Nature.com saýtyna gireniňiz üçin sag boluň. Ulanýan brauzeriňiziň wersiýasynda CSS goldawy çäkli. Iň gowy tejribe üçin täzelenen brauzer ulanmagyňyzy maslahat berýäris (ýa-da Internet Explorer-de Gatnaşyklyk Režimini öçüriň). Şol bir wagtyň özünde, yzygiderli goldawy üpjün etmek üçin saýty stillersiz we JavaScript-siz görkezeris.
Ýakynda, emeli suw nanostrukturalaryny (EWNS) ulanýan nanotexnologiýa esasynda himiki maddalardan azat antimikrob platformasy işlenip düzüldi. EWNS-leriň ýüzleý zarýady ýokary we iýmit arkaly geçýän kesel döredijiler bilen birlikde birnäçe mikroorganizmler bilen özara täsirleşip we olary işjeňsizleşdirip bilýän reaktiv kislorod görnüşleri (ROS) bilen doýgundyr. Bu ýerde olaryň sintez wagtyndaky häsiýetleriniň antibakterial mümkinçiliklerini has-da ýokarlandyrmak üçin kämilleşdirilip we optimizirlenip bilinjekdigi görkezilýär. EWNS laboratoriýa platformasy sintez parametrlerini üýtgetmek arkaly EWNS-iň häsiýetlerini kämilleşdirip, kämilleşdirmek üçin döredildi. EWNS häsiýetleriniň (zarýady, ROS-yň ululygy we mazmuny) häzirki zaman analitik usullary arkaly häsiýetlendirilmegi. Mundan başga-da, olar Escherichia coli, Salmonella enterica, Listeria innocuous, Mycobacterium paraaccidentum we Saccharomyces cerevisiae ýaly iýmit arkaly geçýän mikroorganizmlere garşy mikrobial işjeňsizleşdirme mümkinçilikleri üçin bahalandyryldy. Bu ýerde görkezilen netijeler EWNS-iň häsiýetleriniň sintez wagtynda kämilleşdirilip bilinjekdigini, netijede işjeňsizleşdirme netijeliliginiň eksponensial ýokarlanýandygyny görkezýär. Hususan-da, ýüzleý zarýady dört esse artdy we reaktiv kislorod görnüşleri artdy. Mikroblaryň aýrylma tizligi mikroblara baglydy we 40,000 #/cc EWNS aerozol dozasyna 45 minut täsir edilenden soň 1,0-dan 3,8 log-a çenli üýtgedi.
Mikrob hapalanmagy kesel döredijileriň ýa-da olaryň toksinleriniň iýilmeginden ýüze çykýan iýmit arkaly geçýän keselleriň esasy sebäbidir. Diňe Birleşen Ştatlarda iýmit arkaly geçýän keseller her ýyl takmynan 76 million kesele, 325,000 hassahana ýerleşdirilmegine we 5000 ölüme sebäp bolýar1. Mundan başga-da, Birleşen Ştatlaryň Oba hojalyk ministrligi (USDA) täze önümleriň sarp edilişiniň artmagynyň Birleşen Ştatlarda habar berlen ähli iýmit arkaly geçýän keselleriň 48% -ine sebäp bolýandygyny çaklaýar2. Birleşen Ştatlarda iýmit arkaly geçýän kesel döredijileriň döredýän keselleriniň we ölümleriniň çykdajylary örän ýokary, Keselleriň öňüni almak we gözegçilik etmek merkezleri (CDC) tarapyndan ýylda 15,6 milliard ABŞ dollaryndan gowrak diýlip çaklanylýar3.
Häzirki wagtda azyk howpsuzlygyny üpjün etmek üçin himiki4, radiasiýa5 we termal6 antimikrob çäreleri, esasan, önümçilik zynjyrynyň ugrunda (köplenç hasyl ýygnalandan soň we/ýa-da gaplama wagtynda) üznüksiz däl-de, çäkli möhüm gözegçilik nokatlarynda (KKN) geçirilýär. Şonuň üçin olar özara hapalanmaga meýilli bolýarlar. 7. Azyk arkaly geçýän keselleriň we azyk zaýalanmagynyň has gowy gözegçiligi üçin daşky gurşawa täsiri we çykdajylary azaldyp, fermadan stola çenli dowamlylykda ulanylyp bilinjek antimikrob çäreleri talap edilýär.
Ýakynda, emeli suw nanostrukturalaryny (EWNS) ulanyp, ýerüsti we howadaky bakteriýalary işjeňsizleşdirip bilýän himiki maddalardan azat, nanotexnologiýa esasyndaky antimikrob platformasy işlenip düzüldi. EWNS iki parallel proses, elektrospreý we suw ionlaşdyrmasy arkaly sintez edildi (1a surat). Öňki barlaglar EWNS-iň özboluşly fiziki we biologik häsiýetleriniň bardygyny görkezdi8,9,10. EWNS-iň her gurluşda ortaça 10 elektrony we ortaça nanosölçeg ululygy 25 nm (1b,c surat)8,9,10. Mundan başga-da, elektron spin rezonansy (ESR) EWNS-iň köp mukdarda reaktiv kislorod görnüşlerini (ROS), esasan gidroksil (OH•) we superoksid (O2-) radikallaryny öz içine alýandygyny görkezdi (1c surat)8. EVNS howada uzak wagtlap bolýar we howada asylgy duran we ýerüsti bolan mikroorganizmler bilen çaknyşyp, olaryň ROS ýüküni berip we mikroorganizmleriň işjeňsizleşdirilmegine sebäp bolup biler (1d surat). Bu irki barlaglar şeýle hem EWNS-iň ýüzlerde we howada dürli gram-negatiw we gram-pozitiw bakteriýalar, şol sanda mikobakteriýalar bilen özara täsirleşip we olary işjeňsizleşdirip bilýändigini görkezdi. Geçiriji elektron mikroskopiýasy işjeňsizleşdirmegiň öýjük membranasynyň bozulmagy sebäpli ýüze çykandygyny görkezdi. Mundan başga-da, ýiti dem alyş barlaglary EWNS-iň ýokary dozasynyň öýkene zyýan ýetirmeýändigini ýa-da iltihaplanma döretmeýändigini görkezdi 8.
(a) Elektrospreý suwuklyk saklaýan kapillýar turba bilen garşy elektrodyň arasynda ýokary naprýaženiýe ulanylanda ýüze çykýar. (b) Ýokary basyşyň ulanylmagy iki dürli hadysanyň ýüze çykmagyna getirýär: (i) suwuň elektrospreýlenmegi we (ii) EWNS-de gabalan reaktiw kislorod görnüşleriniň (ionlarynyň) emele gelmegi. (c) EWNS-iň özboluşly gurluşy. (d) Nanoölçegli tebigaty sebäpli EWNS örän hereketli we howa arkaly ýaýraýan kesel döredijiler bilen özara täsirleşip bilýär.
EWNS antimikrob platformasynyň täze iýmitleriň ýüzündäki iýmit arkaly geçýän mikroorganizmleri işjeňsizleşdirmek ukyby ýakynda görkezildi. Şeýle hem, EWNS-iň elektrik meýdany bilen bilelikde ýüz zarýadynyň maksatly eltmä ýetmek üçin ulanylyp bilinjekdigi görkezildi. Mundan başga-da, organiki pomidorlar üçin takmynan 50,000 #/sm3 EWNS-de 90 minut täsir edilenden soň deslapky netijeler ruhlandyryjy boldy, E. coli we Listeria 11 ýaly dürli iýmit arkaly geçýän mikroorganizmler syn edildi. Mundan başga-da, deslapky organoleptik synaglar gözegçilik pomidorlary bilen deňeşdirilende hiç hili duýgy täsirini görkezmedi. Bu başlangyç işjeňsizleşdirme netijeleri iýmit howpsuzlygy üçin 50,000 #/sm3 örän pes EWNS dozalarynda hem ruhlandyryjy bolsa-da, ýokary işjeňsizleşdirme mümkinçiliginiň ýokançlyk we zaýalanma töwekgelçiligini has-da azaltmak üçin has peýdaly boljakdygy aýdyňdyr.
Bu ýerde biz öz ylmy işlerimizi sintez parametrlerini inçe sazlamaga we EWNS-iň fizikohimiki häsiýetlerini optimizirlemäge mümkinçilik berýän EWNS öndürmek platformasynyň işlenip düzülmegine gönükdireris, bu bolsa olaryň antibakterial mümkinçiliklerini ýokarlandyrmak üçin zerurdyr. Hususan-da, optimizasiýa olaryň ýüzleý zarýadyny (maksatly eltmegi gowulandyrmak üçin) we ROS mukdaryny (inaktiwleşdirmegiň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin) artdyrmaga gönükdirildi. Häzirki zaman analitik usullary ulanyp we E. ýaly umumy iýmit mikroorganizmlerini ulanyp, optimizirlenen fiziko-himiki häsiýetlerini (ölçegi, zarýady we ROS mukdary) häsiýetlendiriň.
EVNS ýokary arassa suwuň (18 MΩ sm–1) bir wagtda elektropüskürtmek we ionlaşdyrmak arkaly sintez edildi. Elektrik nebulaýzer 12 adatça suwuklyklary atomlaşdyrmak we gözegçilik edilýän ululykdaky polimer we keramiki bölejikleriň 13 we süýümleriň 14 sintezi üçin ulanylýar.
Öňki neşirleriň 8, 9, 10, 11-de jikme-jik beýan edilişi ýaly, adaty synagda metal kapillýar bilen topraklanan garşy elektrodyň arasynda ýokary naprýaženiýe berildi. Bu prosesde iki dürli hadysa ýüze çykýar: i) elektrospreý we ii) suwuň ionlaşmasy. Iki elektrodyň arasyndaky güýçli elektrik meýdany kondensirlenen suwuň ýüzünde negatiw zarýadlaryň toplanmagyna sebäp bolýar we netijede Teýlor konuslarynyň emele gelmegine getirýär. Netijede, Reýli teoriýasyndaky ýaly16 kiçi bölejiklere bölünmegini dowam etdirýän ýokary zarýadly suw damjalary emele gelýär. Şol bir wagtyň özünde, güýçli elektrik meýdanlary käbir suw molekulalarynyň bölünmegine we elektronlary aýyrmagyna (ionlaşmagyna) sebäp bolýar, bu bolsa köp mukdarda reaktiw kislorod görnüşleriniň (ROS) emele gelmegine getirýär17. Şol bir wagtyň özünde döredilen ROS18 EWNS-de kapsulalaşdyryldy (1c-nji surat).
2a-njy suratda bu gözlegde EWNS sintezinde işlenip düzülen we ulanylan EWNS öndüriş ulgamy görkezilýär. Ýapyk çüýşede saklanýan arassalanan suw Teflon turbasy (içki diametri 2 mm) arkaly 30G poslamaýan polat iňňä (metal kapillýar) berildi. Suwuň akymy çüýşäniň içindäki howa basyşy bilen dolandyrylýar, 2b-nji suratda görkezilişi ýaly. Iňňe Teflon konsola oturdylýar we garşy elektroddan belli bir aralykda el bilen sazlanyp bilner. Garşy elektrod, nusga almak üçin merkezinde deşigi bolan jylaňly alýumin diskdir. Garşy elektrodyň aşagynda alýumin nusga almak üçin huni bar, ol nusga almak üçin port arkaly tejribe gurluşynyň galan bölegine birikdirilendir (2b-nji surat). Nusga alýjysynyň işine päsgel berip biljek zarýadyň toplanmagynyň öňüni almak üçin, ähli nusga alýjy bölekleri elektrik taýdan topraklanypdyr.
(a) Inženerçilik Suw Nanostrukturasyny Öndürmek Ulgamy (EWNS). (b) Iň möhüm parametrleri görkezýän nusga alyjynyň we elektrospreýiň kese-kesişi. (c) Bakteriýalaryň işjeňsizleşdirilmegi üçin tejribe gurluşy.
Ýokarda beýan edilen EWNS öndüriş ulgamy EWNS häsiýetlerini inçe sazlamak üçin esasy iş parametrlerini üýtgedip bilýär. EWNS häsiýetlerini inçe sazlamak üçin ulanylýan naprýaženiýeni (V), iňňe bilen garşy elektrodyň arasyndaky aralygy (L) we kapillýar arkaly suw akymyny (φ) sazlaň. Dürli kombinasiýalary görkezmek üçin ulanylýan simwol: [V (kV), L (sm)]. Belli bir toplumyň durnukly Teýlor konusyny almak üçin suw akymyny sazlaň [V, L]. Bu gözlegiň maksatlary üçin garşy elektrodyň (D) diafragmasynyň diametri 0,5 dýuýmda (1,29 sm) saklandy.
Çäklendirilen geometriýa we assimetriýa sebäpli elektrik meýdanynyň güýjüni ilkinji prinsiplerden hasaplap bolmaýar. Onuň ýerine, elektrik meýdanyny hasaplamak üçin QuickField™ programma üpjünçiligi (Svendborg, Daniýa)19 ulanyldy. Elektrik meýdany birmeňzeş däl, şonuň üçin dürli konfigurasiýalar üçin kapillýaryň ujundaky elektrik meýdanynyň gymmaty salgylanma gymmaty hökmünde ulanyldy.
Barlagyň dowamynda, iňňe bilen garşy elektrodyň arasyndaky naprýaženiýe we aralygyň birnäçe kombinasiýalary Teýlor konusynyň emele gelmegi, Teýlor konusynyň durnuklylygy, EWNS önümçilik durnuklylygy we gaýtalanmagy babatda bahalandyryldy. Dürli kombinasiýalar goşmaça S1 tablisasynda görkezilen.
EWNS öndüriş ulgamynyň çykyşy bölejikleriň sanynyň konsentrasiýasyny ölçemek üçin gönüden-göni Skanirleýji Hereketli Bölejikleriň Ölçegi Analizatoryna (SMPS, Model 3936, TSI, Shoreview, MN), şeýle hem aerozol toklary üçin Aerosol Faraday Elektrometrine (TSI, Model 3068B, Shoreview, MN) birikdirildi. Öňki neşirimizde beýan edilişi ýaly, SMPS we aerozol elektrometri 0,5 L/min akym tizliginde (umumy nusga akymy 1 L/min) nusga alyndy. Bölejikleriň sanynyň konsentrasiýasy we aerozol akymy 120 sekuntlap ​​ölçeldi. Ölçeg 30 gezek gaýtalanýar. Tok ölçeglerine esaslanyp, umumy aerozol zarýady hasaplanýar we saýlanan EWNS bölejikleriniň berlen umumy sany üçin ortaça EWNS zarýady çaklanylýar. EWNS-iň ortaça bahasy (1) deňleme arkaly hasaplanyp bilner:
bu ýerde IEl ölçenen tok, NSMPS SMPS bilen ölçenen sanly konsentrasiýa we φEl her bir elektrometr üçin akym tizligidir.
Otnositel çyglylyk (OH) ýerüsti zarýada täsir edýändigi sebäpli, tejribe dowamynda temperatura we (OH) degişlilikde 21°C we 45% derejesinde sabit saklandy.
EWNS-iň ölçeglerini we ömrüni ölçemek üçin atom güýji mikroskopiýasy (AFM), Asylum MFP-3D (Asylum Research, Santa Barbara, CA) we AC260T zondy (Olympus, Tokio, Ýaponiýa) ulanyldy. AFM skanirleme ýygylygy 1 Gts, skanirleme meýdany 5 μm × 5 μm we 256 skanirleme çyzygy boldy. Ähli suratlar Asylum programma üpjünçiligini ulanyp 1-nji derejeli surat deňleşdirilmegine sezewar edildi (maska ​​diapazony 100 nm, bosaga 100 pm).
Synag woronkasy aýryldy we slýudanyň ýüzi bölejikleriň toplanmagynyň we slýudanyň ýüzünde nädogry damjalaryň emele gelmeginiň öňüni almak üçin garşy elektroddan 2,0 sm uzaklykda 120 sekunt ortaça wagt üçin ýerleşdirildi. EWNS täze kesilen slýudanyň ýüzüne (Ted Pella, Redding, CA) gönüden-göni püskürildi. AFM püskürmesinden derrew soň slýudanyň ýüzüniň suraty. Täze kesilen üýtgedilmedik slýudanyň ýüzüniň degişme burçy 0°-e golaý, şonuň üçin EVNS slýudanyň ýüzünde gümmez görnüşinde paýlanyldy. Diffuziýa damjalarynyň diametri (a) we beýikligi (h) gönüden-göni AFM topografiýasyndan ölçeldi we öň tassyklanan usulymyzy ulanyp, EWNS gümmezli diffuziýa göwrümini hasaplamak üçin ulanyldy. Gämidäki EWNS-leriň birmeňzeş göwrümi bar diýip çaklasak, deň diametr (2) deňleme arkaly hasaplanyp bilner:
Öň işlenip düzülen usulymyza esaslanyp, EWNS-de gysga ömürli radikal aralyklaryň bardygyny anyklamak üçin elektron spin rezonansy (ESR) spin duzagy ulanyldy. Aerozollar 235 mM DEPMPO(5-(dietoksifosforil)-5-metil-1-pirrolin-N-oksid) (Oxis International Inc.) erginini öz içine alýan 650 μm Midget sparger (Ace Glass, Vineland, NJ) arkaly köpürjiklendi. Portland, Oregon). Ähli ESR ölçegleri Bruker EMX spektrometri (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) we tekiz panel öýjük arkaly geçirildi. Maglumatlary ýygnamak we seljermek üçin Acquisit programma üpjünçiligi (Bruker Instruments Inc. Billerica, MA, ABŞ) ulanyldy. ROS-yň häsiýetnamalaryny kesgitlemek diňe iş şertleriniň toplumy üçin geçirildi [-6,5 kV, 4,0 sm]. EWNS konsentrasiýalary EWNS-iň täsir edijide ýitgilerini hasaba alandan soň SMPS arkaly ölçeldi.
Ozon derejeleri 205 Dual Beam Ozone Monitor™ (2B Technologies, Boulder, Kolorado)8,9,10 ulanylyp gözegçilik edildi.
EWNS-iň ähli häsiýetleri üçin ortaça gymmatlyk ölçeg gymmaty hökmünde, standart çykgynsyzlyk bolsa ölçeg ýalňyşlygy hökmünde ulanylýar. Optimallaşdyrylan EWNS atributlarynyň gymmatlyklaryny esasy EWNS-iň degişli gymmatlyklary bilen deňeşdirmek üçin T-testler geçirildi.
2c suratda öň işlenip düzülen we häsiýetlendirilen elektrostatik çökündi (EPES) "çekiş" ulgamy görkezilýär, ol ýerüsti EWNS-leri maksatly ýetirmek üçin ulanylyp bilner. EPES güýçli elektrik meýdanynyň täsiri astynda nyşana göni "ýolbaşçylyk edip" bolýan EVNS zarýadlaryny ulanýar. EPES ulgamynyň jikme-jiklikleri Pyrgiotakis we beýlekiler tarapyndan ýakynda çap edilen 11 neşirde görkezilýär. Şeýlelik bilen, EPES konus şekilli uçlary bolan 3D çap edilen PVC kameradan ybarat we merkezinde 15,24 sm aralykda iki parallel poslamaýan polatdan (304 poslamaýan polat, aýna bilen örtülen) metal plitalardan ybarat. Plitalar daşarky ýokary woltly çeşmä (Bertran 205B-10R, Spellman, Hauppauge, NY) birikdirildi, aşaky plastinka hemişe oňyn woltly we ýokarky plastinka hemişe ýere (ýüzýän topraga) birikdirildi. Kamera diwarlary bölejikleriň ýitmeginiň öňüni almak üçin elektrik taýdan topraklanan alýumin folga bilen örtülen. Kameranyň öňündäki ýükleme gapysy möhürlenen, bu bolsa synag ýüzlerini ýokary woltly päsgelçilikleriň öňüni almak üçin olary aşaky metal plastinadan ýokary galdyrýan plastik stendlere goýmaga mümkinçilik berýär.
EPES-de EWNS-iň çökdürme netijeliligi S111 goşmaça suratda jikme-jik beýan edilen öň işlenip düzülen protokola laýyklykda hasaplandy.
Dolandyryş kamerasy hökmünde ikinji silindrik akym kamerasy EPES ulgamyna yzygiderli birikdirildi, onda EWNS-i aýyrmak üçin aralyk HEPA süzgüji ulanyldy. 2c suratda görkezilişi ýaly, EWNS aerozoly iki gurlan kamera arkaly pompalandy. Dolandyryş otagy bilen EPES-iň arasyndaky süzgüç galan EWNS-i aýyrýar, netijede temperatura (T), otnositel çyglylyk (RH) we ozon derejesi deň bolýar.
Iýmit arkaly geçýän möhüm mikroorganizmleriň täze iýmitleri, mysal üçin, E. coli (ATCC #27325), fekal görkeziji, Salmonella enterica (ATCC #53647), iýmit arkaly geçýän kesel dörediji, zyýansyz Listeria (ATCC #33090), patogen Listeria monocytogenes üçin surrogat, ATCC (Manassas, VA) Saccharomyces cerevisiae (ATCC #4098)-den alynýan, zaýalanýan drožžalaryň ornuny tutýan we has çydamly işjeňsizleşdirilen bakteriýa Mycobacterium paralucky (ATCC #19686) ýaly önümleri hapalaýandygy anyklandy.
Ýerli bazaryňyzdan organiki üzüm pomidorlarynyň tötänleýin gutularyny satyn alyň we ulanylýança (3 güne çenli) 4°C temperaturada sowadyjyda saklaň. Synag pomidorlarynyň hemmesi birmeňzeş ululykda, diametri takmynan 1/2 dýuýmdy.
Ösdürmek, sanjym etmek, täsir etmek we koloniýa sanynyň protokollary öňki neşirimizde we Goşmaça maglumatlarda jikme-jik beýan edilýär. EWNS-iň netijeliligi sanjym edilen pomidorlary 40,000 #/sm3-e 45 minutlap täsirlendirmek arkaly bahalandyryldy. Gysgaça aýdylanda, diri galan mikroorganizmleri t = 0 minutda bahalandyrmak üçin üç pomidor ulanyldy. Üç pomidor EPES-e ýerleşdirilip, EWNS-e 40,000 #/sm3-de täsir edildi (EWNS-e täsir edilen pomidorlar), galan üçüsi bolsa gözegçilik kamerasyna ýerleşdirildi (gözegçilik pomidorlary). Iki topardaky pomidorlaryň goşmaça işlenilmegi geçirilmedi. EWNS-iň täsirini bahalandyrmak üçin EWNS-e täsir edilen pomidorlar we gözegçilik pomidorlary 45 minutdan soň aýryldy.
Her bir tejribe üç nusgada geçirildi. Maglumatlaryň seljermesi Goşmaça maglumatlarda beýan edilen protokola laýyklykda geçirildi.
Inaktiwleşdiriş mehanizmleri açyk EWNS nusgalarynyň (40,000 #/sm3 EWNS aerozol konsentrasiýasynda 45 minut) we zyýansyz E. coli, Salmonella enterica we Lactobacillus bakteriýalarynyň şöhlelendirilmedik nusgalarynyň çökündisi arkaly bahalandyryldy. Bölejikler otagyň temperaturasynda 2 sagatlap 0,1 M natriý kakodilat buferinde (pH 7,4) 2,5% glutaraldegidde, 1,25% paraformaldegidde we 0,03% pikrin kislotasynda berkidildi. Ýuwulandan soň, 2 sagatlap 1% osmiý tetroksidi (OsO4) / 1,5% kaliý ferrosianid (KFeCN6) bilen berkidildi, 3 gezek suwda ýuwuldy we 1% uranil asetatda 1 sagatlap inkubasiýa edildi, soňra iki gezek suwda ýuwuldy, soňra 50%, 70%, 90%, 100% spirtde 10 minutlap guradyldy. Soňra nusgalar 1 sagatlap propilen oksidine ýerleşdirildi we 1:1 propilen oksidi we TAAP Epon (Marivac Canada Inc. St. Laurent, CA) garyndysy bilen siňdirildi. Nusgalar TAAB Epon-a ýerleşdirildi we 60°C-da 48 sagatlap polimerleşdirildi. Sagdyn granulaly smola kesildi we AMT 2k CCD kamerasy (Advanced Microscopy Techniques, Corp., Woburn, Massaçusets, ABŞ) bilen enjamlaşdyrylan adaty transmission elektron mikroskopy JEOL 1200EX (JEOL, Tokio, Ýaponiýa) arkaly TEM arkaly görkezildi.
Ähli tejribeler üç gezek geçirildi. Her bir wagt nokady üçin bakteriýalaryň ýuwulmagy üç gezek ulanyldy, netijede her nokatda jemi dokuz maglumat nokady emele geldi, olaryň ortaça bahasy şol belli bir mikroorganizm üçin bakteriýalaryň konsentrasiýasy hökmünde ulanyldy. Ölçeg ýalňyşlygy hökmünde standart çetleşme ulanyldy. Ähli nokatlar hasaplanýar.
Bakteriýalaryň konsentrasiýasynyň t = 0 min bilen deňeşdirilende azalmagynyň logarifmi aşakdaky formula arkaly hasaplandy:
bu ýerde C0 0 wagtynda (ýagny ýüzi guradylandan soň, ýöne kamera ýerleşdirilmezden öň) gözegçilik nusgasyndaky bakteriýalaryň konsentrasiýasy we Cn bolsa n minut täsir edilenden soň ýüzdäki bakteriýalaryň konsentrasiýasydyr.
45 minutlyk täsir wagtynda bakteriýalaryň tebigy dargamagyny hasaba almak üçin, 45 minutdan soň gözegçilik bilen deňeşdirilende log azalmasy hem aşakdaky ýaly hasaplandy:
bu ýerde Cn gözegçilik nusgasyndaky bakteriýalaryň konsentrasiýasydyr, Cn-Gözegçilik bolsa n wagtynda gözegçilik bakteriýalarynyň konsentrasiýasydyr. Maglumatlar gözegçilik bilen deňeşdirilende log kiçeldiş hökmünde görkezilýär (EWNS täsiri ýok).
Barlagyň dowamynda iňňe bilen garşy elektrodyň arasyndaky naprýaženiýe we aralygyň birnäçe kombinasiýalary Teýlor konusynyň emele gelmegi, Teýlor konusynyň durnuklylygy, EWNS önümçilik durnuklylygy we gaýtalanmagy babatda bahalandyryldy. Dürli kombinasiýalar S1 goşmaça tablisasynda görkezilen. Doly we gaýtalanmagy mümkin häsiýetleri görkezýän iki ýagdaý (Teýlor konusy, EWNS döremegi we wagtyň geçmegi bilen durnuklylyk) toplumlaýyn barlag üçin saýlandy. 3-nji suratda iki ýagdaýda hem ROS-yň zarýady, ölçegi we mazmuny üçin netijeler görkezilýär. Netijeler 1-nji tablisada hem jemlenen. Salgylanma üçin, 3-nji suratda we 1-nji tablisada öň sintezlenen optimizirlenmedik EWNS8, 9, 10, 11 (esasy EWNS) häsiýetleri bar. Iki guýrukly t-testi ulanyp statistik ähmiýetli hasaplamalar S2 goşmaça tablisasynda gaýtadan çap edildi. Mundan başga-da, goşmaça maglumatlar garşy elektrodyň nusga alyş deşiginiň diametriniň (D) we toprak elektrody bilen ujynyň arasyndaky aralygyň (L) täsiriniň barlaglaryny öz içine alýar (S2 we S3 goşmaça suratlar).
(ac) AFM arkaly ölçenen ululyk paýlanyşy. (df) Ýüzleý zarýad häsiýetnamasy. (g) EPR-iň ROS häsiýetnamasy.
Şeýle hem, ýokardaky şertleriň hemmesi üçin ölçenen ionlaşma togunyň 2 bilen 6 μA aralygynda, naprýaženiýe bolsa -3.8 bilen -6.5 kV aralygynda bolandygyny bellemek möhümdir, bu bolsa bu ýeke-täk EWNS generasiýa kontakt moduly üçin 50 mW-dan az energiýa sarp edilişine getirdi. EWNS ýokary basyş astynda sintez edilse-de, ozon derejesi örän pes bolup, hiç haçan 60 ppb-den geçmedi.
Goşmaça S4 suratda degişlilikde [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýleri üçin simulýasiýa edilen elektrik meýdanlary görkezilýär. [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýleri üçin meýdan hasaplamalary degişlilikde 2 × 105 V/m we 4.7 × 105 V/m-dir. Bu garaşylýar, sebäbi ikinji ýagdaýda naprýaženiýe-aralyk gatnaşygy has ýokarydyr.
3a,b suratda AFM8 bilen ölçenen EWNS diametri görkezilýär. Hasaplanan ortaça EWNS diametrleri [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] shemalary üçin degişlilikde 27 nm we 19 nm boldy. [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýleri üçin paýlanmalaryň geometrik standart çetleşmeleri degişlilikde 1.41 we 1.45 bolup, dar ölçegli paýlanyşy görkezýär. Ortaça ölçeg we geometrik standart çetleşme degişlilikde 25 nm we 1.41 bolan esasy EWNS-e örän ýakyndyr. 3c suratda şol bir şertlerde şol bir usuly ulanyp ölçenen esasy EWNS-iň ölçegli paýlanyşy görkezilýär.
3d,e suratda zarýad häsiýetlendirmesiniň netijeleri görkezilýär. Maglumatlar konsentrasiýanyň (#/sm3) we toguň (I) bir wagtda geçirilen 30 ölçeginiň ortaça ölçegleridir. Analiz EWNS-däki ortaça zarýanyň [-6.5 kV, 4.0 sm] we [-3.8 kV, 0.5 sm] üçin degişlilikde 22 ± 6 e- we 44 ± 6 e- bolandygyny görkezýär. Olaryň esasy EWNS-e (10 ± 2 e-) garanyňda ýüz zarýadlary has ýokary, [-6.5 kV, 4.0 sm] senariýinden iki esse we [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýinden dört esse uly. 3f suratda Esasy EWNS üçin zarýad maglumatlary görkezilýär.
EWNS sanynyň konsentrasiýa kartalaryndan (Goşmaça suratlar S5 we S6), [-6.5 kV, 4.0 sm] senariýasynda [-3.8 kV, 0.5 sm] senariýasyna garanda has köp bölejikleriň bardygyny görmek bolýar. Şeýle hem, EWNS sanynyň konsentrasiýasynyň 4 sagada çenli gözegçilik edilendigini bellemek gerek (Goşmaça suratlar S5 we S6), bu ýerde EWNS döremeginiň durnuklylygy iki ýagdaýda hem bölejik sanynyň konsentrasiýasynyň deň derejede bolandygyny görkezdi.
3g-nji suratda [-6.5 kV, 4.0 sm]-de optimizirlenen EWNS gözegçiligini (fon) aýyrandan soňky EPR spektri görkezilýär. ROS spektrleri öň çap edilen işde Esasy-EWNS senariýasy bilen hem deňeşdirildi. Spin duzaklary bilen reaksiýa girýän EWNS-leriň sany öň çap edilen Esasy-EWNS8-e meňzeş bolan 7.5 × 104 EWNS/s diýlip hasaplandy. EPR spektrleri iki görnüşli ROS-yň bardygyny aýdyň görkezdi, O2- esasy görnüş, OH• bolsa az mukdarda. Mundan başga-da, iň ýokary intensiwlikleriň gönüden-göni deňeşdirilmegi optimizirlenen EWNS-leriň esasy EWNS-e garanyňda ep-esli ýokary ROS mukdaryna eýedigini görkezdi.
4-nji suratda EPES-de EWNS-iň çökdürme netijeliligi görkezilýär. Maglumatlar I tablisada hem jemlenen we asyl EWNS maglumatlary bilen deňeşdirilen. EWNS-iň iki ýagdaýy üçin hem çökdürme 3,0 kV pes naprýaženiýede hem 100% golaýdyr. Adatça, ýüz zarýadynyň üýtgemegine garamazdan, 3,0 kV 100% çökdürme üçin ýeterlikdir. Şol bir şertlerde, Esasy-EWNS-iň çökdürme netijeliligi olaryň pes zarýady sebäpli diňe 56% boldy (her EWNS-de ortaça 10 elektron).
5-nji suratda we 2-nji tablisada optimal re inimde [-6.5 kV, 4.0 sm] 45 minutlap takmynan 40,000 #/sm3 EWNS täsirinden soň pomidorlaryň ýüzüne sanjylan mikroorganizmleriň inaktiwleşdiriş gymmaty jemlenen. Sanjylan E. coli we Lactobacillus innocuous bakteriýalary 45 minutlyk täsirde 3.8 log ep-esli azalma görkezdi. Şol bir şertlerde S. enterica 2.2 log azalma, S. cerevisiae we M. parafortutum bolsa 1.0 log azalma görkezdi.
Elektron mikrograflar (6-njy surat) zyýansyz Escherichia coli, Streptococcus we Lactobacillus öýjüklerinde EWNS tarapyndan döredilen fiziki üýtgeşmeleri suratlandyrýar, bu bolsa olaryň işjeňsizlenmegine getirýär. Gözegçilik bakteriýalarynyň öýjük membranalary bitewidi, açyk bakteriýalaryň bolsa daşky membranalary zeperlendi.
Gözegçilik we açyk bakteriýalaryň elektron mikroskopiki suratlandyrmasy membrananyň zeperlenendigini ýüze çykardy.
Optimallaşdyrylan EWNS-iň fiziki-himiki häsiýetleri baradaky maglumatlar umumylykda EWNS-iň häsiýetleriniň (ýüz zarýady we ROS mukdary) öň çap edilen EWNS başlangyç maglumatlary bilen deňeşdirilende ep-esli gowulaşandygyny görkezýär8,9,10,11. Beýleki tarapdan, olaryň ölçegi nanometr aralygynda galdy, öň habar berlen netijelere örän meňzeş, bu bolsa olaryň howada uzak wagtlap galmagyna mümkinçilik berdi. Synlanan polidispersiýany EWNS-iň ölçegini, Reýleý täsiriniň tötänleýinligini we mümkin bolan birleşmegi kesgitleýän ýüz zarýadynyň üýtgemeleri bilen düşündirip bolýar. Şeýle-de bolsa, Nielsen we beýlekiler tarapyndan jikme-jik beýan edilişi ýaly, ýokary ýüz zarýady suw damjasynyň ýüz energiýasyny/dartgynlygyny netijeli ýokarlandyrmak arkaly bugarmagy azaldýar. Öňki neşirimizde8 bu teoriýa mikrodamjalar 22 we EWNS üçin tejribe arkaly tassyklanyldy. Goşmaça iş wagtynda zarýadyň ýitmegi hem ölçege täsir edip we synlanan ölçeg paýlanyşyna goşant goşup biler.
Mundan başga-da, her gurluşyň zarýady ýagdaýa baglylykda takmynan 22-44 e- deňdir, bu bolsa her gurluşyň ortaça zarýady 10 ± 2 elektron bolan esasy EWNS-e garanyňda ep-esli ýokarydyr. Şeýle-de bolsa, munuň EWNS-iň ortaça zarýadydygyny bellemeli. Seto we beýlekiler. Zarýanyň birmeňzeş däldigi we log-normal paýlanyşa eýerýändigi görkezildi21. Öňki işimiz bilen deňeşdirilende, ýüz zarýadynyň iki esse köpelmegi EPES ulgamynda çökündi netijeliligini iki esse artdyrýar11.