Grazzi talli żort Nature.com.Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għal CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Karużell li juri tliet slides fl-istess ħin.Uża l-buttuni Preċedenti u Li jmiss biex timxi minn tliet slides kull darba, jew uża l-buttuni slider fl-aħħar biex timxi minn tliet slides kull darba.
Riċentement, ġiet żviluppata pjattaforma antimikrobika ħielsa mill-kimiċi bbażata fuq nanoteknoloġija li tuża nanostrutturi tal-ilma artifiċjali (EWNS).L-EWNS għandhom ħlas tal-wiċċ għoli u huma saturati bi speċi ta 'ossiġnu reattiv (ROS) li jistgħu jinteraġixxu ma' u jinattivaw numru ta 'mikro-organiżmi, inklużi patoġeni li jinġarru mill-ikel.Hawnhekk jintwera li l-proprjetajiet tagħhom matul is-sinteżi jistgħu jiġu rfinati u ottimizzati biex itejbu aktar il-potenzjal antibatteriku tagħhom.Il-pjattaforma tal-laboratorju EWNS kienet iddisinjata biex tirfina l-proprjetajiet ta 'EWNS billi tbiddel il-parametri ta' sinteżi.Karatterizzazzjoni tal-proprjetajiet EWNS (ċarġ, daqs u kontenut ta 'ROS) bl-użu ta' metodi analitiċi moderni.Barra minn hekk, ġew evalwati għall-potenzjal ta 'inattivazzjoni mikrobjali tagħhom kontra mikro-organiżmi li jinġarru mill-ikel bħal Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum u Saccharomyces cerevisiae.Ir-riżultati ppreżentati hawn juru li l-proprjetajiet ta 'EWNS jistgħu jiġu rfinati matul is-sinteżi, li tirriżulta f'żieda esponenzjali fl-effiċjenza ta' inattivazzjoni.B'mod partikolari, il-ħlas tal-wiċċ żdied b'fattur ta 'erba' u l-ispeċi ta 'ossiġnu reattiv żdiedu.Ir-rata tat-tneħħija tal-mikrobi kienet dipendenti fuq il-mikrobi u varjat minn 1.0 sa 3.8 log wara espożizzjoni ta '45 minuta għal doża ta' aerosol ta '40,000 #/cc EWNS.
Il-kontaminazzjoni mikrobjali hija l-kawża ewlenija ta 'mard li jinġarr mill-ikel ikkawżat mill-inġestjoni ta' patoġeni jew it-tossini tagħhom.Fl-Istati Uniti biss, il-mard li jittieħed mill-ikel jikkawża madwar 76 miljun mard, 325,000 ammissjoni fl-isptar, u 5,000 mewt kull sena1.Barra minn hekk, id-Dipartiment tal-Agrikoltura tal-Istati Uniti (USDA) jistma li ż-żieda fil-konsum ta’ prodotti friski hija responsabbli għal 48 % tal-mard kollu rrappurtat mill-ikel fl-Istati Uniti2.L-ispiża tal-mard u l-mewt ikkawżati minn patoġeni li jinġarru mill-ikel fl-Istati Uniti hija għolja ħafna, stmata miċ-Ċentri għall-Kontroll u l-Prevenzjoni tal-Mard (CDC) għal aktar minn 15.6 biljun dollaru Amerikan fis-sena3.
Bħalissa, interventi kimiċi4, radjazzjoni5 u termali6 antimikrobiċi biex tiġi żgurata s-sikurezza tal-ikel jitwettqu l-aktar f’punti ta’ kontroll kritiċi limitati (CCPs) tul il-katina tal-produzzjoni (ġeneralment wara l-ħsad u/jew waqt l-ippakkjar) aktar milli kontinwament.għalhekk, huma suxxettibbli għall-kontaminazzjoni inkroċjata.7. Kontroll aħjar tal-mard li jinġarr mill-ikel u t-taħsir tal-ikel jeħtieġ interventi antimikrobiċi li potenzjalment jistgħu jiġu applikati fil-kontinwu tar-razzett sal-mejda filwaqt li jitnaqqsu l-impatt ambjentali u l-ispejjeż.
Riċentement, ġiet żviluppata pjattaforma antimikrobika bbażata fuq in-nanoteknoloġija mingħajr kimiċi li tista 'tinattiva batterji tal-wiċċ u tal-arja bl-użu ta' nanostrutturi tal-ilma artifiċjali (EWNS).EWNS ġie sintetizzat bl-użu ta 'żewġ proċessi paralleli, electrospray u jonizzazzjoni tal-ilma (Fig. 1a).Studji preċedenti wrew li l-EWNS għandhom sett uniku ta 'proprjetajiet fiżiċi u bijoloġiċi8,9,10.L-EWNS għandhom medja ta '10 elettroni għal kull struttura u daqs medju nanoskala ta' 25 nm (Fig. 1b, c) 8,9,10.Barra minn hekk, elettron spin resonance (ESR) uriet li EWNS fih ammont kbir ta 'speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS), prinċipalment hydroxyl (OH•) u superoxide (O2-) radikali (Fig. 1c)8.EVNS jinsab fl-arja għal żmien twil u jista 'jabat mal-mikro-organiżmi sospiżi fl-arja u preżenti fuq il-wiċċ, u jwassal it-tagħbija ROS tagħhom u jikkawża inattivazzjoni ta' mikro-organiżmi (Fig. 1d).Dawn l-istudji bikrija wrew ukoll li l-EWNS jista’ jinteraġixxi ma’ u jinattiva diversi batterji gram-negattivi u gram-pożittivi, inklużi mikobatterji, fuq l-uċuħ u fl-arja.Il-mikroskopija elettronika tat-trażmissjoni wriet li l-inattivazzjoni kienet ikkawżata minn tfixkil tal-membrana taċ-ċellula.Barra minn hekk, studji ta 'inalazzjoni akuta wrew li dożi għoljin ta' EWNS ma jikkawżawx ħsara fil-pulmun jew infjammazzjoni 8 .
(a) Electrospray iseħħ meta jiġi applikat vultaġġ għoli bejn tubu kapillari li fih likwidu u kontro elettrodu.(b) L-applikazzjoni ta 'pressjoni għolja tirriżulta f'żewġ fenomeni differenti: (i) elettrospraying ta' ilma u (ii) formazzjoni ta 'speċi ta' ossiġnu reattiv (jonji) maqbuda fl-EWNS.(c) L-istruttura unika tal-EWNS.(d) Minħabba n-natura nanoskala tagħhom, l-EWNS huma mobbli ħafna u jistgħu jinteraġixxu ma' patoġeni fl-arja.
Il-kapaċità tal-pjattaforma antimikrobika EWNS li tinattiva mikro-organiżmi li jinġarru mill-ikel fuq il-wiċċ tal-ikel frisk intweriet ukoll reċentement.Intwera wkoll li ċ-ċarġ tal-wiċċ ta 'EWNS flimkien ma' kamp elettriku jista 'jintuża biex jinkiseb kunsinna mmirata.Barra minn hekk, riżultati preliminari għat-tadam organiku wara espożizzjoni ta' 90 minuta f'EWNS ta' madwar 50,000 #/cm3 kienu inkoraġġanti, b'diversi mikro-organiżmi li jinġarru mill-ikel bħal E. coli u Listeria 11 osservati.Barra minn hekk, testijiet organolettiċi preliminari ma wrew l-ebda effett sensorjali meta mqabbel mat-tadam tal-kontroll.Għalkemm dawn ir-riżultati ta 'inattivazzjoni inizjali huma inkoraġġanti għall-applikazzjonijiet tas-sikurezza tal-ikel anke f'dożi EWNS baxxi ħafna ta' 50,000 #/cc.ara, huwa ċar li potenzjal ogħla ta 'inattivazzjoni jkun aktar ta' benefiċċju biex jitnaqqas aktar ir-riskju ta 'infezzjoni u taħsir.
Hawnhekk, aħna se niffukaw ir-riċerka tagħna fuq l-iżvilupp ta 'pjattaforma ta' ġenerazzjoni EWNS biex tippermetti l-irfinar tal-parametri ta 'sintesi u l-ottimizzazzjoni tal-proprjetajiet fiżikokimiċi ta' EWNS biex ittejjeb il-potenzjal antibatteriku tagħhom.B'mod partikolari, l-ottimizzazzjoni ffokat fuq iż-żieda tat-tariffa tal-wiċċ tagħhom (biex tittejjeb il-kunsinna mmirata) u l-kontenut ROS (biex tittejjeb l-effiċjenza tal-inattivazzjoni).Ikkaratterizza proprjetajiet fiżiko-kimiċi ottimizzati (daqs, ħlas u kontenut ta 'ROS) billi tuża metodi analitiċi moderni u uża mikro-organiżmi ta' l-ikel komuni bħal E. .
EVNS ġie sintetizzat permezz ta 'elettrosprejjar u jonizzazzjoni simultanja ta' ilma ta 'purità għolja (18 MΩ cm–1).In-nebulizzatur elettriku 12 huwa tipikament użat għall-atomizzazzjoni ta 'likwidi u s-sintesi ta' polimeru u partiċelli taċ-ċeramika 13 u fibri 14 ta 'daqs ikkontrollat.
Kif iddettaljat fil-pubblikazzjonijiet preċedenti 8, 9, 10, 11, f'esperiment tipiku, ġie applikat vultaġġ għoli bejn kapillari tal-metall u kontro elettrodu ertjat.Matul dan il-proċess, iseħħu żewġ fenomeni differenti: i) electrospray u ii) jonizzazzjoni tal-ilma.Kamp elettriku qawwi bejn iż-żewġ elettrodi jikkawża ħlasijiet negattivi li jinbnew fuq il-wiċċ tal-ilma ikkondensat, li jirriżulta fil-formazzjoni ta 'koni Taylor.Bħala riżultat, jiġu ffurmati qtar tal-ilma ċċarġjati ħafna, li jkomplu jkissru f’partiċelli iżgħar, bħal fit-teorija ta’ Rayleigh16.Fl-istess ħin, kampi elettriċi qawwija jikkawżaw xi molekuli ta 'l-ilma jinqasmu u jneħħu l-elettroni (jonizzaw), li jwassal għall-formazzjoni ta' ammont kbir ta 'speċi ta' ossiġnu reattiv (ROS)17.ROS18 ġġenerat fl-istess ħin kien inkapsulat f'EWNS (Fig. 1c).
Fuq il-fig.2a turi s-sistema ta 'ġenerazzjoni EWNS żviluppata u użata fis-sintesi EWNS f'dan l-istudju.Ilma purifikat maħżun fi flixkun magħluq ġie mitmugħ minn tubu tat-Teflon (dijametru intern ta '2 mm) f'labra ta' l-istainless steel 30G (kapillari tal-metall).Il-fluss tal-ilma huwa kkontrollat ​​mill-pressjoni tal-arja ġewwa l-flixkun, kif muri fil-Figura 2b.Il-labra hija mmuntata fuq console tat-Teflon u tista 'tiġi aġġustata manwalment għal ċerta distanza mill-kontro elettrodu.Il-kontro elettrodu huwa diska tal-aluminju illustrat b'toqba fiċ-ċentru għat-teħid tal-kampjuni.Taħt il-kontro elettrodu hemm lembut ta 'kampjunar tal-aluminju, li huwa konness mal-bqija tas-setup sperimentali permezz ta' port ta 'kampjunar (Fig. 2b).Biex tiġi evitata l-akkumulazzjoni ta 'ċarġ li tista' tfixkel it-tħaddim tal-kampjun, il-komponenti kollha tal-kampjun huma msejsa elettrikament.
(a) Sistema ta' Ġenerazzjoni ta' Nanostruttura tal-Ilma Inġinerija (EWNS).(b) Sezzjoni trasversali tal-kampjun u l-elettrospray, li turi l-aktar parametri importanti.(c) Setup sperimentali għall-inattivazzjoni tal-batterja.
Is-sistema ta 'ġenerazzjoni EWNS deskritta hawn fuq hija kapaċi li tbiddel il-parametri operattivi ewlenin biex tiffaċilita l-irfinar tal-proprjetajiet EWNS.Aġġusta l-vultaġġ applikat (V), id-distanza bejn il-labra u l-kontro elettrodu (L), u l-fluss tal-ilma (φ) mill-kapillari biex tirfina l-karatteristiċi tal-EWNS.Simbolu użat biex jirrappreżenta kombinazzjonijiet differenti: [V (kV), L (cm)].Aġġusta l-fluss tal-ilma biex tikseb kon Taylor stabbli ta 'ċertu sett [V, L].Għall-finijiet ta 'dan l-istudju, id-dijametru tal-apertura tal-kontro elettrodu (D) inżamm f'0.5 pulzieri (1.29 ċm).
Minħabba l-ġeometrija u l-assimetrija limitati, is-saħħa tal-kamp elettriku ma tistax tiġi kkalkulata mill-ewwel prinċipji.Minflok, is-softwer QuickField™ (Svendborg, id-Danimarka)19 intuża biex jiġi kkalkulat il-kamp elettriku.Il-kamp elettriku mhuwiex uniformi, għalhekk il-valur tal-kamp elettriku fil-ponta tal-kapillari intuża bħala valur ta 'referenza għal konfigurazzjonijiet varji.
Matul l-istudju, bosta kombinazzjonijiet ta 'vultaġġ u distanza bejn il-labra u l-kontro elettrodu ġew evalwati f'termini ta' formazzjoni ta 'kon Taylor, stabbiltà tal-kon Taylor, stabbiltà tal-produzzjoni EWNS, u riproduċibbiltà.Diversi kombinazzjonijiet huma murija fit-Tabella Supplimentari S1.
L-output tas-sistema tal-ġenerazzjoni EWNS kien imqabbad direttament ma 'Scanning Mobility Particle Size Analyzer (SMPS, Mudell 3936, TSI, Shoreview, MN) għall-kejl tal-konċentrazzjoni tan-numru tal-partiċelli, kif ukoll ma' Aerosol Faraday Electrometer (TSI, Mudell 3068B, Shoreview, MN).) għall-kurrenti tal-ajrusol ġie mkejjel kif deskritt fil-pubblikazzjoni preċedenti tagħna.Kemm l-SMPS kif ukoll l-elettrometru ta' l-ajrusol ikkampjunati b'rata ta' fluss ta' 0.5 L/min (fluss totali tal-kampjun 1 L/min).In-numru tal-konċentrazzjoni tal-partiċelli u l-fluss tal-ajrusol ġew imkejla għal 120 sekonda.Il-kejl huwa ripetut 30 darba.Ibbażat fuq kejl kurrenti, it-tariffa totali tal-ajrusol hija kkalkulata u t-tariffa medja tal-EWNS hija stmata għal numru totali partikolari ta' partiċelli tal-EWNS magħżula.L-ispiża medja tal-EWNS tista’ tiġi kkalkulata bl-użu tal-Ekwazzjoni (1):
fejn IEl huwa l-kurrent imkejjel, NSMPS hija l-konċentrazzjoni diġitali mkejla bl-SMPS, u φEl hija r-rata tal-fluss għal kull elettrometru.
Minħabba li l-umdità relattiva (RH) taffettwa ċ-ċarġ tal-wiċċ, it-temperatura u (RH) inżammu kostanti matul l-esperiment f'21 ° C u 45%, rispettivament.
Mikroskopija tal-forza atomika (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) u sonda AC260T (Olympus, Tokyo, Ġappun) intużaw biex ikejlu d-daqs u l-ħajja tal-EWNS.Il-frekwenza tal-iskannjar tal-AFM kienet 1 Hz, iż-żona tal-iskannjar kienet 5 μm × 5 μm, u 256 linja tal-iskannjar.L-immaġini kollha kienu soġġetti għall-allinjament tal-immaġni tal-ewwel ordni bl-użu ta 'softwer Asylum (firxa tal-maskra 100 nm, limitu 100 pm).
Il-lembut tat-test tneħħa u l-wiċċ tal-majka tqiegħed f'distanza ta '2.0 ċm mill-elettrodu tal-kontro għal żmien medju ta' 120 s biex tiġi evitata l-agglomerazzjoni tal-partiċelli u l-formazzjoni ta 'qtar irregolari fuq il-wiċċ tal-majka.EWNS ġie sprejjat direttament fuq il-wiċċ ta 'majka maqtugħa friska (Ted Pella, Redding, CA).Immaġni tal-wiċċ tal-majka immedjatament wara sputtering AFM.L-angolu tal-kuntatt tal-wiċċ tal-majka mhux modifikata maqtugħa friska huwa qrib 0 °, għalhekk EVNS jitqassam fuq il-wiċċ tal-majka f'forma ta 'koppla.Id-dijametru (a) u l-għoli (h) tal-qtar li jxerrdu tkejlu direttament mit-topografija AFM u ntużaw biex jiġi kkalkulat il-volum tad-diffużjoni bil-koppla EWNS bl-użu tal-metodu validat qabel tagħna.Jekk wieħed jassumi li l-EWNS abbord għandhom l-istess volum, id-dijametru ekwivalenti jista’ jiġi kkalkulat bl-użu tal-Ekwazzjoni (2):
Ibbażat fuq il-metodu żviluppat qabel tagħna, intużat nassa spin ta 'elettron spin resonance (ESR) biex tiskopri l-preżenza ta' intermedji radikali ta 'ħajja qasira fl-EWNS.Aerosols ġew bżieżaq permezz ta 'sparger Midget 650 μm (Ace Glass, Vineland, NJ) li kien fih soluzzjoni 235 mM ta' DEPMPO (5-(diethoxyphosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline-N-oxide) (Oxis International Inc.).Portland, Oregon).Il-kejl kollu tal-ESR twettaq bl-użu ta 'spettrometru Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) u ċellola ta' panel ċatt.Is-softwer Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, USA) intuża biex jiġbor u janalizza d-dejta.Id-determinazzjoni tal-karatteristiċi tar-ROS twettqet biss għal sett ta 'kundizzjonijiet operattivi [-6.5 kV, 4.0 cm].Il-konċentrazzjonijiet tal-EWNS tkejlu bl-użu tal-SMPS wara li ttieħdu kont tat-telf tal-EWNS fl-impakter.
Il-livelli tal-ożonu ġew immonitorjati bl-użu ta' 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10.
Għall-proprjetajiet kollha EWNS, il-valur medju jintuża bħala l-valur tal-kejl, u d-devjazzjoni standard tintuża bħala l-iżball tal-kejl.It-testijiet T saru biex iqabblu l-valuri tal-attributi ottimizzati tal-EWNS mal-valuri korrispondenti tal-EWNS bażi.
Il-Figura 2c turi sistema ta '"ġibda" ta' preċipitazzjoni elettrostatika (EPES) żviluppata u kkaratterizzata qabel li tista 'tintuża għall-kunsinna mmirata ta' EWNS fil-wiċċ.EPES juża ħlasijiet EVNS li jistgħu jiġu "iggwidati" direttament lejn il-wiċċ tal-mira taħt l-influwenza ta 'kamp elettriku qawwi.Dettalji tas-sistema EPES huma ppreżentati f'pubblikazzjoni reċenti minn Pyrgiotakis et al.11 .Għalhekk, EPES jikkonsisti f'kamra tal-PVC stampata 3D bi truf għax-xejn u fiha żewġ pjanċi tal-metall paralleli tal-istainless steel (304 stainless steel, miksija bil-mera) fiċ-ċentru 15.24 ċm 'il bogħod minn xulxin.Il-bordijiet kienu konnessi ma 'sors estern ta' vultaġġ għoli (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY), il-pjanċa tal-qiegħ kienet dejjem konnessa ma 'vultaġġ pożittiv, u l-pjanċa ta' fuq kienet dejjem imqabbda mal-art (art f'wiċċ l-ilma).Il-ħitan tal-kamra huma mgħottija b'fojl tal-aluminju, li huwa ertjat elettrikament biex jipprevjeni t-telf tal-partiċelli.Il-kamra għandha bieb issiġillat tat-tagħbija ta 'quddiem li jippermetti li l-uċuħ tat-test jitqiegħdu fuq stands tal-plastik li jgħolluhom 'il fuq mill-pjanċa tal-metall tal-qiegħ biex tiġi evitata interferenza ta' vultaġġ għoli.
L-effiċjenza tad-depożizzjoni tal-EWNS fl-EPES ġiet ikkalkulata skont protokoll żviluppat qabel iddettaljat fil-Figura Supplimentari S111.
Bħala kamra tal-kontroll, it-tieni kamra tal-fluss ċilindrika ġiet imqabbda f'serje mas-sistema EPES, li fiha intuża filtru HEPA intermedju biex jitneħħa l-EWNS.Kif muri fil-Figura 2c, l-ajrusol EWNS ġie ppumpjat minn żewġ kmamar mibnija.Il-filtru bejn il-kamra tal-kontroll u l-EPES ineħħi kwalunkwe EWNS li jifdal li jirriżulta fl-istess temperatura (T), umdità relattiva (RH) u livelli tal-ożonu.
Mikro-organiżmi importanti li jinġarru mill-ikel instabu li jikkontaminaw ikel frisk bħal E. coli (ATCC #27325), indikatur tal-ħmieġ, Salmonella enterica (ATCC #53647), patoġenu li jinġarr mill-ikel, Listeria li ma jagħmilx ħsara (ATCC #33090), surrogat għal Listeria monocytogenes patoġeniku, derivat minn ATCC09ATCC (Manassas), #Manassas (ATCC)4. sostitut għall-ħmira tat-taħsir, u batterju inattivat aktar reżistenti, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686).
Ixtri kaxxi bl-addoċċ tat-tadam organiku tal-għeneb mis-suq lokali tiegħek u poġġi fil-friġġ f'4°C sakemm tuża (sa 3 ijiem).It-tadam sperimentali kien kollu tal-istess daqs, madwar 1/2 pulzier fid-dijametru.
Il-protokolli tal-kultura, it-tilqim, l-espożizzjoni u l-għadd tal-kolonji huma dettaljati fil-pubblikazzjoni preċedenti tagħna u dettaljati fid-Dejta Supplimentari.L-effettività tal-EWNS ġiet evalwata billi t-tadam inokulat jiġi espost għal 40,000 #/cm3 għal 45 minuta.Fil-qosor, tliet tadam intużaw biex jevalwaw il-mikro-organiżmi superstiti fil-ħin t = 0 min.Tliet tadam tqiegħdu f'EPES u esposti għal EWNS f'40,000 #/cc (tadam espost EWNS) u t-tlieta li jifdal tpoġġew fil-kamra tal-kontroll (tadam tal-kontroll).L-ipproċessar addizzjonali tat-tadam fiż-żewġ gruppi ma sarx.It-tadam espost għall-EWNS u t-tadam tal-kontroll tneħħew wara 45 minuta biex jiġi evalwat l-effett tal-EWNS.
Kull esperiment sar fi tliet kopji.L-analiżi tad-dejta saret skont il-protokoll deskritt f'Dejta Supplimentari.
Mekkaniżmi ta 'inattivazzjoni ġew evalwati permezz ta' sedimentazzjoni ta 'kampjuni EWNS esposti (45 min f'konċentrazzjoni ta' aerosol EWNS 40,000 #/cm3) u kampjuni mhux irradjati ta 'batterji li ma jagħmlux ħsara E. coli, Salmonella enterica u Lactobacillus.Il-partiċelli ġew iffissati f'2.5% glutaraldehyde, 1.25% paraformaldehyde u 0.03% picric acid f'0.1 M sodium cacodylate buffer (pH 7.4) għal sagħtejn f'temperatura tal-kamra.Wara l-ħasil, post-fissa b'1% osmium tetroxide (OsO4)/1.5% potassium ferrocyanide (KFeCN6) għal sagħtejn, aħsel 3 darbiet fl-ilma u inkuba f'1% uranyl acetate għal siegħa, imbagħad aħsel darbtejn fl-ilma, imbagħad iddeidrat għal 10 minuti f'50%, 090% alkoħol.Il-kampjuni mbagħad tqiegħdu fl-ossidu tal-propilene għal siegħa u mimlijin b'taħlita 1:1 ta 'ossidu tal-propilene u TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA).Il-kampjuni ġew inkorporati f'TAAB Epon u polimerizzati f'60 ° C għal 48 siegħa.Ir-reżina granulari vulkanizzata ġiet maqtugħa u viżwalizzata minn TEM bl-użu ta 'mikroskopju elettroniku ta' trażmissjoni konvenzjonali JEOL 1200EX (JEOL, Tokyo, Ġappun) mgħammar b'kamera CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, USA).
L-esperimenti kollha twettqu fi tliet kopji.Għal kull punt ta 'żmien, ħasliet batterjali ġew miżrugħa fi tliet kopji, li rriżultaw f'total ta' disa 'punti ta' dejta għal kull punt, li l-medja tagħhom intużat bħala l-konċentrazzjoni batterjali għal dak il-mikroorganiżmu partikolari.Id-devjazzjoni standard intużat bħala l-iżball tal-kejl.Il-punti kollha jgħoddu.
Il-logaritmu tat-tnaqqis fil-konċentrazzjoni tal-batterja meta mqabbel ma 't = 0 min ġie kkalkulat bl-użu tal-formula li ġejja:
fejn C0 hija l-konċentrazzjoni ta’ batterji fil-kampjun ta’ kontroll fil-ħin 0 (jiġifieri wara li l-wiċċ ikun nixef iżda qabel ma jitqiegħed fil-kamra) u Cn hija l-konċentrazzjoni ta’ batterji fuq il-wiċċ wara n minuti ta’ espożizzjoni.
Biex tqis id-degradazzjoni naturali tal-batterja matul l-espożizzjoni ta’ 45 minuta, it-tnaqqis tal-log meta mqabbel mal-kontroll wara 45 minuta ġie kkalkulat ukoll kif ġej:
fejn Cn hija l-konċentrazzjoni tal-batterja fil-kampjun tal-kontroll fil-ħin n u Cn-Control hija l-konċentrazzjoni tal-batterja tal-kontroll fil-ħin n.Id-dejta hija ppreżentata bħala tnaqqis fil-log meta mqabbla mal-kontroll (l-ebda espożizzjoni għall-EWNS).
Matul l-istudju, bosta kombinazzjonijiet ta 'vultaġġ u distanza bejn il-labra u l-kontro elettrodu ġew evalwati f'termini ta' formazzjoni ta 'kon Taylor, stabbiltà tal-kon Taylor, stabbiltà tal-produzzjoni EWNS, u riproduċibbiltà.Diversi kombinazzjonijiet huma murija fit-Tabella Supplimentari S1.Żewġ każijiet li juru proprjetajiet stabbli u riproduċibbli (kon Taylor, ġenerazzjoni EWNS, u stabbiltà maż-żmien) ġew magħżula għal studju komprensiv.Fuq il-fig.Il-Figura 3 turi r-riżultati għall-ħlas, id-daqs u l-kontenut ta 'ROS fiż-żewġ każijiet.Ir-riżultati huma murija wkoll fit-Tabella 1. Għal referenza, kemm il-Figura 3 kif ukoll it-Tabella 1 jinkludu l-proprjetajiet tal-EWNS8, 9, 10, 11 mhux ottimizzati sintetizzati qabel (linja bażi-EWNS).Kalkoli ta' sinifikat statistiku bl-użu ta' test t b'żewġ denbu huma ppubblikati mill-ġdid fit-Tabella Supplimentari S2.Barra minn hekk, dejta addizzjonali tinkludi studji tal-effett tad-dijametru tat-toqba tal-kampjun tal-kontro elettrodu (D) u d-distanza bejn l-elettrodu tal-art u l-ponta (L) (Figuri Supplimentari S2 u S3).
(ac) Id-distribuzzjoni tad-daqs imkejla mill-AFM.(df) Karatteristika taċ-ċarġ tal-wiċċ.(g) Karatterizzazzjoni ROS tal-EPR.
Huwa wkoll importanti li wieħed jinnota li għall-kundizzjonijiet kollha ta 'hawn fuq, il-kurrent ta' jonizzazzjoni mkejjel kien bejn 2 u 6 μA u vultaġġ bejn -3.8 u -6.5 kV, li jirriżulta f'konsum ta 'enerġija ta' inqas minn 50 mW għal dan il-modulu ta 'kuntatt ta' ġenerazzjoni waħda EWNS.Għalkemm EWNS ġie sintetizzat taħt pressjoni għolja, il-livelli ta 'l-ożonu kienu baxxi ħafna, qatt ma qabżu 60 ppb.
Il-Figura Supplimentari S4 turi l-kampi elettriċi simulati għax-xenarji [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivament.Għax-xenarji [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], il-kalkoli tal-kamp huma 2 × 105 V/m u 4.7 × 105 V/m, rispettivament.Dan huwa mistenni, peress li fit-tieni każ il-proporzjon vultaġġ-distanza huwa ħafna ogħla.
Fuq il-fig.3a,b juri d-dijametru EWNS imkejjel bl-AFM8.Id-dijametri EWNS medji kkalkulati kienu 27 nm u 19 nm għall-iskemi [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], rispettivament.Għax-xenarji [-6.5 kV, 4.0 cm] u [-3.8 kV, 0.5 cm], id-devjazzjonijiet standard ġeometriċi tad-distribuzzjonijiet huma 1.41 u 1.45, rispettivament, li jindikaw distribuzzjoni dejqa tad-daqs.Kemm id-daqs medju kif ukoll id-devjazzjoni standard ġeometrika huma qrib ħafna tal-linja bażi EWNS, f'25 nm u 1.41, rispettivament.Fuq il-fig.3c turi d-distribuzzjoni tad-daqs tal-EWNS bażi mkejla bl-użu tal-istess metodu taħt l-istess kundizzjonijiet.
Fuq il-fig.3d,e juri r-riżultati tal-karatterizzazzjoni tal-ħlas.Id-dejta hija kejl medju ta' 30 kejl simultanju ta' konċentrazzjoni (#/cm3) u kurrenti (I).L-analiżi turi li l-ħlas medju fuq l-EWNS huwa 22 ± 6 e- u 44 ± 6 e- għal [-6.5 kV, 4.0 ċm] u [-3.8 kV, 0.5 ċm], rispettivament.Huma għandhom piżijiet tal-wiċċ sinifikament ogħla meta mqabbla mal-linja bażi EWNS (10 ± 2 e-), darbtejn akbar mix-xenarju [-6.5 kV, 4.0 cm] u erba 'darbiet akbar mill-[-3 .8 kV, 0.5 cm].Figura 3f turi l-ħlas.data għal Baseline-EWNS.
Mill-mapep tal-konċentrazzjoni tan-numru EWNS (Figuri Supplimentari S5 u S6), wieħed jista 'jara li x-xenarju [-6.5 kV, 4.0 cm] għandu sinifikament aktar partiċelli mix-xenarju [-3.8 kV, 0.5 cm].Ta 'min jinnota wkoll li l-konċentrazzjoni tan-numru EWNS ġiet immonitorjata sa 4 sigħat (Figuri Supplimentari S5 u S6), fejn l-istabbiltà tal-ġenerazzjoni EWNS wriet l-istess livelli ta' konċentrazzjoni ta 'numru ta' partikuli fiż-żewġ każijiet.
Fuq il-fig.3g juri l-ispettru EPR wara t-tnaqqis tal-kontroll EWNS ottimizzat (isfond) fi [-6.5 kV, 4.0 cm].L-ispettri ROS tqabblu wkoll max-xenarju Baseline-EWNS f'xogħol ippubblikat qabel.In-numru ta 'EWNS li jirreaġixxu ma' nases spin kien ikkalkulat li jkun 7.5 × 104 EWNS/s, li huwa simili għal-Linja ta 'Bażi-EWNS8 ippubblikata qabel.L-ispettri EPR wrew b'mod ċar il-preżenza ta 'żewġ tipi ta' ROS, bl-O2- tkun l-ispeċi predominanti u OH• tkun inqas abbundanti.Barra minn hekk, paragun dirett tal-ogħla intensitajiet wera li l-EWNS ottimizzat kellu kontenut ta 'ROS sinifikament ogħla meta mqabbel mal-EWNS tal-linja bażi.
Fuq il-fig.4 turi l-effiċjenza tad-depożizzjoni tal-EWNS fl-EPES.Id-dejta hija wkoll miġbura fil-qosor fit-Tabella I u mqabbla mad-dejta oriġinali tal-EWNS.Għaż-żewġ każijiet ta 'EUNS, id-depożizzjoni hija qrib il-100% anke f'vultaġġ baxx ta' 3.0 kV.Tipikament, 3.0 kV huwa biżżejjed għal depożizzjoni ta '100%, irrispettivament mill-bidla fil-ħlas tal-wiċċ.Taħt l-istess kundizzjonijiet, l-effiċjenza tad-depożizzjoni ta 'Baseline-EWNS kienet biss 56% minħabba l-ħlas aktar baxx tagħhom (medja ta' 10 elettroni għal kull EWNS).
Fuq il-fig.5 u fit-tabella.2 jiġbor fil-qosor il-valur ta 'inattivazzjoni ta' mikro-organiżmi mlaqqma fuq il-wiċċ tat-tadam wara espożizzjoni għal madwar 40,000 #/cm3 EWNS għal 45 minuta fil-mod ottimali [-6.5 kV, 4.0 cm].E. coli u Lactobacillus innokuous inokulati wrew tnaqqis sinifikanti ta' 3.8 zkuk matul l-espożizzjoni ta' 45 minuta.Taħt l-istess kundizzjonijiet, S. enterica kellha tnaqqis ta '2.2-log, filwaqt li S. cerevisiae u M. parafortutum kellhom tnaqqis ta' 1.0-log.
Il-mikrografiji tal-elettroni (Figura 6) juru l-bidliet fiżiċi indotti mill-EWNS fuq ċelluli Escherichia coli, Streptococcus u Lactobacillus li ma jagħmlux ħsara li jwasslu għall-inattivazzjoni tagħhom.Il-batterji ta 'kontroll kellhom membrani taċ-ċelluli intatti, filwaqt li l-batterji esposti kellhom membrani ta' barra bil-ħsara.
Immaġini mikroskopiċi elettroniċi ta 'kontroll u batterji esposti żvelaw ħsara fil-membrana.
Id-dejta dwar il-proprjetajiet fiżikokimiċi tal-EWNS ottimizzat kollettivament turi li l-proprjetajiet (ċarġ tal-wiċċ u kontenut ta 'ROS) tal-EWNS tjiebu b'mod sinifikanti meta mqabbla mad-dejta tal-linja bażi tal-EWNS ippubblikata qabel8,9,10,11.Min-naħa l-oħra, id-daqs tagħhom baqa 'fil-medda tan-nanometru, simili ħafna għar-riżultati rrappurtati qabel, li jippermettilhom jibqgħu fl-arja għal perjodi twal ta' żmien.Il-polidispersità osservata tista 'tiġi spjegata permezz ta' bidliet ta 'ċarġ tal-wiċċ li jiddeterminaw id-daqs ta' EWNS, ir-randomness tal-effett Rayleigh, u koalescence potenzjali.Madankollu, kif iddettaljat minn Nielsen et al.22, ħlas għoli tal-wiċċ inaqqas l-evaporazzjoni billi żżid b'mod effettiv l-enerġija/tensjoni tal-wiċċ tal-qatra tal-ilma.Fil-pubblikazzjoni preċedenti tagħna8 din it-teorija ġiet ikkonfermata b'mod sperimentali għal microdroplets 22 u EWNS.Telf ta 'ħlas matul is-sahra jista' wkoll jaffettwa d-daqs u jikkontribwixxi għad-distribuzzjoni tad-daqs osservata.