Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Реҷаи Мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
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, аз намудҳои оксигени реактивӣ (ROS) бой аст, ки метавонанд бо як қатор микроорганизмҳо, аз ҷумла патогенҳои ғизоӣ, ҳамкорӣ кунанд ва ғайрифаъол кунанд. Дар ин ҷо нишон дода шудааст, ки хосиятҳои онҳо ҳангоми синтез метавонанд барои беҳтар кардани потенсиали зиддибактериявии онҳо дақиқ 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 анҷом дода шуд. Илова бар ин, микроорганизмҳои ғизоӣ, аз қабили Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocua, Mycobacterium para fortium ва Saccharomyces cerevisiae, барои арзёбии потенсиали ғайрифаъолшавии микробҳои онҳо ба сатҳи помидорҳои органикии ангур ворид карда шуданд. Натиҷаҳои дар ин ҷо пешниҳодшуда нишон медиҳанд, ки хосиятҳои EWNS-ро ҳангоми синтез дақиқ танзим кардан мумкин аст, ки боиси афзоиши экспоненсиалии самаранокии ғайрифаъолшавӣ мегардад. Аз ҷумла, заряди сатҳӣ чор маротиба афзоиш ёфт ва миқдори ROS зиёд шуд. Суръати хориҷ кардани микробҳо аз микробҳо вобаста буд ва пас аз 45 дақиқаи таъсири вояи аэрозолии 40,000 #/см3 EWNS аз 1.0 то 3.8 log буд.
Олудашавии микробҳо сабаби асосии бемориҳои аз хӯрокворӣ ба вуҷуд омада мебошад, ки аз ворид шудани патогенҳо ё токсинҳои онҳо ба вуҷуд меояд. Бемориҳои аз хӯрокворӣ танҳо дар Иёлоти Муттаҳида ҳар сол боиси тақрибан 76 миллион беморӣ, 325,000 бистарӣ шудан дар беморхона ва 5000 фавт мегарданд1. Илова бар ин, Вазорати кишоварзии Иёлоти Муттаҳида (USDA) тахмин мезанад, ки истеъмоли афзояндаи маҳсулоти тару тоза сабаби 48 фоизи ҳамаи бемориҳои аз хӯрокворӣ ба қайд гирифташуда дар Иёлоти Муттаҳида мебошад2. Арзиши беморӣ ва марг аз патогенҳои аз хӯрокворӣ ба вуҷуд омада дар Иёлоти Муттаҳида хеле баланд аст, ки аз ҷониби Марказҳои назорат ва пешгирии бемориҳо (CDC) беш аз 15,6 миллиард доллари ИМА дар як сол арзёбӣ шудааст3.
Дар айни замон, дахолатҳои зиддимикробӣ бо кимиёвӣ4, радиатсионӣ5 ва термик6 барои таъмини бехатарии хӯрокворӣ асосан дар нуқтаҳои маҳдуди назорати муҳим (CCP) дар занҷири истеҳсолӣ (одатан пас аз ҷамъоварӣ ва/ё ҳангоми бастабандӣ) амалӣ карда мешаванд, на ин ки пайваста ба тарзе амалӣ карда мешаванд, ки маҳсулоти тару тоза ба ифлосшавии салибӣ дучор шавад7. Дахолатҳои зиддимикробӣ барои назорати беҳтари бемориҳои аз хӯрокворӣ ва вайроншавии хӯрокворӣ заруранд ва имкони татбиқ дар тамоми континууми аз хоҷагӣ то мизро доранд. Таъсир ва арзиши камтар.
Ба наздикӣ платформаи зиддимикробӣ, ки ба нанотехнология асос ёфтааст, барои ғайрифаъол кардани бактерияҳо дар сатҳҳо ва ҳаво бо истифода аз наносохторҳои сунъии об (EWNS) таҳия шудааст. Барои синтези EVNS ду раванди мувозӣ истифода шуданд: электроспрей ва ионизатсияи об (Расми 1a). Қаблан нишон дода шуда буд, ки EWNS дорои маҷмӯи беназири хосиятҳои физикӣ ва биологӣ мебошад8,9,10. EWNS ба ҳисоби миёна 10 электрон дар як сохтор ва андозаи миёнаи нанометр 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 дорад. EWNS муддати тӯлонӣ дар ҳаво монд ва метавонад бо микробҳое, ки дар ҳаво овезон ва дар сатҳҳо мавҷуданд, бархӯрд кунад, бори ROS-и худро расонад ва боиси ғайрифаъолшавии микробҳо гардад (Расми 1d). Ин таҳқиқоти қаблӣ инчунин нишон доданд, ки EWNS метавонад бо бактерияҳои гуногуни грамманфӣ ва грамманфии дорои аҳамияти саломатии ҷамъиятӣ, аз ҷумла микобактерияҳо, дар сатҳҳо ва ҳаво ҳамкорӣ кунад ва онҳоро ғайрифаъол созад8,9. 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 намегардад8.
(а) Электропрошивӣ вақте рух медиҳад, ки шиддати баланд байни капилляри дорои моеъ ва электроди муқобил истифода мешавад. (б) Истифодаи шиддати баланд боиси ду падидаи гуногун мегардад: (i) электропошии об ва (ii) тавлиди намудҳои (ионҳои) оксигени реактивӣ, ки дар EWNS банд мондаанд. (в) Сохтори беназири EWNS. (г) EWNS аз сабаби хусусияти наномасштабии худ хеле ҳаракаткунандаанд ва метавонанд бо патогенҳои ҳавоӣ ҳамкорӣ кунанд.
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 сатҳи EWNS метавонад дар якҷоягӣ бо майдони электрикӣ барои интиқоли мақсаднок истифода шавад. Муҳимтар аз ҳама, натиҷаи умедбахши ибтидоии тақрибан 1.4 log коҳиши фаъолияти помидори органикӣ бар зидди микроорганизмҳои гуногуни ғизоӣ, ба монанди E. coli ва Listeria, дар давоми 90 дақиқа пас аз таъсири EWNS бо консентратсияи тақрибан 50,000#/cm311 мушоҳида шуд. Илова бар ин, санҷишҳои арзёбии органолептикии пешакӣ дар муқоиса бо помидори назоратӣ ягон таъсири органолептикӣ нишон надоданд. Гарчанде ки ин натиҷаҳои ибтидоии ғайрифаъолкунӣ бехатарии хӯроквориро ҳатто дар вояҳои хеле пасти EWNS 50,000#/cc ваъда медиҳанд. нигаред, маълум аст, ки потенсиали баланди ғайрифаъолкунӣ барои коҳиш додани минбаъдаи хатари сироят ва вайроншавӣ муфидтар хоҳад буд.
Дар ин ҷо, мо таҳқиқоти худро ба таҳияи платформаи тавлиди EWNS барои танзими дақиқи параметрҳои синтез ва беҳсозии хосиятҳои физикию химиявии EWNS барои баланд бардоштани потенсиали зиддибактериявии онҳо равона хоҳем кард. Аз ҷумла, беҳсозӣ ба афзоиши заряди сатҳии онҳо (барои беҳтар кардани интиқоли мақсаднок) ва миқдори ROS (барои беҳтар кардани самаранокии ғайрифаъолкунӣ) тамаркуз кардааст. Тавсифи хосиятҳои физикию химиявии беҳсозии онҳо (андоза, заряд ва миқдори ROS) бо истифода аз усулҳои муосири таҳлилӣ ва бо истифода аз микроорганизмҳои маъмули ғизоӣ, ба монанди E. coli, S. enterica, L. innocua, S. cerevisiae ва M. parafortuitum.
EVNS бо роҳи электропошидани ҳамзамони оби тозаи баланд (18 MΩ см–1) синтез карда шуд. Атомизатори барқӣ 12 одатан барои атомизатсияи моеъҳо ва зарраҳои полимерӣ ва сафолии синтетикӣ 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 мешавад. Дар ин раванд ду падидаи гуногун рух медиҳанд: 1) электроспрей ва 2) 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 мувофиқи назарияи Рейлей16 ба зарраҳои хурдтар тақсим мешаванд. Дар айни замон, майдони қавии электрикӣ боиси тақсим шудани баъзе аз молекулаҳои об ва ҷудо кардани электронҳо мегардад (ионизатсия), ки бо ин васила миқдори зиёди намудҳои реактивии оксиген (ROS)17 ба вуҷуд меорад. Бастаҳои ROS18, ки ҳамзамон тавлид шудаанд, дар EWNS ҷойгир карда шуданд (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) дода шуд. Тавре ки дар расми 2b нишон дода шудааст, ҷараёни об аз ҷониби фишори ҳаво дар дохили шиша идора карда мешавад. Сӯзан ба консоли тефлонӣ пайваст карда шудааст, ки онро метавон дастӣ дар масофаи муайян аз электроди муқобил танзим кард. Электроди муқобил як диски алюминии сайқалёфта бо сӯрохие дар мобайн барои намунагирӣ аст. Дар зери электроди муқобил як воронкаи намунагирии алюминий ҷойгир аст, ки тавассути порти намунагирӣ ба боқимондаи таҷҳизоти таҷрибавӣ пайваст карда шудааст (расми 2b). Ҳамаи ҷузъҳои намунагирӣ ба таври барқӣ ба замин пайваст карда шудаанд, то аз ҷамъшавии заряд, ки метавонад намунагирии зарраҳоро бад кунад, пешгирӣ карда шаванд.
(а) Системаи тавлиди наносохтори обии муҳандисӣ (EWNS). (б) Буриши намунагир ва дастгоҳи 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. Аломатҳои [V (kV), L (cm)] барои нишон додани комбинатсияҳои гуногун истифода мешаванд. Ҷараёни обро барои ба даст овардани конуси устувори Тейлор бо маҷмӯи муайян [V, L] танзим кунед. Барои мақсадҳои ин таҳқиқот, диафрагмаи электроди муқобил (D) дар 0,5 дюйм (1,29 см) муқаррар карда 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 андозаи зарраҳои сканкунанда (SMPS, модели 3936, TSI, Shoreview, Миннесота) пайваст карда шуд, то консентратсияи шумораи зарраҳоро чен кунад ва бо электрометри аэрозолии Фарадей (TSI, модели 3068B, Shoreview, ИМА) истифода шуд, чунон ки дар нашрияи қаблии мо тавсиф шудааст9. Ҳам SMPS ва ҳам электрометри аэрозол бо суръати ҷараёни 0,5 л/дақ (ҷараёни умумии намуна 1 л/дақ) намуна гирифтанд. Консентратсияи зарраҳо ва ҷараёни аэрозол барои 120 сония чен карда шуданд. Андозагириро 30 маротиба такрор кунед. Заряди умумии аэрозол аз андозагириҳои ҷорӣ ҳисоб карда мешавад ва заряди миёнаи EWNS аз шумораи умумии зарраҳои EWNS, ки намуна гирифта шудаанд, ҳисоб карда мешавад. Арзиши миёнаи EWNS-ро бо истифода аз муодилаи (1) ҳисоб кардан мумкин аст:
ки дар он IEl ҷараёни ченшуда, NSMPS консентратсияи рақамӣ мебошад, ки бо SMPS чен карда мешавад ва φEl суръати ҷараён ба 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. Суръати сканкунии AFM 1 Гц ва майдони сканкунӣ 5 µm×5 µm бо 256 хати сканкунӣ мебошад. Ҳамаи тасвирҳо бо истифода аз нармафзори Asylum (ниқоб бо диапазони 100 нм ва остонаи 100 pm) ба ҳамоҳангсозии тасвири тартиби аввал дучор карда шуданд.
Қифи намунагириро гиред ва сатҳи слюдаро дар масофаи 2,0 см аз электроди муқобил ба муддати миёнаи 120 сония ҷойгир кунед, то аз якҷояшавии зарраҳо ва пайдоиши қатраҳои номунтазам дар сатҳи слюда пешгирӣ карда шавад. EWNS мустақиман ба сатҳҳои слюдаи навбуридашуда (Тед Пелла, Реддинг, Калифорния) татбиқ карда шуд. Фавран пас аз пошидан, сатҳи слюда бо истифода аз AFM тасвир карда шуд. Кунҷи тамос бо сатҳи слюдаи навбуридашуда ва бетағйир ба 0° наздик аст, аз ин рӯ EWNS дар сатҳи слюда дар шакли гунбаздор паҳн мешавад20. Диаметри (а) ва баландии (h) қатраҳои паҳншаванда мустақиман аз топографияи AFM чен карда шуданд ва барои ҳисоб кардани ҳаҷми диффузияи гунбаздор EWNS бо истифода аз усули қаблан тасдиқшудаи мо8 истифода шуданд. Бо фарз кардани он, ки EVNS-и дар киштӣ мавҷудбуда ҳамон ҳаҷм дорад, диаметри эквивалентро аз муодилаи (2) ҳисоб кардан мумкин аст:
Мувофиқи усули қаблан таҳияшудаи мо, барои муайян кардани мавҷудияти миёнаравҳои радикалии кӯтоҳмуддат дар EWNS аз домҳои спин-резонанси электрон (ESR) истифода шуд. Аэрозолҳо аз маҳлуле, ки дорои 235 мМ DEPMPO (5-(диэтоксифосфорил)-5-метил-1-пирролин-N-оксид) (Oxis International Inc., Портленд, Орегон) буд, гузаронида шуданд. Ҳамаи андозагириҳои EPR бо истифода аз спектрометри Bruker EMX (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ИМА) ва массивҳои ҳуҷайраҳои ҳамвор анҷом дода шуданд. Барои ҷамъоварӣ ва таҳлили маълумот нармафзори Acquisit (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ИМА) истифода шуд. Тавсифи ROS танҳо барои маҷмӯи шароити корӣ [-6.5 кВ, 4.0 см] анҷом дода шуд. Консентратсияи EWNS бо истифода аз SMPS пас аз ба назар гирифтани 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 андозагирӣ миёнаи андозагирӣ ва хатогии андозагирӣ инҳирофи стандартӣ мебошад. Барои муқоисаи арзиши атрибути EWNS-и оптимизатсияшуда бо арзиши мувофиқи EWNS-и асосӣ санҷиши t гузаронида шуд.
Расми 2c системаи интиқоли боришоти электростатикии қаблан таҳияшуда ва тавсифшударо нишон медиҳад, ки метавонад барои ҳадафгирии EWNS11 ба сатҳҳо истифода шавад. EPES аз заряди EWNS дар якҷоягӣ бо майдони қавии электрикӣ барои "нишон додан" мустақиман ба сатҳи ҳадаф истифода мебарад. Тафсилоти системаи EPES дар нашрияи ахири Pyrgiotakis et al.11 пешниҳод шудааст. Ҳамин тариқ, EPES аз камераи чопшудаи PVC-и 3D бо нӯгҳои конусшакл иборат аст, ки дорои ду лавҳаи металлии пӯлоди зангногири мувозӣ (пӯлоди зангногири 304, пӯлоди зангногир, сайқалёфтаи оина) дар миёна бо масофаи 15,24 см аз ҳам ҷудо мебошанд. Тахтаҳо ба манбаи берунаи шиддати баланд (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) пайваст карда шуда буданд, тахтаи поёнӣ ҳамеша мусбат буд ва тахтаи болоӣ ҳамеша заминӣ (шинокунанда) буд. Деворҳои камера бо фолгаи алюминии пӯшонида шудаанд, ки барои пешгирии талафоти зарраҳо ба таври электрикӣ заминӣ карда шудааст. Камера дорои дарвозаи боркунии пеши мӯҳршуда мебошад, ки имкон медиҳад сатҳҳои озмоишӣ дар рафҳои пластикӣ ҷойгир карда шаванд ва онҳоро аз табақи металлии поёнӣ бардоранд, то аз дахолати шиддати баланд пешгирӣ кунанд.
Самаранокии ҷойгиркунии EWNS дар EPES мувофиқи протоколи қаблан таҳияшуда, ки дар расми иловагии S111 муфассал шарҳ дода шудааст, ҳисоб карда шуд.
Ҳамчун камераи идоракунӣ, ҷараёни дуюм тавассути камераи силиндрӣ бо истифода аз филтри миёнаравии HEPA барои тоза кардани EWNS силсила ба системаи EPES пайваст карда мешавад. Тавре ки дар расми 2c нишон дода шудааст, аэрозоли EWNS тавассути ду камераи силсила ба ҳам пайвастшуда интиқол дода шуд. Филтр байни утоқи идоракунӣ ва EPES ҳама гуна EWNS-и боқимондаро хориҷ мекунад, ки дар натиҷа ҳарорат (T), намии нисбӣ (RH) ва сатҳи озон яксон мешавад.
Муайян карда шудааст, ки микроорганизмҳои муҳими ғизоӣ маҳсулоти тару тозаро, аз қабили Escherichia coli (ATCC #27325), нишондиҳандаи наҷосат, Salmonella enterica (ATCC #53647), патогени ғизоӣ, Listeria innocua (ATCC #33090), алтернатива ба Listeria monocytogenes патогенӣ, олуда мекунанд. , Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098) ҳамчун алтернатива ба хамиртуруши вайроншаванда ва Mycobacterium parafortuitous (ATCC #19686) ҳамчун бактерияҳои зиндаи тобовартар аз ATCC (Manassas, Вирҷиния) харидорӣ карда шуданд.
Қуттиҳои помидори ангурии органикиро аз бозори маҳаллии худ тасодуфан харед ва то истифода (то 3 рӯз) дар яхдон дар ҳарорати 4°C нигоҳ доред. Помидорҳоро барои таҷриба бо як андоза, тақрибан 1/2 дюйм, интихоб кунед.
Протоколҳои инкубатсия, эмгузаронӣ, таъсиррасонӣ ва ҳисобкунии колонияҳо дар нашрияҳои қаблии мо муфассал шарҳ дода шуда, дар Маълумоти иловагӣ 11 муфассал шарҳ дода шудаанд. Фаъолияти EWNS бо роҳи таъсири помидорҳои эмгузаронидашуда ба 40,000 #/cm3 барои 45 дақиқа арзёбӣ карда шуд. Хулоса, дар вақти t = 0 дақиқа, се помидор барои арзёбии микроорганизмҳои зиндамонда истифода шуданд. Се помидор дар EPES ҷойгир карда шуданд ва ба EWNS бо 40,000 #/cm (помидорҳои EWNS-и таъсиррасон) таъсир расонида шуданд ва се помидори дигар дар камераи назоратӣ (помидорҳои назоратӣ) ҷойгир карда шуданд. Ҳеҷ яке аз гурӯҳҳои помидор ба коркарди иловагӣ дучор нашуданд. Помидорҳои EWNS-и таъсиррасон ва назоратӣ пас аз 45 дақиқа барои арзёбии таъсири EWNS хориҷ карда шуданд.
Ҳар як таҷриба се маротиба гузаронида шуд. Таҳлили маълумот мувофиқи протоколе, ки дар Маълумоти иловагӣ тавсиф шудааст, анҷом дода шуд.
Намунаҳои бактериявии E. coli, Enterobacter ва L. innocua, ки ба EWNS дучор шудаанд (45 дақиқа, консентратсияи аэрозоли EWNS 40,000 #/см3) ва дар ҳолати фошнашуда барои арзёбии механизмҳои ғайрифаъолшавӣ бо гранулаҳо пошида шуданд. Чопиш барои 2 соат дар ҳарорати хонагӣ дар маҳлули 0.1 М натрий какодилат (рН 7.4) бо фиксатори 2.5% глутаральдегид, 1.25% параформальдегид ва 0.03% кислотаи пикрик фиксатсия карда шуданд. Пас аз шустан, онҳо бо тетроксиди 1% осмий (OsO4)/1.5% калий ферроцианид (KFeCN6) барои 2 соат фиксатсия карда шуданд, 3 маротиба бо об шуста шуданд ва дар 1% уранил ацетат барои 1 соат инкубатсия карда шуданд, сипас ду маротиба бо об шуста шуданд. Баъдан, 10 дақиқа хушккунӣ аз 50%, 70%, 90%, 100% спирт. 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 донадори хушкшуда бурида ва аз ҷониби TEM бо истифода аз JEOL 1200EX (JEOL, Токио, Ҷопон), микроскопи анъанавии электронии интиқолӣ, ки бо камераи CCD AMT 2k (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, MA, ИМА) муҷаҳҳаз шудааст, визуализатсия карда шуд.
Ҳамаи таҷрибаҳо се маротиба гузаронида шуданд. Барои ҳар як нуқтаи вақт, шустани бактерияҳо се маротиба ҷамъ карда шуданд, ки дар натиҷа дар як нуқта нӯҳ нуқтаи додаҳо ба даст оварда шуданд, ки миёнаи он ҳамчун консентратсияи бактериявӣ барои он организми 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 таназзули табиии бактерияҳо дар давраи таъсири 45-дақиқаӣ, Log-Reduce низ дар муқоиса бо гурӯҳи назоратӣ дар 45 дақиқа чунин ҳисоб карда шуд:
Дар ин ҷо 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 пурра ду ҳолат интихоб карда шуданд, ки хосиятҳои устувор ва такроршавандаро нишон медиҳанд (конуси Тейлор, истеҳсоли EWNS ва устуворӣ дар тӯли вақт). Дар расми 3 натиҷаҳо дар бораи заряд, андоза ва мундариҷаи ROS барои ду ҳолат нишон дода шудаанд. Натиҷаҳо инчунин дар Ҷадвали 1 ҷамъбаст шудаанд. Барои истинод, Расми 3 ва Ҷадвали 1 хосиятҳои қаблан синтезшудаи ғайриоптимизатсияшудаи EWNS8, 9, 10, 11 (EWNS-и асосӣ)-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 таҳқиқотро дар бораи таъсири диаметри сӯрохи намунагирии электроди муқобил (D) ва масофа байни электроди заминӣ ва нӯги сӯзан (L) дар бар мегиранд (Расмҳои иловагӣ S2 ва S3).
(a–c) Тақсимоти андозаи AFM. (d – f) Хусусияти заряди сатҳӣ. (g) Тавсифи ROS ва ESR.
Инчунин қайд кардан муҳим аст, ки барои ҳамаи шароити дар боло зикршуда, ҷараёнҳои ионизатсияи ченшуда дар диапазони 2-6 µA ва шиддатҳо дар диапазони -3.8 то -6.5 кВ буданд, ки боиси истеъмоли қувваи барқ ​​барои ин модули тавлиди EWNS-и яктерминалӣ 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. Майдонҳо мувофиқи сенарияҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см] мутаносибан ҳамчун 2 × 105 В/м ва 4.7 × 105 В/м ҳисоб карда мешаванд. Инро интизор шудан мумкин аст, зеро дар ҳолати дуюм нисбати шиддат ба масофа хеле баландтар аст.
Дар расми 3a,b диаметри EWNS, ки бо AFM8 чен карда шудааст, нишон дода шудааст. Диаметрҳои миёнаи EWNS барои сенарияҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см] мутаносибан 27 нм ва 19 нм ҳисоб карда шуданд. Инҳирофи стандартии геометрии тақсимот барои ҳолатҳои [-6.5 кВ, 4.0 см] ва [-3.8 кВ, 0.5 см] 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, ки мутаносибан 25 нм ва 1.41 мебошанд. 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 шудааст. 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. Дар муқоиса бо EWNS-и асосӣ (10 ± 2 e-), заряди сатҳии онҳо ба таври назаррас баландтар аст, ки ду маротиба аз сенарияи [-6.5 кВ, 4.0 см] ва чор маротиба аз сенарияи [-3.8 кВ, 0.5 см] зиёдтар аст. 3f маълумоти асосии пардохти EWNS-ро нишон медиҳад.
Аз харитаҳои консентратсияи рақамҳои EWNS (Расмҳои иловагӣ S5 ва S6) дидан мумкин аст, ки манзараи [-6.5 кВ, 4.0 см] нисбат ба манзараи [-3.8 кВ, 0.5 см] шумораи зарраҳои хеле зиёдтар дорад. Ҳамчунин бояд қайд кард, ки консентратсияи рақамҳои EWNS то 4 соат назорат карда шуд (Расмҳои иловагӣ S5 ва S6), ки дар он устувории тавлиди EWNS дар ҳарду ҳолат сатҳҳои якхелаи консентратсияи рақамҳои зарраҳоро нишон дод.
Расми 3g спектри EPR-ро пас аз тарҳи назоратӣ (замина) барои EWNS-и оптимизатсияшуда дар [-6.5 кВ, 4.0 см] нишон медиҳад. Спектри ROS инчунин бо хатти ибтидоии EWNS дар мақолаи қаблан нашршуда муқоиса карда мешавад. Шумораи ҳисобшудаи EWNS, ки бо домҳои спинӣ реаксия мекунад, 7.5 × 104 EWNS/с аст, ки ба хатти ибтидоии EWNS8-и қаблан нашршуда монанд аст. Спектрҳои EPR мавҷудияти ду намуди ROS-ро ба таври возеҳ нишон доданд, ки дар он O2- бартарӣ дошт, дар ҳоле ки OH• миқдори камтар дошт. Илова бар ин, муқоисаи мустақими шиддатҳои қулла нишон дод, ки EWNS-и оптимизатсияшуда дар муқоиса бо EWNS-и ибтидоӣ миқдори хеле баланди ROS дошт.
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 буд. Одатан, 3.0 кВ барои ноил шудан ба ҷойгиркунии 100% новобаста аз тағирёбии заряди сатҳӣ кофӣ аст. Дар ҳамон шароит, самаранокии ҷойгиркунии Baseline-EWNS танҳо 56% буд, зеро заряди пасттар (ба ҳисоби миёна 10 электрон барои як EWNS) аст.
Дар расми 5 ва ҷадвали 2 дараҷаи ғайрифаъолшавии микроорганизмҳое, ки дар сатҳи помидор пас аз таъсири тақрибан 40,000 #/см3 EWNS барои 45 дақиқа дар сенарияи оптималӣ [-6.5 кВ, 4.0 см] сироят карда шудаанд, ҷамъбаст карда шудааст. E. coli ва L. innocua-и сироятёфта пас аз 45 дақиқаи таъсири 3.8 лога коҳиши назаррас нишон доданд. Дар ҳамон шароит, S. enterica коҳиши камтари логаро 2.2 лога нишон дод, дар ҳоле ки S. cerevisiae ва M. parafortuitum коҳиши 1.0 логаро нишон доданд.
Микрографҳои электронӣ (Расми 6) тағйироти ҷисмонии аз ҷониби EWNS дар ҳуҷайраҳои E. coli, Salmonella enterica ва L. innocua ба вуҷуд омадаро нишон медиҳанд, ки боиси ғайрифаъолшавӣ мегарданд. Бактерияҳои назоратӣ мембранаҳои ҳуҷайраро нишон доданд, дар ҳоле ки бактерияҳои фошшуда мембранаҳои беруниро вайрон кардаанд.
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 хосиятҳои EWNS (заряди сатҳӣ ва миқдори ROS) дар муқоиса бо маълумоти ибтидоии қаблан нашршудаи EWNS ба таври назаррас беҳтар шудаанд8,9,10,11. Аз тарафи дигар, андозаи онҳо дар диапазони нанометр боқӣ монд, ки ба натиҷаҳои қаблан нашршуда хеле монанд аст ва ба онҳо имкон медиҳад, ки муддати тӯлонӣ дар ҳаво бимонанд. Полидисперсии мушоҳидашударо метавон бо тағйирот дар заряди сатҳӣ шарҳ дод, ки бузургии таъсири Рейлей, тасодуфӣ ва эҳтимолияти якҷояшавии EWNS-ро муайян мекунанд. Аммо, тавре ки Нилсен ва дигарон муфассал шарҳ додаанд.22, заряди баланди сатҳӣ бухоршавиро тавассути афзоиши самараноки энергияи сатҳӣ/шиддати қатраи об коҳиш медиҳад. Ин назария барои микроқатраҳо22 ва EWNS дар нашрияи қаблии мо8 ба таври таҷрибавӣ тасдиқ карда шуд. Аз даст додани вақти изофӣ инчунин метавонад ба андоза таъсир расонад ва ба тақсимоти андозаи мушоҳидашуда мусоидат кунад.
Илова бар ин, заряди ҳар як сохтор вобаста ба шароит тақрибан 22–44 e- аст, ки дар муқоиса бо EWNS-и асосӣ, ки заряди миёнаи 10 ± 2 электрон дар як сохтор дорад, ба таври назаррас баландтар аст. Аммо, бояд қайд кард, ки ин заряди миёнаи EWNS аст. Сето ва ҳамкорон нишон доданд, ки заряд яксон нест ва тақсимоти логарифмии муқаррариро риоя мекунад21. Дар муқоиса бо кори қаблии мо, ду баробар зиёд кардани заряди сатҳӣ самаранокии таҳшиншавиро дар системаи EPES то қариб 100%11 ду баробар мекунад.