Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё режими мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Дар айни замон, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Карусел, ки се слайдро дар як вақт нишон медиҳад. Барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои "Пешина" ва "Баъдӣ"-ро истифода баред, ё барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои лағжандаро дар охир истифода баред.
Ба наздикӣ, платформаи зиддимикробӣ бидуни кимиёвӣ, ки ба нанотехнология бо истифода аз наносохторҳои сунъии об (EWNS) асос ёфтааст, таҳия шудааст. EWNS дорои заряди сатҳи баланд буда, бо намудҳои оксигени реактивӣ (ROS) сер карда шудаанд, ки метавонанд бо як қатор микроорганизмҳо, аз ҷумла патогенҳои аз хӯрокворӣ пайдошаванда, ҳамкорӣ кунанд ва ғайрифаъол гардонанд. Дар ин ҷо нишон дода шудааст, ки хосиятҳои онҳо ҳангоми синтез метавонанд барои беҳтар кардани потенсиали зиддибактериявии онҳо танзим ва оптимизатсия карда шаванд. Платформаи лаборатории EWNS барои танзими хусусиятҳои EWNS тавассути тағир додани параметрҳои синтез тарҳрезӣ шудааст. Тавсифи хосиятҳои EWNS (заряд, андоза ва миқдори ROS) бо истифода аз усулҳои муосири таҳлилӣ. Илова бар ин, онҳо аз рӯи потенсиали ғайрифаъолшавии микробӣ нисбат ба микроорганизмҳои аз хӯрокворӣ пайдошаванда, ба монанди Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum ва Saccharomyces cerevisiae арзёбӣ карда шуданд. Натиҷаҳои дар ин ҷо пешниҳодшуда нишон медиҳанд, ки хосиятҳои EWNS-ро ҳангоми синтез танзим кардан мумкин аст, ки боиси афзоиши экспоненсиалии самаранокии ғайрифаъолшавӣ мегардад. Аз ҷумла, заряди сатҳии он чор маротиба афзоиш ёфт ва намудҳои оксигени реактивӣ афзоиш ёфт. Суръати нест кардани микробҳо аз микробҳо вобаста буд ва пас аз таъсири 45 дақиқаи вояи аэрозолии 40,000 #/cc EWNS аз 1.0 то 3.8 log-ро ташкил медод.
Олудашавии микробҳо сабаби асосии бемориҳои аз хӯрокворӣ ба вуҷуд омада, ки аз воридшавии патогенҳо ё токсинҳои онҳо ба вуҷуд меояд, мебошад. Танҳо дар Иёлоти Муттаҳида, бемориҳои аз хӯрокворӣ ба вуҷуд омада ҳар сол тақрибан 76 миллион бемориро, 325,000 бистарӣ шудан дар беморхона ва 5000 фавтро ба вуҷуд меоранд1. Илова бар ин, Вазорати кишоварзии Иёлоти Муттаҳида (USDA) тахмин мезанад, ки истеъмоли афзояндаи маҳсулоти тару тоза сабаби 48% ҳамаи бемориҳои аз хӯрокворӣ ба қайд гирифташуда дар Иёлоти Муттаҳида мебошад2. Арзиши беморӣ ва марг, ки аз ҷониби патогенҳои аз хӯрокворӣ ба вуҷуд омада дар Иёлоти Муттаҳида ба вуҷуд меояд, хеле баланд аст ва аз ҷониби Марказҳои назорат ва пешгирии бемориҳо (CDC) беш аз 15,6 миллиард доллари ИМА дар як сол арзёбӣ шудааст3.
Дар айни замон, мудохилаҳои зиддимикробӣ бо кимиёвӣ4, радиатсионӣ5 ва термик6 барои таъмини бехатарии хӯрокворӣ асосан дар нуқтаҳои маҳдуди назорати муҳим (CCP) дар тӯли занҷири истеҳсолӣ (одатан пас аз ҷамъоварӣ ва/ё ҳангоми бастабандӣ), на пайваста, анҷом дода мешаванд. Аз ин рӯ, онҳо ба ифлосшавии байниҳамдигарӣ майл доранд. 7. Назорати беҳтари бемориҳои аз хӯрокворӣ ва вайроншавии хӯрокворӣ мудохилаҳои зиддимикробиро талаб мекунад, ки эҳтимолан метавонанд дар тамоми континууми аз хоҷагӣ то миз истифода шаванд ва дар айни замон таъсир ва хароҷоти экологӣ кам карда шаванд.
Ба наздикӣ, платформаи зиддимикробӣ, ки дар асоси нанотехнология ва бидуни кимиёвӣ сохта шудааст, таҳия шудааст, ки метавонад бактерияҳои рӯизаминӣ ва ҳавоиро бо истифода аз наносохторҳои сунъии об (EWNS) ғайрифаъол кунад. EWNS бо истифода аз ду раванди мувозӣ, электроспрей ва ионизатсияи об синтез карда шуд (Расми 1a). Тадқиқотҳои қаблӣ нишон доданд, ки EWNS маҷмӯи беназири хосиятҳои физикӣ ва биологӣ дорад8,9,10. EWNS ба ҳисоби миёна 10 электрон дар як сохтор ва андозаи миёнаи наномасштаб 25 нм дорад (Расми 1b,c)8,9,10. Илова бар ин, резонанси спинии электронӣ (ESR) нишон дод, ки EWNS миқдори зиёди намудҳои реактивии оксиген (ROS), асосан радикалҳои гидроксил (OH•) ва супероксид (O2-) (Расми 1c)8-ро дар бар мегирад. EVNS муддати тӯлонӣ дар ҳаво аст ва метавонад бо микроорганизмҳои дар ҳаво овезон ва дар сатҳ мавҷудбуда бархӯрд кунад, бори ROS-и худро расонад ва боиси ғайрифаъол шудани микроорганизмҳо гардад (Расми 1d). Ин таҳқиқоти аввалия инчунин нишон доданд, ки EWNS метавонад бо бактерияҳои гуногуни грамманфӣ ва грамманфии граммусбат, аз ҷумла микобактерияҳо, дар сатҳҳо ва ҳаво ҳамкорӣ кунад ва онҳоро ғайрифаъол созад. Микроскопияи электронии интиқол нишон дод, ки ғайрифаъолшавӣ аз сабаби вайроншавии мембранаи ҳуҷайра ба вуҷуд омадааст. Илова бар ин, таҳқиқоти шадиди нафаскашӣ нишон доданд, ки миқдори зиёди EWNS боиси осеб ё илтиҳоби шуш намегардад 8.
(а) Электропрошивӣ вақте рух медиҳад, ки шиддати баланд байни найчаи капиллярии дорои моеъ ва электроди муқобил истифода мешавад. (б) Истифодаи фишори баланд боиси ду падидаи гуногун мегардад: (i) электропошии об ва (ii) ташаккули намудҳои (ионҳои) оксигени реактивӣ, ки дар EWNS банд мондаанд. (в) Сохтори беназири EWNS. (г) Аз сабаби хусусияти наномасштабии худ, EWNS хеле ҳаракаткунанда аст ва метавонад бо патогенҳои ҳавоӣ ҳамкорӣ кунад.
Қобилияти платформаи зиддимикробӣ EWNS барои ғайрифаъол кардани микроорганизмҳои ғизоӣ дар сатҳи хӯроки тару тоза низ ба наздикӣ нишон дода шудааст. Инчунин нишон дода шудааст, ки заряди сатҳии EWNS дар якҷоягӣ бо майдони электрикӣ метавонад барои ноил шудан ба интиқоли мақсаднок истифода шавад. Ғайр аз ин, натиҷаҳои аввалия барои помидорҳои органикӣ пас аз таъсири 90-дақиқаӣ дар EWNS тақрибан 50,000 #/cm3 рӯҳбаландкунанда буданд ва микроорганизмҳои гуногуни ғизоӣ, ба монанди E. coli ва Listeria 11 мушоҳида шуданд. Илова бар ин, санҷишҳои аввалияи органолептикӣ дар муқоиса бо помидорҳои назоратӣ ягон таъсири сенсорӣ нишон надоданд. Гарчанде ки ин натиҷаҳои ибтидоии ғайрифаъолкунӣ барои барномаҳои бехатарии хӯрокворӣ ҳатто дар миқдори хеле пасти EWNS 50,000 #/cm рӯҳбаландкунандаанд. нигаред, маълум аст, ки потенсиали баланди ғайрифаъолкунӣ барои коҳиш додани хатари сироят ва вайроншавӣ муфидтар хоҳад буд.
Дар ин ҷо, мо таҳқиқоти худро ба таҳияи платформаи тавлиди EWNS равона хоҳем кард, то имкон диҳад, ки параметрҳои синтез дақиқ танзим карда шаванд ва хосиятҳои физикию химиявии EWNS барои баланд бардоштани потенсиали зиддибактериявии онҳо беҳтар карда шаванд. Аз ҷумла, оптимизатсия ба афзоиши заряди сатҳии онҳо (барои беҳтар кардани интиқоли мақсаднок) ва миқдори ROS (барои беҳтар кардани самаранокии ғайрифаъолкунӣ) тамаркуз кардааст. Хусусиятҳои физикию химиявии оптимизатсияшударо (андоза, заряд ва миқдори ROS) бо истифода аз усулҳои муосири таҳлилӣ тавсиф кунед ва микроорганизмҳои маъмули хӯрокворӣ, ба монанди E. истифода баред.
EVNS бо роҳи электропошидани ҳамзамони оби тозаи баланд (18 MΩ см–1) ва ионизатсияи он синтез карда шуд. Небулайзери барқӣ 12 одатан барои атомизатсияи моеъҳо ва синтези зарраҳои полимерӣ ва сафолӣ 13 ва нахҳои 14 бо андозаи назоратшаванда истифода мешавад.
Тавре ки дар нашрияҳои қаблӣ 8, 9, 10, 11 муфассал шарҳ дода шудааст, дар як таҷрибаи маъмулӣ, шиддати баланд байни капилляри металлӣ ва электроди муқобили заминӣ истифода шуд. Дар ин раванд ду падидаи гуногун рух медиҳанд: i) электроспрей ва ii) ионизатсияи об. Майдони қавии электрикӣ байни ду электрод боиси ҷамъ шудани зарядҳои манфӣ дар сатҳи оби конденсатсияшуда мегардад, ки боиси пайдоиши конусҳои Тейлор мегардад. Дар натиҷа, қатраҳои об бо заряди баланд ба вуҷуд меоянд, ки ба зарраҳои хурдтар тақсим мешаванд, ба монанди назарияи Рейлей16. Дар айни замон, майдонҳои қавии электрикӣ боиси тақсим шудани баъзе молекулаҳои об ва ҷудо кардани электронҳо (ионизатсия) мешаванд, ки боиси пайдоиши миқдори зиёди намудҳои реактивии оксиген (ROS)17 мегардад. ROS18-и ҳамзамон тавлидшуда дар EWNS ҷойгир карда шуд (Расми 1c).
Дар расми 2a системаи тавлиди EWNS, ки дар синтези EWNS дар ин таҳқиқот таҳия ва истифода шудааст, нишон дода шудааст. Оби тозашуда, ки дар шишаи пӯшида нигоҳ дошта мешавад, тавассути найчаи тефлонӣ (диаметри дарунии 2 мм) ба сӯзани пӯлоди зангногири 30G (капилляри металлӣ) ворид карда шуд. Ҷараёни об аз ҷониби фишори ҳаво дар дохили шиша идора карда мешавад, чунон ки дар расми 2b нишон дода шудааст. Сӯзан дар консоли тефлонӣ насб карда шудааст ва онро метавон дастӣ дар масофаи муайян аз электроди муқобил танзим кард. Электроди муқобил як диски алюминии сайқалёфта бо сӯрохие дар марказ барои намунагирӣ аст. Дар зери электроди муқобил як воронкаи намунагирии алюминий ҷойгир аст, ки ба боқимондаи таҷҳизоти таҷрибавӣ тавассути порти намунагирӣ пайваст карда шудааст (расми 2b). Барои пешгирӣ аз ҷамъшавии заряд, ки метавонад кори намунагирро халалдор кунад, ҳамаи ҷузъҳои намунагир ба замин пайваст карда шудаанд.
(а) Системаи тавлиди наносохтори обии муҳандисӣ (EWNS). (б) Буриши арзии намунагир ва электроспрей, ки параметрҳои муҳимтаринро нишон медиҳад. (в) Танзимоти таҷрибавӣ барои ғайрифаъол кардани бактерияҳо.
Системаи тавлиди EWNS, ки дар боло тавсиф шудааст, қодир аст параметрҳои калидии кориро барои осон кардани танзими дақиқи хосиятҳои EWNS тағйир диҳад. Барои танзими дақиқи хусусиятҳои EWNS шиддати татбиқшударо (V), масофа байни сӯзан ва электроди муқобил (L) ва ҷараёни обро (φ) тавассути капилляр танзим кунед. Аломате, ки барои ифодаи комбинатсияҳои гуногун истифода мешавад: [V (kV), L (cm)]. Ҷараёни обро барои ба даст овардани конуси устувори Тейлор бо маҷмӯи муайян танзим кунед [V, L]. Барои мақсадҳои ин таҳқиқот, диаметри кушодагии электроди муқобил (D) дар 0,5 дюйм (1,29 см) нигоҳ дошта шуд.
Аз сабаби геометрияи маҳдуд ва асимметрия, шиддати майдони электрикиро аз принсипҳои аввал ҳисоб кардан мумкин нест. Ба ҷои ин, барои ҳисоб кардани майдони электрикӣ аз нармафзори QuickField™ (Свендборг, Дания)19 истифода шуд. Майдони электрикӣ яксон нест, аз ин рӯ, арзиши майдони электрикӣ дар нӯги капилляр ҳамчун арзиши истинодӣ барои конфигуратсияҳои гуногун истифода шуд.
Дар давоми таҳқиқот, якчанд комбинатсияҳои шиддат ва масофа байни сӯзан ва электроди муқобил аз ҷиҳати ташаккули конуси Тейлор, устувории конуси Тейлор, устувории истеҳсоли EWNS ва такроршавандагӣ арзёбӣ карда шуданд. Комбинатсияҳои гуногун дар Ҷадвали иловагии S1 нишон дода шудаанд.
Натиҷаи системаи тавлиди EWNS мустақиман ба таҳлилгари андозаи зарраҳои сканкунанда (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN) барои чен кардани консентратсияи шумораи зарраҳо, инчунин ба электрометри аэрозолии Фарадей (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) барои ҷараёнҳои аэрозолӣ пайваст карда шуд, чунон ки дар нашрияи қаблии мо тавсиф шудааст. Ҳам SMPS ва ҳам электрометри аэрозолӣ, ки бо суръати ҷараёни 0,5 л/дақ (ҷараёни умумии намуна 1 л/дақ) намуна гирифта шудаанд. Консентратсияи шумораи зарраҳо ва ҷараёни аэрозол барои 120 сония чен карда шуданд. Андозагирӣ 30 маротиба такрор карда мешавад. Бар асоси андозагириҳои ҷорӣ, заряди умумии аэрозол ҳисоб карда мешавад ва заряди миёнаи EWNS барои шумораи умумии додашудаи зарраҳои интихобшудаи EWNS ҳисоб карда мешавад. Арзиши миёнаи EWNS-ро бо истифода аз муодилаи (1) ҳисоб кардан мумкин аст:
ки дар он IEl ҷараёни ченшуда, NSMPS консентратсияи рақамии бо SMPS ченшуда ва φEl суръати ҷараён барои як электрометр аст.
Азбаски намӣ нисбӣ (RH) ба заряди сатҳӣ таъсир мерасонад, ҳарорат ва (RH) дар давоми таҷриба мутаносибан дар 21°C ва 45% доимӣ нигоҳ дошта шуданд.
Барои чен кардани андоза ва мӯҳлати кори EWNS аз микроскопияи қувваи атомӣ (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Санта Барбара, Калифорния) ва зонди AC260T (Olympus, Токио, Ҷопон) истифода шуданд. Басомади сканкунии AFM 1 Гц, майдони сканкунӣ 5 мкм × 5 мкм ва 256 хати сканкунӣ буд. Ҳамаи тасвирҳо бо истифода аз нармафзори Asylum (диапазони ниқоб 100 нм, остона 100 pm) ба ҳамоҳангсозии тасвири тартиби 1 дучор карда шуданд.
Қӯри озмоишӣ хориҷ карда шуд ва сатҳи слюда дар масофаи 2,0 см аз электроди муқобил барои муддати миёнаи 120 сония ҷойгир карда шуд, то аз ҷамъшавии зарраҳо ва пайдоиши қатраҳои номунтазам дар сатҳи слюда пешгирӣ карда шавад. EWNS мустақиман ба сатҳи слюдаи навбуридашуда (Тед Пелла, Реддинг, Калифорния) пошида шуд. Тасвири сатҳи слюда фавран пас аз пошидани AFM. Кунҷи тамосии сатҳи слюдаи навбуридашуда ва бетағйир ба 0° наздик аст, аз ин рӯ EVNS дар сатҳи слюда дар шакли гунбаз тақсим шудааст. Диаметри (а) ва баландии (h) қатраҳои пароканда мустақиман аз топографияи AFM чен карда шуданд ва барои ҳисоб кардани ҳаҷми диффузияи гунбазшакли EWNS бо истифода аз усули қаблан тасдиқшудаи мо истифода шуданд. Бо назардошти он, ки EWNS-ҳои дар киштӣ мавҷудбуда ҳаҷми якхела доранд, диаметри эквивалентро бо истифода аз муодилаи (2) ҳисоб кардан мумкин аст:
Бар асоси усули қаблан таҳияшудаи мо, барои муайян кардани мавҷудияти миёнаравҳои радикалии кӯтоҳмуддат дар EWNS аз домҳои спин-резонанси электронии резонансӣ (ESR) истифода шуд. Аэрозолҳо тавассути спаргери 650 мкм Midget (Ace Glass, Vineland, NJ), ки дорои маҳлули 235 мМ DEPMPO(5-(диэтоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc.) буд, ҳубобӣ карда шуданд. Ҳамаи андозагириҳои ESR бо истифода аз спектрометри Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ИМА) ва як чашмаки ҳамвор анҷом дода шуданд. Барои ҷамъоварӣ ва таҳлили маълумот нармафзори Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ИМА) истифода шуд. Муайян кардани хусусиятҳои ROS танҳо барои маҷмӯи шароити корӣ [-6.5 кВ, 4.0 см] анҷом дода шуд. Консентратсияи EWNS бо истифода аз SMPS пас аз баҳисобгирии талафоти EWNS дар зарбазананда чен карда шуд.
Сатҳи озон бо истифода аз 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Co)8,9,10 назорат карда шуд.
Барои ҳамаи хосиятҳои EWNS, арзиши миёна ҳамчун арзиши андозагирӣ ва инҳирофи стандартӣ ҳамчун хатогии андозагирӣ истифода мешавад. Санҷишҳои Т-барои муқоисаи арзишҳои атрибутҳои EWNS-и оптимизатсияшуда бо арзишҳои мувофиқи EWNS-и асосӣ гузаронида шуданд.
Расми 2c системаи "кашиши" боришоти электростатикӣ (EPES)-и қаблан таҳияшуда ва тавсифшударо нишон медиҳад, ки метавонад барои интиқоли мақсадноки EWNS дар сатҳ истифода шавад. EPES зарядҳои EVNS-ро истифода мебарад, ки метавонанд мустақиман ба сатҳи ҳадаф таҳти таъсири майдони қавии электрикӣ "роҳнамоӣ" карда шаванд. Тафсилоти системаи EPES дар нашрияи ахири Пиргиотакис ва дигарон 11 пешниҳод шудааст. Ҳамин тариқ, EPES аз камераи чопшудаи PVC-и 3D бо нӯгҳои конусшакл иборат аст ва дорои ду лавҳаи металлии пӯлоди зангногири мувозӣ (пӯлоди зангногири 304, ки бо оина пӯшонида шудааст) дар марказ бо масофаи 15,24 см аз ҳам ҷудошуда мебошад. Тахтаҳо ба манбаи берунаи шиддати баланд (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) пайваст карда шуда буданд, лавҳаи поёнӣ ҳамеша ба шиддати мусбат ва лавҳаи болоӣ ҳамеша ба замин (замини шинокунанда) пайваст карда шуда буданд. Деворҳои камера бо фолгаи алюминии пӯшонида шудаанд, ки барои пешгирии талафоти зарраҳо ба таври электрикӣ ба замин пайваст карда шудааст. Камера дорои дари пеши боркунии мӯҳршуда мебошад, ки имкон медиҳад сатҳҳои озмоишӣ дар стендҳои пластикӣ ҷойгир карда шаванд, ки онҳоро аз болои табақи металлии поёнӣ баланд мекунанд, то аз халалдоршавии шиддати баланд пешгирӣ карда шавад.
Самаранокии ҷойгиркунии EWNS дар EPES мувофиқи протоколи қаблан таҳияшуда, ки дар расми иловагии S111 муфассал шарҳ дода шудааст, ҳисоб карда шуд.
Ҳамчун камераи идоракунӣ, камераи ҷараёни силиндрии дуюм ба таври пайдарпай ба системаи EPES пайваст карда шуд, ки дар он филтри миёнаравии HEPA барои тоза кардани EWNS истифода мешуд. Тавре ки дар расми 2c нишон дода шудааст, аэрозоли EWNS тавассути ду камераи дарунсохт интиқол дода шуд. Филтр байни утоқи идоракунӣ ва EPES ҳама гуна EWNS-и боқимондаро тоза мекунад, ки дар натиҷа ҳарорат (T), намии нисбӣ (RH) ва сатҳи озон яксон мешавад.
Муайян карда шудааст, ки микроорганизмҳои муҳими ғизоӣ хӯрокҳои тару тозаро, аз қабили E. coli (ATCC #27325), нишондиҳандаи наҷосат, Salmonella enterica (ATCC #53647), патогени ғизоӣ, Listeria безарар (ATCC #33090), ивазкунандаи Listeria monocytogenes патогенӣ, ки аз ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) гирифта шудааст, ивазкунандаи хамиртуруши вайроншаванда ва бактерияи ғайрифаъолтари тобовартар, Mycobacterium paralucky (ATCC #19686), олуда мекунанд.
Қуттиҳои тасодуфии помидорҳои ангури органикиро аз бозори маҳаллии худ харед ва то истифода (то 3 рӯз) дар яхдон дар ҳарорати 4°C нигоҳ доред. Помидорҳои таҷрибавӣ ҳама як андоза, тақрибан 1/2 дюйм диаметр доштанд.
Протоколҳои парвариш, эмгузаронӣ, таъсиррасонӣ ва шумораи колонияҳо дар нашрияи қаблии мо муфассал ва дар Маълумоти иловагӣ муфассал оварда шудаанд. Самаранокии EWNS бо роҳи таъсири помидорҳои эмгузаронидашуда ба 40,000 #/cm3 барои 45 дақиқа арзёбӣ карда шуд. Хулоса, се помидор барои арзёбии микроорганизмҳои зиндамонда дар вақти t = 0 дақиқа истифода шуданд. Се помидор дар EPES ҷойгир карда шуданд ва ба EWNS бо 40,000 #/cm (помидорҳои EWNS) таъсир расонида шуданд ва се помидори боқимонда дар камераи назоратӣ (помидорҳои назоратӣ) ҷойгир карда шуданд. Коркарди иловагии помидорҳо дар ҳарду гурӯҳ анҷом дода нашуд. Помидорҳои EWNS ва помидорҳои назоратӣ, ки ба таъсири EWNS таъсир расонида буданд, пас аз 45 дақиқа хориҷ карда шуданд, то таъсири EWNS-ро арзёбӣ кунанд.
Ҳар як таҷриба се маротиба гузаронида шуд. Таҳлили маълумот мувофиқи протоколе, ки дар Маълумоти иловагӣ тавсиф шудааст, анҷом дода шуд.
Механизмҳои ғайрифаъолкунӣ бо роҳи таҳшиншавии намунаҳои EWNS-и фошшуда (45 дақиқа дар консентратсияи аэрозоли EWNS бо 40,000 #/см3) ва намунаҳои нурногузарнашудаи бактерияҳои безарар E. coli, Salmonella enterica ва Lactobacillus арзёбӣ карда шуданд. Зарраҳо дар 2,5% глутаральдегид, 1,25% параформальдегид ва 0,03% кислотаи пикрик дар буфери 0,1 М натрий какодилат (рН 7,4) ба муддати 2 соат дар ҳарорати хонагӣ фиксатсия карда шуданд. Пас аз шустан, пас аз фиксатсия бо тетроксиди 1% осмий (OsO4)/1,5% ферроцианиди калий (KFeCN6) ба муддати 2 соат, 3 маротиба дар об бишӯед ва дар 1% уранил ацетат ба муддати 1 соат инкубатсия кунед, сипас ду маротиба дар об бишӯед ва сипас 10 дақиқа дар 50%, 70%, 90%, 100% спирт хушк кунед. Сипас намунаҳо ба муддати 1 соат дар оксиди пропилен ҷойгир карда шуданд ва бо омехтаи 1:1 оксиди пропилен ва TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) тар карда шуданд. Намунаҳо дар TAAB Epon ҷойгир карда шуданд ва дар ҳарорати 60°C ба муддати 48 соат полимеризатсия карда шуданд. Қатрони доначадор бурида ва аз ҷониби TEM бо истифода аз микроскопи электронии интиқоли анъанавӣ JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Ҷопон), ки бо камераи AMT 2k CCD (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massachusetts, ИМА) муҷаҳҳаз шудааст, визуализатсия карда шуд.
Ҳамаи таҷрибаҳо се маротиба гузаронида шуданд. Барои ҳар як нуқтаи вақт, шустани бактерияҳо се маротиба ворид карда шуданд, ки дар натиҷа дар як нуқта нӯҳ нуқтаи додаҳо ба даст оварда шуданд, ки миёнаи он ҳамчун консентратсияи бактериявӣ барои он микроорганизми мушаххас истифода шуд. Инҳирофи стандартӣ ҳамчун хатои ченкунӣ истифода шуд. Ҳамаи нуқтаҳо ҳисоб карда мешаванд.
Логарифми коҳиши консентратсияи бактерияҳо дар муқоиса бо t = 0 дақиқа бо истифода аз формулаи зерин ҳисоб карда шуд:
ки дар он C0 консентратсияи бактерияҳо дар намунаи назоратӣ дар вақти 0 аст (яъне пас аз хушк шудани сатҳ, вале пеш аз ҷойгир кардан дар камера) ва Cn консентратсияи бактерияҳо дар сатҳ пас аз n дақиқаи таъсир аст.
Барои ба назар гирифтани таҷзияи табиии бактерияҳо дар давоми таъсири 45-дақиқаӣ, коҳиши логарифм дар муқоиса бо гурӯҳи назоратӣ пас аз 45 дақиқа низ чунин ҳисоб карда шуд:
ки дар он Cn консентратсияи бактерияҳо дар намунаи назоратӣ дар вақти n ва Cn-Control консентратсияи бактерияҳои назоратӣ дар вақти n мебошад. Маълумотҳо ҳамчун кам кардани log дар муқоиса бо назорат пешниҳод карда мешаванд (бе таъсири EWNS).
Дар давоми таҳқиқот, якчанд комбинатсияҳои шиддат ва масофа байни сӯзан ва электроди муқобил аз ҷиҳати ташаккули конуси Тейлор, устувории конуси Тейлор, устувории истеҳсоли EWNS ва такроршавандагӣ арзёбӣ карда шуданд. Комбинатсияҳои гуногун дар Ҷадвали иловагии S1 нишон дода шудаанд. Барои таҳқиқоти ҳамаҷониба ду ҳолат интихоб карда шуданд, ки хосиятҳои устувор ва такроршавандаро нишон медиҳанд (конуси Тейлор, тавлиди EWNS ва устуворӣ дар тӯли вақт) дар расми 3 натиҷаҳои заряд, андоза ва миқдори ROS-ро дар ҳарду ҳолат нишон медиҳанд. Натиҷаҳо инчунин дар Ҷадвали 1 нишон дода шудаанд. Барои истинод, ҳам Расми 3 ва ҳам Ҷадвали 1 хосиятҳои қаблан синтезшудаи EWNS8, 9, 10, 11 (EWNS-и ибтидоӣ)-ро дар бар мегиранд. Ҳисобҳои аҳамияти оморӣ бо истифода аз санҷиши дуҷонибаи t дар Ҷадвали иловагии S2 дубора нашр шудаанд. Илова бар ин, маълумоти иловагӣ таҳқиқоти таъсири диаметри сӯрохи намунагирии электроди муқобил (D) ва масофа байни электроди заминӣ ва нӯг (L)-ро дар бар мегиранд (Расмҳои иловагӣ S2 ва S3).
(ac) Тақсимоти андоза, ки бо истифода аз AFM чен карда мешавад. (df) Хусусияти заряди сатҳӣ. (g) Тавсифи ROS-и EPR.
Инчунин қайд кардан муҳим аст, ки барои ҳамаи шароити дар боло зикршуда, ҷараёни ионизатсияи ченшуда аз 2 то 6 мкА ва шиддат аз -3.8 то -6.5 кВ буд, ки боиси истеъмоли қувваи барқ ​​барои ин модули ягонаи контактии тавлиди EWNS камтар аз 50 мВт гардид. Гарчанде ки EWNS таҳти фишори баланд синтез карда шуда буд, сатҳи озон хеле паст буд ва ҳеҷ гоҳ аз 60 ppb зиёд набуд.
Расми иловагии S4 майдонҳои электрикии симулятсияшударо барои сенарияҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см] мутаносибан нишон медиҳад. Барои сенарияҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см], ҳисобҳои майдон мутаносибан 2 × 105 В/м ва 4.7 × 105 В/м мебошанд. Ин интизор меравад, зеро дар ҳолати дуюм таносуби шиддат-масофа хеле баландтар аст.
Дар расми 3a,b диаметри EWNS, ки бо AFM8 чен карда шудааст, нишон дода шудааст. Диаметрҳои миёнаи ҳисобшудаи EWNS мутаносибан барои схемаҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см] 27 нм ва 19 нм буданд. Барои сенарияҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см], инҳирофҳои геометрии стандартии тақсимот мутаносибан 1.41 ва 1.45 мебошанд, ки тақсимоти андозаи тангро нишон медиҳанд. Ҳам андозаи миёна ва ҳам инҳирофи стандартии геометрӣ ба EWNS-и асосӣ хеле наздиканд, мутаносибан 25 нм ва 1.41. Дар расми 3c тақсимоти андозаи EWNS-и асосиро нишон медиҳад, ки бо истифода аз ҳамон усул дар ҳамон шароит чен карда шудааст.
Дар расми 3d,e натиҷаҳои тавсифи заряд нишон дода шудаанд. Маълумотҳо андозагириҳои миёнаи 30 андозагирии ҳамзамони консентратсия (#/см3) ва ҷараён (I) мебошанд. Таҳлил нишон медиҳад, ки заряди миёна дар EWNS мутаносибан 22 ± 6 e- ва 44 ± 6 e- барои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см] аст. Онҳо дар муқоиса бо EWNS-и асосӣ (10 ± 2 e-) зарядҳои сатҳии хеле баландтар доранд, ки ду маротиба аз сенарияи [-6.5 кВ, 4.0 см] ва чор маротиба аз [-3.8 кВ, 0.5 см] зиёдтар аст. Расми 3f маълумоти зарядро барои EWNS-и асосӣ нишон медиҳад.
Аз харитаҳои консентратсияи рақами EWNS (Расмҳои иловагӣ S5 ва S6) дидан мумкин аст, ки сенарияи [-6.5 кВ, 4.0 см] нисбат ба сенарияи [-3.8 кВ, 0.5 см] зарраҳои хеле бештар дорад. Ҳамчунин қайд кардан бамаврид аст, ки консентратсияи рақами EWNS то 4 соат назорат карда шуд (Расмҳои иловагӣ S5 ва S6), ки дар он устувории тавлиди EWNS дар ҳарду ҳолат сатҳҳои якхелаи консентратсияи рақами зарраҳоро нишон дод.
Дар расми 3g спектри EPR пас аз тарҳ кардани назорати оптимизатсияшудаи EWNS (замина) дар [-6.5 кВ, 4.0 см] нишон дода шудааст. Спектрҳои ROS инчунин бо сенарияи Baseline-EWNS дар кори қаблан нашршуда муқоиса карда шуданд. Шумораи EWNS-ҳое, ки бо домҳои спинӣ реаксия мекунанд, 7.5 × 104 EWNS/с ҳисоб карда шуд, ки ба Baseline-EWNS8-и қаблан нашршуда монанд аст. Спектрҳои EPR мавҷудияти ду намуди ROS-ро ба таври возеҳ нишон доданд, ки O2- намуди бартарӣ ва OH• камтар фаровон буданд. Илова бар ин, муқоисаи мустақими шиддатҳои қулла нишон дод, ки EWNS-ҳои оптимизатсияшуда дар муқоиса бо EWNS-и ибтидоӣ миқдори хеле баланди ROS доштанд.
Дар расми 4 самаранокии ҷойгиркунии EWNS дар EPES нишон дода шудааст. Маълумот инчунин дар Ҷадвали I ҷамъбаст ва бо маълумоти аслии EWNS муқоиса карда шудаанд. Барои ҳарду ҳолати EUNS, ҷойгиркунӣ ҳатто дар шиддати пасти 3.0 кВ ба 100% наздик аст. Одатан, 3.0 кВ барои ҷойгиркунии 100%, новобаста аз тағирёбии заряди сатҳӣ, кофӣ аст. Дар ҳамон шароит, самаранокии ҷойгиркунии Baseline-EWNS танҳо 56% буд, зеро заряди онҳо пасттар аст (ба ҳисоби миёна 10 электрон барои як EWNS).
Дар расми 5 ва ҷадвали 2 арзиши ғайрифаъолшавии микроорганизмҳое, ки пас аз таъсири тақрибан 40,000 #/см3 EWNS барои 45 дақиқа дар ҳолати оптималӣ [-6.5 кВ, 4.0 см] дар сатҳи помидор шинонида шудаанд, ҷамъбаст шудааст. E. coli ва Lactobacillus innocuous-и шинонидашуда дар давоми 45 дақиқа коҳиши назарраси 3.8 log-ро нишон доданд. Дар ҳамон шароит, S. enterica коҳиши 2.2-log дошт, дар ҳоле ки S. cerevisiae ва M. parafortutum коҳиши 1.0-log доштанд.
Микрографҳои электронӣ (Расми 6) тағйироти ҷисмонии аз ҷониби EWNS дар ҳуҷайраҳои безарари Escherichia coli, Streptococcus ва Lactobacillus ба вуҷуд омадаро нишон медиҳанд, ки боиси ғайрифаъолшавии онҳо мегарданд. Бактерияҳои назоратӣ мембранаҳои ҳуҷайравии солим доштанд, дар ҳоле ки бактерияҳои фошшуда мембранаҳои беруниро вайрон карда буданд.
Тасвири электронии микроскопии бактерияҳои назоратӣ ва фошшуда осеби мембранаро нишон дод.
Маълумот дар бораи хосиятҳои физикию химиявии EWNS-и оптимизатсияшуда дар маҷмӯъ нишон медиҳанд, ки хосиятҳо (заряди сатҳӣ ва миқдори ROS)-и EWNS дар муқоиса бо маълумоти ибтидоии EWNS-и қаблан нашршуда ба таври назаррас беҳтар шудаанд8,9,10,11. Аз тарафи дигар, андозаи онҳо дар диапазони нанометрӣ боқӣ монд, ки ба натиҷаҳои қаблан гузоришшуда хеле монанд буд ва ба онҳо имкон дод, ки муддати тӯлонӣ дар ҳаво бимонанд. Полидисперсии мушоҳидашударо метавон бо тағйироти заряди сатҳӣ, ки андозаи EWNS, тасодуфии таъсири Рейлей ва эҳтимолияти муттаҳидшавӣ муайян мекунанд, шарҳ дод. Аммо, тавре ки Нилсен ва дигарон 22 муфассал шарҳ додаанд, заряди баланди сатҳӣ бухоршавиро тавассути афзоиши самараноки энергияи сатҳӣ/шиддати қатраи об коҳиш медиҳад. Дар нашрияи қаблии мо8 ин назария барои микроқатраҳо 22 ва EWNS ба таври таҷрибавӣ тасдиқ карда шуд. Талафоти заряд ҳангоми вақти изофӣ инчунин метавонад ба андоза таъсир расонад ва ба тақсимоти андозаи мушоҳидашуда мусоидат кунад.