгаан орон нь өтгөрүүлсэн усны гадаргуу дээр сөрөг цэнэг үүсгэж, улмаар Тейлорын боргоцой үүсдэг.Үүний үр дүнд өндөр цэнэгтэй усны дуслууд үүсч, Рэйлийн онолын16 шиг жижиг хэсгүүдэд хуваагдсаар байна.Үүний зэрэгцээ хүчтэй цахилгаан орон нь усны зарим молекулуудыг хувааж, электроныг салгахад хүргэдэг (иончлон), энэ нь их хэмжээний реактив хүчилтөрөгчийн төрөл (ROS) үүсэхэд хүргэдэг17.Нэгэн зэрэг үүсгэсэн ROS18 нь EWNS-д бүрхэгдсэн (Зураг 1c).
Зураг дээр.2а нь энэхүү судалгаанд EWNS синтезэд боловсруулж ашигласан EWNS үүсгэх системийг харуулж байна.Хаалттай саванд хадгалсан цэвэршүүлсэн усыг Teflon хоолойгоор (дотоод диаметр нь 2 мм) 30 г зэвэрдэггүй ган зүү (металл хялгасан судас) руу оруулав.Усны урсгалыг лонхны доторх агаарын даралтаар удирддаг бөгөөд үүнийг Зураг 2b-д үзүүлэв.Зүү нь Teflon консол дээр суурилагдсан бөгөөд эсрэг электродоос тодорхой зайд гараар тохируулах боломжтой.Эсрэг электрод нь дээж авах төвд нүхтэй өнгөлсөн хөнгөн цагаан диск юм.Эсрэг электродын доор хөнгөн цагаан дээж авах юүлүүр байдаг бөгөөд энэ нь дээж авах портоор дамжуулан туршилтын бусад хэсэгтэй холбогддог (Зураг 2b).Дээж авагчийн ажиллагааг саатуулж болох цэнэг хуримтлагдахаас зайлсхийхийн тулд дээж авагчийн бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг цахилгаанаар газардуулна.
(a) Усны нано бүтэц үүсгэх инженерийн систем (EWNS).(б) Хамгийн чухал үзүүлэлтүүдийг харуулсан дээж авагч ба цахилгаан шүршигч хоёрын хөндлөн огтлол.(в) Бактерийг идэвхгүйжүүлэх туршилтын тохируулга.
Дээр дурдсан EWNS үүсгэх систем нь EWNS шинж чанарыг нарийн тааруулахын тулд үндсэн үйлдлийн параметрүүдийг өөрчлөх чадвартай.Хэрэглэсэн хүчдэл (V), зүү ба эсрэг электродын хоорондох зай (L), хялгасан судсаар дамжих усны урсгалыг (φ) тохируулж, EWNS-ийн шинж чанарыг нарийн тохируулна.Янз бүрийн хослолыг илэрхийлэхэд ашигладаг тэмдэг: [V (кВ), L (см)].Тодорхой багцын тогтвортой Тейлор конусыг авахын тулд усны урсгалыг тохируулна [V, L].Энэхүү судалгааны зорилгоор тоолуурын электродын (D) нүхний диаметрийг 0.5 инч (1.29 см) хэмжээнд байлгасан.
Хязгаарлагдмал геометр ба тэгш бус байдлаас шалтгаалан цахилгаан талбайн хүчийг эхний зарчмуудаас тооцоолох боломжгүй.Үүний оронд QuickField™ програм хангамжийг (Свендборг, Дани)19 цахилгаан талбайг тооцоолоход ашигласан.Цахилгаан орон нь жигд биш тул капиллярын үзүүр дэх цахилгаан талбайн утгыг янз бүрийн тохиргоонд жишиг утга болгон ашигласан.
Судалгааны явцад зүү болон тоолуурын электродын хоорондох хүчдэл ба зайны хэд хэдэн хослолыг Тейлорын конус үүсэх, Тейлорын конусын тогтвортой байдал, EWNS үйлдвэрлэлийн тогтвортой байдал, дахин үржих чадвар зэрэгт үнэлэв.Төрөл бүрийн хослолыг нэмэлт хүснэгт S1-д үзүүлэв.
EWNS үүсгэх системийн гаралтыг бөөмийн тоо хэмжээг хэмжих зориулалттай Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) болон аэрозолийн Фарадей электрометр (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN)-тай шууд холбосон.) аэрозолийн гүйдлийн хэмжилтийг өмнөх нийтлэлд тайлбарласны дагуу хэмжсэн.SMPS болон аэрозолийн электрометр хоёулаа 0.5 л/мин урсгалын хурдаар дээж авсан (нийт дээжийн урсгал 1 л/мин).120 секундын турш бөөмсийн тоо концентраци болон аэрозолийн урсгалыг хэмжсэн.Хэмжилтийг 30 удаа давтана.Одоогийн хэмжилт дээр үндэслэн аэрозолийн нийт цэнэгийг тооцоолж, сонгосон EWNS хэсгүүдийн өгөгдсөн нийт тооны дундаж EWNS цэнэгийг тооцоолно.EWNS-ийн дундаж зардлыг (1) томъёогоор тооцоолж болно:
Энд IEl нь хэмжсэн гүйдэл, NSMPS нь SMPS-ээр хэмжсэн дижитал концентраци, φEl нь цахилгаан тоолуурын зарцуулалтын хурд юм.
Харьцангуй чийгшил (RH) нь гадаргуугийн цэнэгт нөлөөлдөг тул туршилтын явцад температур ба (RH) 21°C ба 45%-д тус тус тогтмол байсан.
Атомын хүчний микроскоп (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) болон AC260T датчикийг (Олимп, Токио, Япон) EWNS-ийн хэмжээ, ашиглалтын хугацааг хэмжихэд ашигласан.AFM сканнердах давтамж нь 1 Гц, сканнердах талбай нь 5 μm × 5 μm, 256 скан хийх шугам байв.Бүх зургийг Asylum программ хангамж (маскын хүрээ 100 нм, босго 100 pm) ашиглан 1-р эрэмбийн зургийн тохируулгад хамруулсан.
Туршилтын юүлүүрийг авч, гялтгануурын гадаргууг тоосонцор бөөгнөрөх, жигд бус дусал үүсэхээс зайлсхийхийн тулд эсрэг электродоос 2.0 см зайд дунджаар 120 секундын турш байрлуулсан.EWNS-ийг шинэхэн зүсэгдсэн гялтгануурын гадаргуу дээр шууд цацсан (Тед Пелла, Реддинг, CA).AFM цацсаны дараа гялтгануурын гадаргуугийн зураг.Шинээр зүсэгдсэн өөрчлөгдөөгүй гялтгануурын гадаргуугийн контактын өнцөг нь 0 ° -тай ойролцоо байдаг тул EVNS нь гялтгануурын гадаргуу дээр бөмбөгөр хэлбэрээр тархдаг.Сарнисан дуслын диаметр (a) ба өндрийг (h) AFM топографаас шууд хэмжиж, бидний өмнө нь баталгаажуулсан аргыг ашиглан EWNS domed диффузийн эзэлхүүнийг тооцоолоход ашигласан.Онгоцны EWNS нь ижил эзэлхүүнтэй гэж үзвэл (2) тэгшитгэлийг ашиглан эквивалент диаметрийг тооцоолж болно:
Бидний өмнө нь боловсруулсан арга дээр үндэслэн EWNS-д богино хугацааны радикал завсрын бодис байгаа эсэхийг илрүүлэхийн тулд электрон спин резонансын (ESR) эргэлтийн хавхыг ашигласан.Аэрозольыг DEPMPO(5-(диетоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc.)-ийн 235 мМ уусмал агуулсан 650 мкм-ийн Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ)-ээр хөөсөрүүлсэн.Портланд, Орегон).ESR-ийн бүх хэмжилтийг Bruker EMX спектрометр (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) болон хавтгай самбар бүхий эс ашиглан гүйцэтгэсэн.Мэдээлэл цуглуулж, дүн шинжилгээ хийхэд Acquisit программ хангамжийг (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) ашигласан.ROS-ийн шинж чанарыг тодорхойлох нь зөвхөн үйл ажиллагааны багц нөхцлөөр хийгдсэн [-6.5 кВ, 4.0 см].Цохилтот дахь EWNS алдагдлыг тооцоолсны дараа EWNS концентрацийг SMPS ашиглан хэмжсэн.
Озоны түвшинг 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 ашиглан хянасан.
Бүх EWNS шинж чанаруудын хувьд дундаж утгыг хэмжилтийн утга болгон, стандарт хазайлтыг хэмжилтийн алдаа болгон ашигладаг.Оновчлогдсон EWNS шинж чанаруудын утгыг үндсэн EWNS-ийн харгалзах утгатай харьцуулахын тулд T-туршилтыг хийсэн.
Зураг 2c нь гадаргуу дээр EWNS-ийг зорилтот түвшинд хүргэхэд ашиглаж болох өмнө нь боловсруулсан, тодорхойлогдсон цахилгаан статик хур тунадасны (EPES) "татах" системийг харуулж байна.EPES нь хүчтэй цахилгаан орны нөлөөн дор байны гадаргуу руу шууд чиглүүлэх боломжтой EVNS цэнэгийг ашигладаг.EPES системийн талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг Пиргиотакис нар саяхан хэвлүүлсэн нийтлэлд толилуулж байна.11 .Тиймээс EPES нь шовгор үзүүртэй 3D хэвлэсэн PVC тасалгаанаас бүрдэх ба 15.24 см-ийн зайтай төвд хоёр зэрэгцээ зэвэрдэггүй ган (304 зэвэрдэггүй ган, толин тусгал бүрсэн) металл хавтанг агуулдаг.Самбарууд нь гадаад өндөр хүчдэлийн эх үүсвэрт холбогдсон (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), доод хавтан нь үргэлж эерэг хүчдэлд холбогдсон, дээд хавтан нь үргэлж газартай (хөвөгч газар) холбогдсон байв.Тасалгааны ханыг хөнгөн цагаан тугалган цаасаар хучсан бөгөөд энэ нь тоосонцор алдагдахаас сэргийлж цахилгаанаар газардуулсан байна.Танхим нь битүүмжилсэн урд ачааны хаалгатай бөгөөд туршилтын гадаргууг өндөр хүчдэлийн хөндлөнгийн оролцооноос зайлсхийхийн тулд доод металл хавтангаас дээш өргөх хуванцар тавиур дээр байрлуулах боломжийг олгодог.
EPES дахь EWNS-ийн хуримтлалын үр ашгийг нэмэлт зураг S111-д дэлгэрэнгүй тайлбарласан өмнө нь боловсруулсан протоколын дагуу тооцоолсон.
Хяналтын камерын хувьд хоёр дахь цилиндр хэлбэртэй урсгалын камерыг EPES системд цувралаар холбосон бөгөөд EWNS-ийг арилгахын тулд завсрын HEPA шүүлтүүр ашигласан.Зураг 2в-д үзүүлснээр EWNS аэрозолыг хоёр суурилуулсан камераар шахав.Удирдлагын өрөө болон EPES-ийн хоорондох шүүлтүүр нь ижил температур (T), харьцангуй чийгшил (RH) болон озоны түвшинг бий болгоход үлдсэн EWNS-ийг арилгадаг.
Хоол хүнсээр дамждаг чухал бичил биетүүд E. coli (ATCC #27325), ялгадасын индикатор, Salmonella enterica (ATCC #53647), хоол хүнсээр дамждаг эмгэг төрүүлэгч, Listeria хоргүй (ATCC #33090), эмгэг төрүүлэгч Listeria monocytogenes,Machaceromacs (ATCC)-ийн орлуулагч зэрэг шинэхэн хоолыг бохирдуулдаг нь тогтоогдсон. ae (ATCC №4098), мууддаг мөөгөнцрийн орлуулагч ба илүү тэсвэртэй идэвхгүйжүүлсэн бактери болох Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Орон нутгийн зах зээлээс санамсаргүй хайрцагтай органик усан үзмийн улаан лооль худалдаж аваад хөргөгчинд 4 градусын температурт (3 хүртэл хоног) хадгална.Туршилтын улаан лооль нь бүгд ижил хэмжээтэй, 1/2 инч диаметртэй байв.
Өсгөвөрлөлт, тарилга, өртөлт, колони тоолох протоколыг манай өмнөх хэвлэлд дэлгэрэнгүй тайлбарласан бөгөөд Нэмэлт мэдээлэлд дэлгэрэнгүй оруулсан болно.Тариалсан улаан лоолийг 45 минутын турш 40,000 #/см3-т ил гаргах замаар EWNS-ийн үр нөлөөг үнэлэв.Товчхондоо, гурван улаан лоолийг t = 0 минутын хугацаанд амьд үлдсэн бичил биетнийг үнэлэхэд ашигласан.Гурван улаан лоолийг EPES-д хийж, EWNS-д 40,000 #/cc (EWNS-д өртсөн улаан лооль), үлдсэн гурвыг нь хяналтын камерт (хяналтын улаан лооль) байрлуулсан.Хоёр бүлэгт улаан лоолийн нэмэлт боловсруулалт хийгдээгүй.EWNS-д өртсөн улаан лооль болон хяналтын улаан лоолийг EWNS-ийн үр нөлөөг үнэлэхийн тулд 45 минутын дараа устгасан.
Туршилт бүрийг 3 хувь хийсэн.Өгөгдлийн шинжилгээг Нэмэлт мэдээлэлд тодорхойлсон протоколын дагуу хийсэн.
Идэвхгүй болгох механизмыг ил гарсан EWNS дээж (40,000 #/см3 EWNS аэрозолийн концентрацид 45 минут) тунадасжуулах замаар үнэлж, хоргүй бактери E. coli, Salmonella enterica, Lactobacillus-ийн цацраггүй дээжийг үнэлэв.Бөөмүүдийг 2.5% глутаральдегид, 1.25% параформальдегид, 0.03% пикрины хүчилд 0.1 М натрийн какодилатын буферт (рН 7.4) тасалгааны температурт 2 цагийн турш бэхэлсэн.Угасны дараа 1% осми тетроксид (OsO4)/1.5% калийн ферроцианид (KFeCN6) -аар 2 цагийн турш бэхэлж, усанд 3 удаа угааж, 1% уранил ацетатад 1 цаг өсгөвөрлөж, дараа нь усанд 2 удаа угааж, дараа нь 10%, спиртэнд усгүйжүүлнэ, 10%, 10%.Дараа нь дээжийг пропилен исэлд 1 цагийн турш байрлуулж, 1: 1 харьцаатай пропилен исэл ба TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) хольцоор шингээсэн.Дээжийг TAAB Epon-д суулгаж, 60°С-т 48 цагийн турш полимержуулсан.Эдгэрсэн мөхлөгт давирхайг TEM-д AMT 2k CCD камер (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, АНУ) тоноглогдсон ердийн дамжуулагч электрон микроскоп JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Япон) ашиглан зүсэж, дүрсэлсэн.
Бүх туршилтыг гурав дахин хийсэн.Хугацааны цэг бүрт бактерийн угаалгыг 3 дахин үржүүлснээр нэг цэгт нийт есөн өгөгдлийн цэг гарсан бөгөөд дундаж утгыг тухайн бичил биетний бактерийн концентраци болгон ашигласан.Стандарт хазайлтыг хэмжилтийн алдаа болгон ашигласан.Бүх оноо тоолно.
t = 0 минуттай харьцуулахад бактерийн концентрацийн бууралтын логарифмыг дараах томъёогоор тооцоолсон.
Энд C0 нь хяналтын дээж дэх 0-ийн үеийн нянгийн агууламж (өөрөөр хэлбэл гадаргуу хатсаны дараа, гэхдээ камерт байрлуулахаас өмнө) ба Cn нь n минутын турш өртсөний дараа гадаргуу дээрх бактерийн концентраци юм.
45 минутын турш нянгийн байгалийн задралыг тооцохын тулд 45 минутын дараа хяналттай харьцуулахад логийн бууралтыг дараах байдлаар тооцов.
Энд Cn нь n-н үеийн хяналтын дээжин дэх бактерийн концентраци, Cn-Control нь n-н үеийн хяналтын бактерийн концентраци юм.Мэдээллийг хяналттай харьцуулахад (EWNS өртөлт байхгүй) бүртгэлийн бууралт хэлбэрээр үзүүлэв.
Судалгааны явцад зүү болон тоолуурын электродын хоорондох хүчдэл ба зайны хэд хэдэн хослолыг Тейлорын конус үүсэх, Тейлорын конусын тогтвортой байдал, EWNS үйлдвэрлэлийн тогтвортой байдал, дахин үржих чадвар зэрэгт үнэлэв.Төрөл бүрийн хослолыг нэмэлт хүснэгт S1-д үзүүлэв.Тогтвортой, давтагдах шинж чанарыг харуулсан хоёр тохиолдлыг (Тэйлорын конус, EWNS үүсэх, цаг хугацааны тогтвортой байдал) цогц судалгаанд сонгосон.Зураг дээр.Зураг 3-т хоёр тохиолдолд ROS-ийн цэнэг, хэмжээ, агуулгын үр дүнг харуулав.Үр дүнг мөн Хүснэгт 1-д үзүүлэв. Лавлах зорилгоор Зураг 3 болон Хүснэгт 1-д өмнө нь нэгтгэсэн оновчтой бус EWNS8, 9, 10, 11 (суурь-EWNS)-ийн шинж чанаруудыг оруулсан болно.Хоёр сүүлт t-тест ашиглан статистикийн ач холбогдлын тооцоог нэмэлт хүснэгт S2-д дахин нийтлэв.Нэмэлт мэдээлэлд эсрэг электродын дээж авах нүхний диаметр (D) ба газрын электрод ба үзүүр (L) хоорондын зайд үзүүлэх нөлөөллийн судалгаа орно (Нэмэлт зураг S2 ба S3).
(ac) AFM-ээр хэмжсэн хэмжээсийн тархалт.(df) Гадаргуугийн цэнэгийн шинж чанар.(g) EPR-ийн ROS шинж чанар.
Дээр дурдсан бүх нөхцөлд хэмжсэн иончлолын гүйдэл 2-оос 6 мкА хооронд, хүчдэл -3.8-аас -6.5 кВ-ын хооронд байсан нь энэ нэг EWNS үүсгэх контактын модулийн хувьд 50 мВт-аас бага эрчим хүчний зарцуулалтад хүргэсэн гэдгийг анхаарах нь чухал юм.Хэдийгээр EWNS нь өндөр даралтын дор нийлэгжсэн боловч озоны түвшин маш бага байсан бөгөөд хэзээ ч 60 ppb-ээс хэтрээгүй.
Нэмэлт зураг S4 нь [-6.5 кВ, 4.0 см] ба [-3.8 кВ, 0.5 см] хувилбаруудын загварчилсан цахилгаан орныг харуулав.[-6.5 кВ, 4.0 см] ба [-3.8 кВ, 0.5 см] хувилбаруудын хувьд талбайн тооцоолол нь 2 × 105 В/м ба 4.7 × 105 В/м байна.Хоёрдахь тохиолдолд хүчдэлийн зайны харьцаа хамаагүй өндөр байдаг тул үүнийг хүлээж байна.
Зураг дээр.3a,b нь AFM8-аар хэмжсэн EWNS диаметрийг харуулав.Тооцоолсон дундаж EWNS диаметр нь [-6.5 кВ, 4.0 см] ба [-3.8 кВ, 0.5 см] схемийн хувьд 27 нм ба 19 нм байв.[-6.5 кВ, 4.0 см] ба [-3.8 кВ, 0.5 см] хувилбаруудын хувьд тархалтын геометрийн стандарт хазайлт нь 1.41 ба 1.45 байгаа нь нарийн хэмжээтэй тархалтыг харуулж байна.Дундаж хэмжээ болон геометрийн стандарт хазайлт хоёулаа 25 нм ба 1.41-ийн суурь EWNS-тэй маш ойрхон байна.Зураг дээр.3c нь ижил нөхцөлд ижил аргаар хэмжсэн үндсэн EWNS-ийн хэмжээсийн тархалтыг харуулав.
Зураг дээр.3d,e нь цэнэгийн шинж чанарын үр дүнг харуулж байна.Өгөгдөл нь концентраци (#/см3) ба гүйдэл (I) -ийн нэгэн зэрэг 30 хэмжилтийн дундаж хэмжилт юм.Шинжилгээгээр EWNS-ийн дундаж цэнэг нь [-6.5 кВ, 4.0 см] ба [-3.8 кВ, 0.5 см]-д 22 ± 6 e- ба 44 ± 6 e- байна.Тэдгээр нь үндсэн EWNS (10 ± 2 e-) -тай харьцуулахад гадаргуугийн цэнэг нь мэдэгдэхүйц өндөр, [-6.5 кВ, 4.0 см] хувилбараас хоёр дахин, [-3 .8 кВ, 0.5 см] хувилбараас дөрөв дахин их байна.Зураг 3f нь цэнэгийг харуулж байна.Baseline-EWNS-ийн өгөгдөл.
EWNS дугаарын агууламжийн зураглалаас (Нэмэлт зураг S5 ба S6) [-6.5 кВ, 4.0 см] хувилбарт [-3.8 кВ, 0.5 см] хувилбараас хамаагүй их тоосонцор байгааг харж болно.EWNS-ийн тоон концентрацийг 4 цаг хүртэл хянаж байсныг тэмдэглэх нь зүйтэй (Нэмэлт зураг S5 ба S6), EWNS үүсгэх тогтвортой байдал нь хоёр тохиолдолд бөөмийн тооны концентрацийн ижил түвшинд байгааг харуулсан.
Зураг дээр.3g нь [-6.5 кВ, 4.0 см] дээр оновчтой EWNS удирдлагыг (фон) хассаны дараах EPR спектрийг харуулж байна.Өмнө нь хэвлэгдсэн бүтээлд ROS спектрийг Baseline-EWNS хувилбартай харьцуулсан болно.Эргэлтийн траптай урвалд орж буй EWNS-ийн тоог 7.5 × 104 EWNS/s гэж тооцсон бөгөөд энэ нь өмнө нь хэвлэгдсэн Baseline-EWNS8-тай төстэй юм.EPR-ийн спектрүүд нь хоёр төрлийн ROS байгааг тодорхой харуулсан ба O2- зонхилох зүйл, OH• бага хэмжээгээр агуулагддаг.Нэмж дурдахад оргил эрчмүүдийн шууд харьцуулалт нь оновчтой EWNS нь үндсэн EWNS-тэй харьцуулахад харьцангуй өндөр ROS агууламжтай болохыг харуулсан.
Зураг дээр.4 нь EPES дахь EWNS-ийн хуримтлалын үр ашгийг харуулж байна.Мэдээллийг мөн I хүснэгтэд нэгтгэн дүгнэж, анхны EWNS өгөгдөлтэй харьцуулсан болно.EUNS-ийн хоёр тохиолдлын хувьд 3.0 кВ-ын бага хүчдэлд ч гэсэн тунадас 100% дөхөж байна.Ерөнхийдөө 3.0 кВ нь гадаргуугийн цэнэгийн өөрчлөлтөөс үл хамааран 100% тунадасжихад хангалттай.Үүнтэй ижил нөхцөлд үндсэн цэнэгийн хэмжээ багатай тул үндсэн шугам-EWNS-ийн хуримтлалын үр ашиг ердөө 56% байсан (Нэг EWNS-д дунджаар 10 электрон).
Зураг дээр.5 ба хүснэгтэд.2-т хамгийн тохиромжтой горимд [-6.5 кВ, 4.0 см] 45 минутын турш ойролцоогоор 40,000 #/см3 EWNS-д өртсөний дараа улаан лоолийн гадаргуу дээр тарьсан бичил биетний идэвхгүй байдлын утгыг нэгтгэн харуулав.Тарьсан E. coli болон Lactobacillus innocuous нь 45 минутын турш өртөхөд 3.8 гуалингаар мэдэгдэхүйц буурсан байна.Ижил нөхцөлд S. enterica 2.2 логоор буурсан бол S. cerevisiae, M. parafortutum 1.0 логоор буурсан байна.
Цахим микрографиуд (Зураг 6) нь хоргүй гэдэсний савханцар, стрептококк, лактобациллин эсүүд дээр EWNS-ээр үүсгэгдсэн физик өөрчлөлтийг, тэдгээрийг идэвхгүй болгоход хүргэдэг.Хяналтын бактери нь эсийн мембран бүрэн бүтэн байсан бол ил гарсан бактери нь гаднах мембраныг гэмтээсэн байв.
Хяналтын болон ил гарсан бактерийн электрон микроскопийн дүрслэл нь мембраны гэмтлийг илрүүлсэн.
Оновчлогдсон EWNS-ийн физик-химийн шинж чанаруудын талаархи мэдээлэл нь EWNS-ийн шинж чанар (гадаргуугийн цэнэг ба ROS агууламж) нь өмнө нь нийтлэгдсэн EWNS-ийн суурь өгөгдөлтэй харьцуулахад мэдэгдэхүйц сайжирсан болохыг харуулж байна8,9,10,11.Нөгөөтэйгүүр, тэдгээрийн хэмжээ нь нанометрийн хязгаарт үлдэж, өмнө нь мэдээлсэн үр дүнтэй маш төстэй байсан нь тэднийг агаарт удаан хугацаагаар байлгах боломжийг олгосон.Ажиглагдсан полидисперсийг EWNS-ийн хэмжээ, Рэйлийн эффектийн санамсаргүй байдал, боломжит нэгдэл зэргийг тодорхойлдог гадаргуугийн цэнэгийн өөрчлөлтөөр тайлбарлаж болно.Гэсэн хэдий ч Nielsen нар нарийвчилсан байдлаар.22, гадаргуугийн өндөр цэнэг нь усны дуслын гадаргуугийн энерги/хүчдэлийг үр дүнтэй нэмэгдүүлэх замаар ууршилтыг бууруулдаг.Бидний өмнөх хэвлэлд8 энэ онолыг микро дусал 22 ба EWNS-д туршилтаар баталсан.Илүү цагаар ажиллах үед цэнэгээ алдах нь хэмжээд нөлөөлж, ажиглагдсан хэмжээний хуваарилалтад хувь нэмэр оруулдаг.